Formulación y nomenclatura: las sales y otras combinaciones binarias

Hasta el momento hemos estudiado dos casos particulares de combinaciones binarias: aquellas en las que participa el hidrógeno (hidruros) y otras en las que interviene el oxígeno (óxidos). Ahora vamos a tratar las demás combinaciones posibles entre los demás elementos, que suelen separarse en dos grandes grupos:

  • Combinaciones de elementos de diferente electronegatividad, generalmente entre un metal electropositivo y un no metal electronegativo.
  • Combinaciones de elementos de electronegatividad comparable, generalmente no metales entre sí.

En el primer caso podemos considerar que el metal existe como catión y el no metal como anión, de manera que el enlace que se establece entre ellos es de naturaleza electrostática, por lo que forman sólidos iónicos, denominados sales. Sin embargo, en la segunda opción, cuando los elementos que se combinan son no metálicos, la diferencia de electronegatividad entre ellos no es muy grande y su unión, aunque pueda tener una pequeña contribución iónica, es fundamentalmente covalente. Estos compuestos suelen ser sólidos o líquidos moleculares, y su fórmula representa el número de átomos que se combinan entre sí en una molécula (fórmula molecular), mientras que las sales forman redes cristalinas, en las que es imposible identificar moléculas discretas, por lo que su fórmula simplemente indica la proporción con la que se combinan los elementos en el compuesto (fórmula empírica).

Sales Binarias (Metal + No metal)

Para formularlos debemos tener en cuenta la secuencia de los elementos que hemos utilizado en otras ocasiones:

orden-electronegatividad

En la fórmula de una sal binaria se sitúa, en primer lugar, el símbolo del metal y, en segunda posición, el símbolo del no metal.

Como siempre, hay que indicar mediante un subíndice el número de átomos de cada elemento. De manera general, cada elemento lleva como subíndice el número de oxidación del otro, simplificando siempre que se pueda.

Veamos como se formulas algunas sales:

  • Cuando se combinan potasio (metal, número de oxidación I) y yodo (no metal, número de oxidación –I), la sal que se obtiene se formula como KI.
  • Cuando se combina el sodio (metal, número de oxidación I) y el azufre (no metal, número de oxidación –II), se obtiene la sal Na2S.
  • Cuando se combinan calcio (metal, número de oxidación II) y selenio (no metal, número de oxidación –II), se obtiene el compuesto CaSe (simplificado).

Como en el resto de compuestos binarios, para nombrar estas sales debemos leer su fórmula de derecha a izquierda:

En el nombre de las sales binarias, se cita primero el anión (añadiendo la terminación –uro a la raíz del nombre del no metal) y a continuación el catión (nombre del metal), con la preposición “de” entre ambos. 

Así, obtendríamos los siguientes nombres para los ejemplos citados: yoduro de sodio (KI), sulfuro de sodio (Na2S) y selenuro de calcio (CaSe). Al igual que ocurría en óxidos e hidruros (y como se explica al final de esta entrada), habría que añadir prefijos multiplicadores, o bien, indicar el número de oxidación o de carga del elemento metálico, cuando sea necesario:

Nomenclatura-sales-binarias.png

Fórmula y nombre de algunas sales binarias

Combinaciones binarias de no metales

En base a la anterior secuencia de elementos y prescindiendo de oxígeno e hidrógeno:

Para formular una combinación binaria de dos elementos no metálicos, los elementos deben ordenarse según la siguiente secuencia:

Ga < Al < B < Pb < Sn < Si < C < Sb < As < P < N < Te < Se < S < I < Br < Cl < F

Cuando se combinan dos no metales, debemos pensar primero cuál es más electronegativo para asignarle el número de oxidación negativo, y al menos electronegativo, el número de oxidación positivo. Por ejemplo:

  • Cuando se combinan el carbono y el silicio: el carbono actúa con el número de oxidación negativo, −IV; mientras que al silicio le corresponde el número de oxidación positivo, IV; por tanto, la fórmula del compuesto es SiC (simplificado).
  • Cuando se combinan el cloro y el fósforo: el cloro actúa con el número de oxidación negativo, –I; el fósforo podría presentar números de oxidación III o V; por tanto, serían posibles dos compuestos, el PCl3 y el PCl5.

Estos compuestos se nombran como las sales binarias, aunque en este caso es más aconsejable el uso de prefijos multiplicadores o, a lo sumo, el número de oxidación. Dada la poca diferencia de electronegatividad entre los elementos no metálicos, no se puede considerar que estos se encuentren como iones, por lo que no tendría sentido utilizar el número de carga en su nomenclatura (lo mismo que ocurría en los óxidos no metálicos, frente a los óxidos metálicos). Algunos ejemplos:

Nomenclatura-combinaciones-binarias-no-metales.png

Fórmula y nombre de algunas combinaciones binarias de elementos no metálicos

Los halogenuros de oxígeno se pueden considerar un caso particular de estos compuestos, pues las actuales recomendaciones de la IUPAC no hacen distinción alguna y no dan un trato preferente al oxígeno frente a otros elementos. Aun así, las combinaciones binarias del oxígeno, por su importancia y características (también por costumbre), han sido estudiadas en este blog de forma separada (como óxidos).

Comparación-nombres-formulas-halogenuros-oxigenos-oxidos

Comparación: halogenuro de oxígeno vs. óxido no metálico (la IUPAC recomienda actualmente la primera)

Combinaciones pseudobinarias

Hay algunos compuestos formados por más de dos elementos, pero que, en la práctica se formulan y nombran como binarios. Esto ocurre cuando uno de los iones, anión o catión, es poliatómico, pero actúa como un grupo con entidad propia, con una carga y un nombre concretos. Veamos un par de ejemplos comunes:

  • NaCN. Este compuesto está formado por la unión del catión Na+ y el anión CN, denominado cianuro. Su nombre es, por tanto, cianuro de sodio.
  • NH4Cl. En este compuesto se unen el catión amonio, NH4+, con el anión cloruro Cl. Su nombre es cloruro de amonio.

Incluso, entre ellos, pueden forman un compuesto: NH4CN, cianuro de amonio.

Formulación y nomenclatura: las combinaciones binarias del hidrógeno

Se sabe que casi todos los elementos químicos son capaces de generar compuestos binarios con el hidrógeno, por lo que el número de estos compuestos, denominados hidruros, es tan elevado, y sus propiedades tan diferentes, que resulta casi imprescindible realizar algún tipo de clasificación que facilite su estudio, como la siguiente, basada en la distinta naturaleza del enlace que se establece entre el hidrógeno y el otro elemento:

  • Combinaciones binarias de hidrógeno y un metal: si el metal pertenece a los grupos 1 y 2 de la tabla periódica (elementos del bloque s) el enlace es predominantemente iónico, clasificándose como hidruros salinos (son sólidos cristalinos no conductores de la electricidad y no volátiles); pero con los elementos de los bloques d y f se forman hidruros metálicos, conductores de la electricidad y de composición variable (no estequiométrica).
  • Combinaciones binarias de hidrógeno y un no metal: la mayor parte de los compuestos binarios del hidrógeno con los elementos del bloque p son compuestos moleculares volátiles, razón por la cual se clasifican como hidruros moleculares. Entre ellos, nos encontramos con una serie de hidruros gaseosos, formados con los elementos no metálicos de los grupos 16 y 17, que forman con facilidad disoluciones acuosas ácidas, por lo que se les denomina hidrácidos.

Hidruros salinos e hidruros metálicos

A pesar de las diferentes propiedades de unos y otros, en cuanto a formulación y nomenclatura pueden tratarse de manera conjunta. Sea cual sea el elemento metálico, este siempre tiene una electronegatividad menor a la del hidrógeno, motivo por el cual el metal actúa con un número de oxidación positivo (I, II, III…) y el hidrógeno con su número de oxidación negativo (–I). Según esto:

Al formular los hidruros de elementos metálicos, se escribe en primer lugar el símbolo del metal y, en segundo lugar, el símbolo del hidrógeno, con un subíndice que indica el número de oxidación del metal: MH, MH2, MH3

Estos hidruros se nombran siguiendo la estrategia general de leer la fórmula de derecha a izquierda:

Nomenclatura: hidruro de + nombre del metal

De esta manera podemos nombrar sin problemas los hidruros salinos, en los que el metal posee un número de oxidación único (I o II).

Nomenclatura-hidruros-salinos

Fórmula y nombre de algunos hidruros salinos

Sin embargo, los metales pertenecientes a los bloques d y f suelen actuar con más de un número de oxidación distinto, por lo que tiene que incluirse en el nombre información suficiente para poder distinguir los posibles hidruros:

  • Se pueden emplear prefijos multiplicadores (di–, tri–, tetra–…) para indicar el número de átomos de hidrógeno que aparecen en la fórmula (antigua nomenclatura sistemática).
  • Se puede indicar el número de oxidación con el que actúa el metal, inmediatamente después de citar su nombre, sin dejar espacios y en números romanos (antigua nomenclatura de Stock).
  • Se puede sustituir el número de oxidación por el número de carga, que se corresponde con la carga del catión metálico que participa en el compuesto, expresada mediante un número arábigo y el signo correspondiente (como en la anterior, entre paréntesis y pegada al nombre del metal).

Es importante recordar que esta información adicional solo debe incluirse cuando el metal posee más de un número de oxidación. Veamos algunos ejemplos:

Nomenclatura-hidruros-metálicos

Fórmula y nombre de algunos hidruros metálicos. Aquellos señalados con un asterisco no existen en la naturaleza como tales, aunque se proponen como ejemplo útil en la aplicación de las normas de formulación y nomenclatura.

Aunque aparecen como ejemplos en los libros de texto y en muchos ejercicios de formulación/nomenclatura no se conocen hidruros de los elementos de transición de los grupos 7, 8 y 9 (zona de inexistencia de hidruros, en la que se encuentran el Mn, el Fe y el Co) ni de algunos metales comunes, como Ni, Ag, Hg o Cd.

Hidruros moleculares

Existen hidruros de todos los elementos del bloque p, metálicos o no metálicos, a excepción del bismuto y el polonio. Al formular y nombrar estos compuestos debemos tener en cuenta que en la secuencia según la cual se deben ordenar los elementos, el hidrógeno se encuentra entre los elementos del grupo 15 (la columna del nitrógeno) y los del grupo 16 (la columna del oxígeno). Por ello, la posición del hidrógeno varía de unos a otros:

orden-electronegatividad

  • Con los elementos de los grupos 13, 14 y 15, el hidrógeno se sitúa el último en la fórmula, y se entiende que en ellos actúa con el número de oxidación negativo (–I). Se formulan de manera análoga a los hidruros metálicos: AHn (donde n representa el número de oxidación del elemento A, que en los grupos considerados suele ser III o IV).
  • Con los elementos de los grupos 16 y 17 (calcógenos y halógenos, respectivamente), el hidrógeno ocupa la primera posición en la fórmula, por lo que le corresponderá el número de oxidación positivo (I). Su fórmula general es HnA (donde n representa el número de oxidación del elemento A, que en estos grupos es –I o –II).

En cuanto a su nomenclatura:

Los hidruros de los grupos 13, 14 y 15 se nombran como hidruros del elemento correspondiente, anteponiendo, en su caso, un prefijo multiplicador para indicar el número de hidrógenos en la fórmula .

Los hidruros de los grupos 16 y 17 se nombran como halogenuros o calcogenuros de hidrógeno (para lo cual se añade la terminación -uro al nombre del elemento), sin necesidad de anteponer ningún prefijo multiplicador.

Unos ejemplos servirán para aclararlo:

Nomenclatura-hidruros-moleculares.png

Fórmula y nombre de algunos hidruros moleculares

¿Por qué en unos se añade prefijo multiplicador y en otros no? La clave está en las consideraciones que subyacen tras el orden de los elementos en la fórmula. En los hidruros de los grupos 13, 14 y 15 se asigna al hidrógeno el número de oxidación negativo, por ir situado el último en la fórmula. En consecuencia, el otro elemento debe actuar con un número de oxidación positivo y, dado que este puede ser distinto en cada elemento, debe especificarse de cuál se trata en cada caso. Sin embargo, en los hidruros de los grupos 16 y 17, el hidrógeno va en primer lugar y actúa con número de oxidación positivo, por lo que en este caso el otro elemento es el que actúa con un número de oxidación negativo, y resulta que este es único para cada elemento (–I para los elementos del grupo 17, los halógenos, y –II para los del 16, los calcógenos), por lo que no es necesario especificarlo de ninguna manera en el nombre.

Hidruros progenitores e hidruros derivados

Conviene mencionar que los nombres anteriores corresponden a lo que se denomina nomenclatura de composición, pues solo tiene en cuenta los elementos constituyentes y no la estructura del compuesto. En los hidruros moleculares también se puede emplear la nomenclatura de sustitución, inspirada en la nomenclatura orgánica, que permite ofrecer información sobre la estructura de compuestos derivados de hidruros, en los cuales los hidrógenos se han sustituido por otros elementos o grupos de elementos. Estos hidruros de los que derivan otros compuestos se denominan hidruros progenitores, y tienen asignados los siguientes nombres:

Nomenclatura-hidruros-progenitores

Nombres dados por la IUPAC a los hidruros progenitores

Con estos nombres la IUPAC pretende sustituir los nombres tradicionales que se han venido usando para algunos de estos hidruros (fosfina, arsina o estibina), salvo el de amoniaco, que sigue siendo un nombre aceptado (y ampliamente utilizado) para el NH3. Aunque podemos utilizarlos para referirnos a los respectivos hidruros, su uso está especialmente indicado para nombrar los compuestos derivados de ellos, como:

  • Los hidruros con un número de enlaces distinto al habitual, en los que se indica mediante un superíndice unido a la letra griega λ el número de hidrógenos que aparecen en el compuesto, y separado del nombre mediante un guion. Por ejemplo: λ5–fosfano, para el PH5, o λ6–sulfano, para el SH6.
  • Los hidruros en los que algunos hidrógenos han sido sustituidos por otros átomos (o grupos de átomos). Por ejemplo: triclorofosfano, PCl3, donde todos los hidrógenos del PH3, han sido sustituidos por átomos de cloro.
  • Los hidruros en los que el elemento que no es hidrógeno forma enlaces consigo mismo dando lugar a cadenas (no muy largas, pues son relativamente inestables). En ellos el número de átomos encadenados se indican mediante un prefijo multiplicador situado delante del nombre del hidruro progenitor. Por ejemplo: diazano (N2H4), triazano (N3H5), difosfina (P2H4) o disilano (Si2H6).
disilano

Disilano

¿Y qué ocurre con el H2O? Pues que su nombre común, científico, recomendado y usado siempre es ¡agua! No hay que darle más vueltas. Es más, si nos ponemos rigurosos ni siquiera debería seguir las normas de formulación propuestas para los hidruros, pues al tratarse de una combinación con oxígeno, debería, en todo caso, nombrarse como un óxido (óxido de hidrógeno). Pero no tiene sentido complicar las cosas, y solo habría que utilizar el nombre oxidano cuando se considere un hidruro progenitor del que derivan otros compuestos, como, por ejemplo, el dioxidano (más conocido como peróxido de hidrógeno o, con su nombre común, agua oxigenada):

dioxidano o peróxido de hidrógeno.png

Dioxidano

Hidrácidos

Cuando el hidrógeno se combina con alguno de los elementos no metálicos pertenecientes a los grupos 16 y 17 (calcógenos y halógenos) se obtienen hidruros volátiles que, al disolverse en agua, dan disoluciones de marcado carácter ácido, por lo que se conocen comúnmente como hidrácidos. La IUPAC acepta la nomenclatura tradicional para estos hidruros, especialmente cuando se encuentran en disolución:

Los hidrácidos se nombran con la palabra ácido seguida de un adjetivo formado por la unión de la raíz del nombre del elemento no metálico y el sufijo –hídrico.

Nomenclatura-hidruros-hidrácidos.png

Unas consideraciones finales

Aunque la IUPAC denomina hidruros a todas las combinaciones binarias del hidrógeno, esto no debe asociarse a la existencia real del anión hidruro (H) en el compuesto. En realidad, este anión solo puede considerarse que aparece en los hidruros salinos y, si acaso, en algunos hidruros metálicos (es decir, con los metales menos electronegativos). En estos hidruros el número de oxidación del hidrógeno es, efectivamente, –I.

Por otra parte, merece la pena analizar brevemente la naturaleza del enlace de algunos hidruros moleculares. En ellos, la posición del hidrógeno en la fórmula sigue un orden determinado que, aunque inspirado en el orden de electronegatividad creciente de los elementos, no coincide exactamente con este. Así, nos encontramos con situaciones como la que ocurre en el amoniaco, NH3, en el que el hidrógeno, al situarse en último lugar, parece tener una electronegatividad mayor que la del nitrógeno. Esto no es así, ya que en realidad es el nitrógeno el más electronegativo y, en consecuencia, el que tiene una mayor tendencia a atraer hacia sí los electrones, por lo que su número de oxidación sería negativo y el del hidrógeno positivo, al contrario de lo que indica su fórmula.