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: los peróxidos y otros óxidos

En la mayoría de los compuestos binarios en los que participa el oxígeno (óxidos) nos encontramos con que su número de oxidación habitual es –II. Sin embargo, esta no es la única opción, pues el oxígeno puede dar lugar a varios aniones distintos con los que forma compuestos característicos:

aniones-oxígeno

La IUPAC no hace ningún tipo de distinción entre ellos, en cuanto a formulación y nomenclatura, por lo que están sometidos a las mismas reglas que los óxidos pues, de manera general, todos ellos pueden englobarse dentro de esta denominación.

Los peróxidos

En estos óxidos aparece el anión peróxido, diatómico, y con carga 2–, por lo que se considera que cada oxígeno actúa con número de oxidación –I. En consecuencia:

La fórmula general de los peróxidos es A2(O2)n, donde A suele ser un elemento metálico, y n representa su número de oxidación.

Una consecuencia de lo anterior es que no podemos simplificar la fórmula de los peróxidos todo lo que queramos, pues en ellos siempre debe existir un número par de átomos de oxígeno:

  • Cuando n es uno, la fórmula del peróxido es A2O2, como en Na2O2.
  • Cuando n es dos, la fórmula del peróxido sería A2(O2)2, que al simplificarse queda como AO2, como en MgO2.
  • Cuando n es tres, la fórmula del peróxido sería A2(O2)3, que no puede simplificarse y, a lo sumo, podría representarse como A2O6, tal y como ocurre en el Fe2(O2)3 (o Fe2O6).

Siguiendo la misma estrategia que en los óxidos (y, en general, en cualquier compuesto binario), el nombre de los peróxidos se obtiene leyendo la fórmula de derecha a izquierda:

  • Se pueden nombrar utilizando prefijos multiplicadores para indicar el número de átomos de cada elemento en la fórmula (antigua nomenclatura sistemática). En este caso, se puede poner entre paréntesis el nombre del anión para resaltar su presencia como tal en la molécula. Por ejemplo, el Hg2O2 se nombraría como dióxido de dimercurio o (dióxido) de dimercurio.
  • Si optamos por utilizar el nombre sistemático del anión, dióxido(2–), se deberá utilizar (por coherencia) el número de carga también para el catión que lo acompaña. Según esto, el Hg2O2 se nombraría como dióxido(2–) de dimercurio(2+).
  • También podemos utilizar el nombre tradicional aceptado del anión, peróxido, en cuyo caso añadiremos el número de oxidación del otro elemento entre paréntesis, en números romanos y sin espacios. De esta manera, el Hg2O2 se nombraría como peróxido de mercurio(I).

Veamos otros ejemplos:

nomenclatura-peróxidos.png

Fórmula y nombre de algunos peróxidos

El peróxido de hidrógeno se conoce habitualmente como agua oxigenada, que también puede considerarse un hidruro derivado, en cuyo caso obtendríamos el nombre dioxidano.

Los superóxidos y los ozónidos

Los superóxidos o hiperóxidos se caracterizan por la presencia del anión dióxido(1–), diatómico, mientras que en los ozónidos aparece el anión trióxido(1–), triatómico.

La fórmula general para los superóxidos es A(O2)n, y para los ozónidos es A(O3)n, siendo n el número de oxidación del elemento A.

En ambos casos se pueden aplicar las mismas estrategias de formulación y nomenclatura mencionadas anteriormente, por lo que nos limitaremos a exponer algunos ejemplos:

Nomenclatura-superóxidos-ozónidos

Fórmulas y nombres de algunos superóxidos y ozónidos

Formulación y nomenclatura: los óxidos

Llamamos óxido a cualquier combinación binaria en la que participa el oxígeno. Casi todos los elementos forman combinaciones estables con el oxígeno y muchos de ellos en varios estados de oxidación.

Óxidos de elementos metálicos

Se conocen como óxidos básicos. En todos ellos el metal actúa con un número de oxidación positivo (I, II, III…) y el oxígeno con su número de oxidación negativo (–II). Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno, con respecto a cualquier metal, en la fórmula aparece siempre el metal en primer lugar y, a continuación, el oxígeno.

La fórmula general de los óxidos metálicos es M2On, donde M y n representan el símbolo y el número de oxidación del metal, respectivamente. 

  • La fórmula general de los óxidos de metales alcalinos es M2O, ya que para todos ellos el número de oxidación es I. Así, obtenemos Li2O, Na2O, K2O, Rb2O…
  • La fórmula general de los óxidos de metales alcalinotérreos es MO, ya que los números de oxidación del metal y el oxígeno coinciden (en valor) y se simplifican en la fórmula: BeO, MgO, CaO, SrO…
  • Los óxidos de los metales de transición tienen fórmulas que dependen de los estados de oxidación del metal que participa, que incluso pueden variar para un mismo metal. Por ejemplo, la plata solo puede formar el óxido Ag2O (ya que su único número de oxidación es I), mientras que el hierro puede generar los óxidos FeO y Fe2O3 (según sea su número de oxidación II o III). Cuando el número de oxidación del metal es par, se simplifica con el del oxígeno.

Los óxidos se pueden nombrar, de manera general, siguiendo la estrategia de leer la fórmula de derecha a izquierda:

Nomenclatura: óxido de + nombre del elemento metálico.

Sin embargo, como son muchos los metales que pueden actuar con más de un número de oxidación distinto, este debe especificarse en el nombre cuando sea necesario. Al igual que en los hidruros, esto puede hacerse de tres maneras:

  • Anteponiendo prefijos multiplicadores (mono–, di–, tri–, etc.) a la palabra óxido y/o al nombre del metal, para indicar el número de ellos que hay en la fórmula (antigua nomenclatura sistemática). El prefijo mono– es superfluo y no se incluye salvo que permita distinguir un compuesto de otro con los mismos elementos.
  • Indicando el número de oxidación del metal, justo después de nombrarlo, en números romanos, entre paréntesis y sin dejar espacios (antigua nomenclatura de Stock).
  • Indicando el número de carga del catión metálico, en números arábigos y con el signo, entre paréntesis, inmediatamente después de nombrarlo.

Veamos algunos casos ilustrativos:

Nomenclatura-óxidos-metálicos

Fórmulas y nombres recomendados para algunos óxidos metálicos.

Óxidos de elementos no metálicos

Se conocen como óxidos ácidos. En ellos, el oxígeno actúa con número de oxidación –II, por lo que al no metal le corresponde un número de oxidación positivo:

  • Los halógenos (a excepción del flúor) tienen números de oxidación I, III, V y VII, por lo que pueden dar cuatro óxidos distintos.
  • Los calcógenos (anfígenos) tienen números de oxidación II, IV y VI, por lo que pueden combinarse de tres maneras distintas con el oxígeno.
  • Los pnicógenos (nitrogenoideos) actúan con los números de oxidación I, III y V cuando se combinan con el oxígeno (el nitrógeno, incluso, con II y IV).
  • El carbono forma dos óxidos, cuando actúa con los números de oxidación II y IV.
  • El silicio solo forma un óxido, con su número de oxidación IV.
  • El boro forma un único óxido, cuando actúa con número de oxidación III.

El flúor es una excepción, pues es el único elemento más electronegativo que el oxígeno, y solo puede actuar con número de oxidación negativo (–I), por lo que en combinación con él, el oxígeno será el que actúa con número de oxidación positivo (II). Es por ello que, tradicionalmente, el óxido de flúor ha sido el único en el que el orden de los elementos en la fórmula se invertía, representándose como OF2. Y digo tradicionalmente porque con las últimas recomendaciones de la IUPAC (de 2005) la situación ha cambiado. Anteriormente, el oxígeno mantenía un estatus especial, que le permitía ir siempre en último lugar en la fórmula de cualquier óxido (salvo en el caso del flúor, como se ha explicado). Actualmente, la IUPAC retira esta consideración al oxígeno, lo que implica que su posición en la fórmula debe seguir los mismos criterios que el resto de elementos, en función de su posición en la tabla periódica:

orden-electronegatividad

Secuencia de ordenación de los elementos en la fórmula.

Según este planteamiento:

La fórmula general de los óxidos no metálicos es A2On, donde A y n representan el símbolo y el número de oxidación del no metal, respectivamente, siempre y cuando no se trate de un halógeno (X), en cuyo caso el orden se invierte (OnX2).

Nomenclatura-óxidos-no-metálicos

Fórmulas de los óxidos no metálicos (según las recomendaciones de la IUPAC)

Este cambio ha resultado polémico y está encontrando importantes reticencias por parte de los químicos y los docentes, no solo por la (comprensible) costumbre de emplear los anteriores criterios, sino también por ciertos aspectos controvertidos de la nueva propuesta:

  • Se podía entender la excepción del flúor por su mayor electronegatividad, pero esto no ocurre en el resto de los halógenos. Al utilizar la formulación OnX2 se presupone que al oxígeno le corresponde el número de oxidación positivo y al halógeno un número de oxidación negativo, lo cual es cuestionable desde el punto de vista electrónico. Además, ¿en qué tabla se encuentran números de oxidación negativos para los halógenos?
  • Anteriormente todas las combinaciones binarias del oxígeno se leían como óxidos de, mientras que ahora, al colocar los halógenos en posición final, deberán leerse como halogenuros de oxígeno (yoduro de oxígeno, cloruros de oxígeno, bromuros de oxígeno…). Es decir, se tratan como compuestos binarios sin especial consideración, no como óxidos.

Por tanto, las implicaciones de esta cuestión afectan a los criterios según los cuales deben nombrarse estos compuestos:

Las combinaciones binarias del oxígeno con elementos no metálicos se nombran como óxidos del elemento considerado, salvo en el caso de los halógenos, que al situarse al final de la fórmula, deberían nombrarse como halogenuros de oxígeno. 

Además, como viene siendo habitual, se utilizan prefijos multiplicadores para indicar el número de átomos de cada elemento en la fórmula, o bien, se indican los números de oxidación entre paréntesis, al igual que en los óxidos metálicos, siempre que sea necesario (en este caso, el uso de números de carga está desaconsejado). Por ejemplo:

Nomenclatura-óxidos-no-metálicos-nueva

Fórmulas y nombres de algunos óxidos no metálicos. Los compuestos y nombres marcados con asterisco siguen siendo usados, aunque ya no son recomendados por la IUPAC.

Por si no fuera suficiente, para los óxidos de los elementos se ha utilizado durante mucho tiempo la nomenclatura tradicional, con la que también se nombran los oxoácidos derivados de ellos. A pesar de estar desaconsejada por la IUPAC, su uso extendido, especialmente en los oxoácidos, hace que sea conveniente, al menos, conocerla.

En la nomenclatura tradicional los óxidos no metálicos se nombran como anhídridos del elemento en cuestión, a cuyo nombre se le pueden añadir los prefijos hipo–/per– y los sufijos –oso/–ico, para indicar el estado de oxidación con el que participan. 

  • Cuando el elemento no metálico tiene un único número de oxidación, a la raíz del nombre se le añade la terminación –ico.
  • Para aquellos no metales con dos números de oxidación, se añade la terminación –oso a la raíz del nombre cuando actúa con el número de oxidación menor, y la terminación –ico cuando se trata del mayor.
  • Si el no metal tiene tres números de oxidación, se añade el prefijo hipo– y el sufijo –oso para el menor, únicamente el sufijo –oso para el intermedio, y el sufijo –ico para el mayor.
  • En el caso de actuar con cuatro números de oxidación distintos, se utiliza el sufijo –oso para los dos primeros y el sufijo –ico para los otros, añadiendo el sufijo hipo– al menor de todos y el sufijo per– al más alto.

Puede resultar confuso, por lo que quedará más claro mediante unos ejemplos:

Nomenclatura-anhídridos

Esta nomenclatura también ha sido usada durante largo tiempo en las combinaciones de oxígenos con metales, siguiendo las mismas pautas, pero empleando la palabra óxido en lugar de la de anhídrido, si bien su uso es cada vez más reducido.