Átomo Gramo y Molécula Gramo 

Átomo gramo de un elemento es un peso en gramos igual, en números, al peso atómico. Es decir, si el peso atómico del Ca es 40,08, entonces 40,08 gramos de calcio constituyen un átomo gramo de este elemento. Se trata de una unidad ponderal que posee gran importancia química, pues un átomo gramo de cualquier sustancia contiene aproximadamente seiscientos mil trillones de átomos (se escribe de forma abreviada , o sea, 6 seguido de veintitrés ceros). De lo dicho se desprende una forma de calcular el peso de los átomos expresado en gramos (en lugar de con respecto al peso de un átomo patrón). Ejemplo. Calcular el átomo gramo del calcio: Si 40,08 g de Ca contienen átomos de Ca, entonces 1 átomo de Ca pesará:

Los conceptos anteriores se pueden extender, de modo análogo, al ámbito molecular, con lo que surge otra importantísima definición: Molécula gramo (o,gramos igual, en número, al peso molecular. Es decir, si el peso molecular del carbonato de calcio, , es 100,077, entonces 100,077 gramos de constituyen un mol de esta sustancia. Se cumple la siguiente propiedad, que permite hallar el peso de una molécula expresado en gramos: Un mol de cualquier sustancia contiene aproximadamente seiscientos mil trillones de moléculas.

Ejemplo: Calcular el peso de una molécula de :

El peso molecular del , gas nitrógeno, es de 2 • 14,007 = 28,014; por tanto, una molécula de pesa:

Molécula gramo. Arriba, cantidades distintas de alúmina de cromo; . ; sulfuro mercúrico. HgS: carbonato manganoso, ; óxido de magnesio MgO, que contienen el mismo número de moléculas gramo; en la figura de molécula gramo en cada caso. Abajo, iguales cantidades de distintas sustancias (en la figura 1 gramo) pueden contener diferente número de moléculas gramo: acetato de sodio, cinc y uranilo, ; óxido salino de plomo, ; sulfato de níquel, ; fluoruro sódico, NaF.

No se puede medir directamente el peso de los átomos (no hay balanza capaz de ello), pero cabe usar procedimientos indirectos, basados en la relación entre los pesos de dos elementos cuando se combinan entre sí; por ejemplo, según se explicó, uniendo 4 partes de azufre con 7 de hierro se forma el sulfuro de hierro.

Si se procediera del mismo modo con los demás elementos químicos se obtendría una escala ponderal en la que habría una ordenación de los elementos y se comprobaría que el elemento tipo para comparar es, como propuso Dalton, el hidrógeno, que ocuparía el primer lugar.

Hacia 1885, Ostwald eligió como peso de referencia la dieciseisava parte del peso del oxígeno; entre 19031905 se valoraban los pesos atómicos basándose en el oxígeno y en el hidrógeno, y durante el intervalo 19061961, se aceptó sólo la referencia al oxígeno.

Desde 1963, IU PAC estableció como peso patrón (o sea, como unidad) la doceava parte del peso del átomo de carbono, que rige todavía, por lo que hoy se define peso atómico de un elemento como el peso de un átomo del elemento referido a la doceava parte del peso patrón de un átomo de carbono.

Así, cuando se dice que el peso atómico del nitrógeno es 14, se expresa que un átomo de nitrógeno es 14 veces más pesado que el de hidrógeno, o que la dieciseisava parte del peso del átomo de carbono. Peso molecular de un compuesto químico es la suma de los pesos atómicos de los elementos que constituyen la molécula. Un ejemplo precisará el concepto y enseñará a calcular pesos moleculares de compuestos químicos a partir de su fórmula:

Hallar el peso molecular del carbonato de calcio,

Si M = peso molecular y p a = peso atómico, entonces:

pues la molécula contiene un átomo de Ca, otro de C y 3 de O.

En la tabla de pesos atómicos se encuentra que:

por lo tanto, la fórmula que nos dará el peso molecular del carbonato de calcio es;

.

Para la obtención de pesos moleculares existen mayores dificultades cuando se desconoce la fórmula del compuesto, en cuyo caso los químicos han elaborado técnicas especiales, como las derivadas del paso de la sustancia al estado gaseoso, o las que proceden de la disolución de la misma en agua u otro líquido.

PESOS ATÓMICOS DE LOS ELEMENTOS MÁS IMPORTANTES

Las sales, desde el punto de vista de su fórmula, surgen de la sustitución total (sales neutras) o parcial (sales ácidas) de los hidrógenos de los ácidos.

El nombre de las sales termina en:

-uro si el ácido acaba en -hídrico;
-ato si el ácido acaba en -ico;
-ito si el ácido acaba en -oso.

Según el número de hidrógenos que poseen, los ácidos dan lugar a varios tipos de sales, cuya formulación y nomenclatura quedará resuelta con la información contenida en la tabla respectiva, en la que: R = elemento que actúa como no metal; x = número de átomos del no metal; y = número de átomos de oxígeno; M = metal; z = valencia del metal:

Ejemplos.

A ) Efectuar la formulación del carbonato de hierro (III) [la IU PA C recomienda decir monohidrógeno- carbonato de hierro (III)]:

a) se escriben el símbolo del hierro y el radical que resulta de sacar un solo hidrógeno a la fórmula del ácido carbónico:

;

b) intercambio de valencias:

c) supresión del subíndice 1 :

(fórmula final).

B) Formular el monohidrógenofosfito de aluminio:

a) se escriben el símbolo del aluminio y el radical que resulta de sacar dos hidrógenos a la fórmula del ácido fosfórico:

;

b) intercambio de valencias:

(fórmula final).

C) Nombrar el compuesto de fórmula NaClO:

El sodio, Na, actúa con la valencia 1, y CIO es el radical que deriva del HCIO, ácido hipocloroso; por tanto, las sales serán hipocloritos y, en consecuencia, la sal que se ha pedido será, concretamente, el hipoclorito de sodio.

La formulación constituye el lenguaje del químico; por tal razón, se está ahora en condiciones de abordar el estudio de la química, lo que se hará dedicando el resto del tema a las cuestiones cuantitativas, es decir, a los cálculos químicos.

No es preciso insistir en lo importante que resulta, desde el principio, conocer a fondo la formulación, para así poder entrar de lleno a continuación en el cálculo químico.

FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA DE LAS SALES

Desde el punto de vista de su fórmula, los oxácidos son compuestos ternarios constituidos por hidrógeno, por un elemento que actúa como no metal y por oxígeno. Como sabemos, los oxácidos se originan a través de la reacción

 
Ejemplo. Anhídrido carbónico (o dióxido de carbono) + agua —> ácido carbónico, o sea

Por consiguiente, de la nomenclatura de los anhídridos se pasa a la de los oxácidos cambiando, simplemente, la palabra anhídrido por la de ácido, pues el adjetivo se conserva.

TABLA DE LOS OXÁCIDOS MÁS IMPORTANTES

La nomenclatura anterior, que es la clásica, resulta tan clara y pedagógica que la IU PA C admite su utilización, sobre todo a niveles de no profesionales de la química.

Ciertos anhídridos admiten la adición de una, dos o tres moléculas de agua, dando lugar a tres ácidos, que se nombran respectivamente con los prefijos meta-, orto- y piro-, yuxtapuestos al adjetivo. Por ejemplo, ácido ortofosfórico:

Hidróxidos o bases

Desde el punto de vista de su fórmula química, los hidróxidos derivan de la combinación entre un metal y el radical monovalente O H (radical hidroxilo).

Por lo tanto, como un radical se comporta como si fuera un solo átomo, aunque conste de varios, la formulación de los hidróxidos sigue la misma pauta que la de los compuestos binarios.

En lo que respecta a la nomenclatura, se sigue la notación de Stock y a las palabras hidróxido de sigue el nombre del metal (con la valencia en cifras romanas si el caso lo requiere).

Ejemplos.

A ) Formular el hidróxido de calcio:

a) se escribe el símbolo del calcio y el radical OH encerrado entre paréntesis:

Ca(OH);

b ) intercambio de valencias:

c ) supresión del subíndice 1 :

(fórmula final).

B) Formular el hidróxido de sodio:

a) se escribe el símbolo del sodio y el radical O H encerrado entre paréntesis:

Na(OH);

b) intercambio de valencias:

;

c) supresión de los subíndices iguales a 1 y del paréntesis:

NaOH
(fórmula final).

Formulación y nomenclatura de las combinaciones binarias de un metal con un no metal distinto del oxígeno Para la formulación se escriben los símbolos del no metal y del metal (actualmente se tiende a colocar en primer lugar el símbolo del metal) y los subíndices se colocan según la regla del intercambio de valencias.

Para la nomenclatura, se nombra primero el no metal terminado en -uro a continuación se pone la preposición de y por último se indica el nombre del metal. Si el metal puede actuar con más de una valencia, laque posee se escribe, en cifras romanas, entre paréntesis, según la notación de Stock:

La siguiente tabla facilitará la nomenclatura desde el punto de vista del no metal.

Ejemplos.
A ) Formular el cloruro de sodio (sal común):

a) se escriben los símbolos:

NaCI;

b) intercambio de valencias:

;

c) se suprimen los subíndices iguales a 1 :

NaCI

(fórmula final).

B) Formular el sulfuro de estaño (IV ):

a) se escriben los símbolos:

SnS;

b) intercambio de valencias:

;

c) simplificación por 2 :

;

d) supresión del subíndice 1 :

(fórmula final).

COMBINACIONES BINARIAS METAL-NO METAL (excepto el oxígeno)

C) Nombrar el compuesto de fórmula : Puesto que Fe = metal y S = no metal, y que el azufre actúa con valencia 2 (por tratarse el de un compuesto no oxigenado) y el hierro con la 3, el nombre pedido es sulfuro de hierro (III).

Formulación y nomenclatura de las combinaciones binarias de un metal o de un no metal con hidrógeno

El hidrógeno con los metales actúa como si fuera un no metal; en cambio, con los no metales de los grupos VI y VII se comporta como metal.

También se comporta como no metal cuando forma combinación binaria con los no metales de los grupos III, IV y V.

Cuando el hidrógeno actúa como no metal, el compuesto se denomina hidruro de, seguido del nombre del elemento con el que se combina.

Ejemplo. Formular el hidruro de calcio:

a) se escriben los símbolos:

HCa;

b) intercambio de valencias:

;

c) supresión del subíndice 1 :

(fórmula final).

Existen nombres especiales; agua;   amoníaco; metano; fosfamina, y arsenamina.

Si el hidrógeno actúa como metal, se sigue la nomenclatura dada en el epígrafe anterior. No obstante, en este último caso, son muy usuales todavía los nombres clásicos formados con la palabra ácido seguida del nombre del no metal terminado en -hídrico.

Formulación y nomenclatura de óxidos básicos, peróxidos y óxidos ácidos Para la formulación se siguen las dos reglas anteriores. En lo que respecta a la nomenclatura, se nombran con la palabra óxido seguida de la preposición de y, a continuación, el nombre del metal; si éste puede actuar con dos o más valencias, la que corresponde al compuesto se indica con cifras romanas y se encierra entre paréntesis.

Ejemplos.

a) CaO: Por ser el Ca un metal, el compuesto es un óxido, cuyo nombre es óxido de calcio.
b) : También se trata de un óxido porque el hierro es un metal; recibe la denominación de óxido de hierro (III).

La nomenclatura explicada es la de Stock, recomendada por la IU PAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), organismo que desaconseja, al mismo tiempo, las antiguas terminaciones -oso, para la valencia menor, e -ico, para la mayor (o sea, se desaconseja decir, por ejemplo, óxido férrico).

Peróxidos

Para la formulación ha de tenerse en cuenta:

a) que en estos compuestos el oxígeno figura bajo la forma del radical (grupo de átomos que no constituyen una molécula) , que actúa con la valencia 2 , o sea, cada oxígeno posee valencia 1;

b) la fórmula no se simplifica si el oxígeno queda como y sí en otro caso.

CONCEPTO DE VALENCIA Y SU RELACIÓN CON LA FORMULACIÓN Y APLICACIÓN PARA LA NOMENCLATURA DE ÓXIDOS Y ANHÍDRIDOS

Para la nomenclatura, se emplean las palabras peróxido de, seguidas del nombre del metal. La fórmula del peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) se hallará según el siguiente proceso:

a) se escribirá el símbolo del hidrógeno y además el radical :
b) intercambio de valencias:

c) se suprime el 1 y, por tanto, el paréntesis:

 
Ejemplo. Formular el peróxido de bario:
a) se escribe el símbolo del bario y el radical :
b) intercambio de valencias:

c) simplificación (para que quede ): ;
d) supresión de los subíndices 1 y eliminación del paréntesis:

Óxidos ácidos (anhídridos)

Para la formulación se siguen las reglas aplicadas hasta ahora. En cuanto a la nomenclatura, la IU PAC recomienda adoptar la de proporciones (en lugar de la clásica denominación de anhídrido, que no obstante también expondremos debido a hallarse todavía muy extendida).

Nomenclatura de proporciones: , dióxido de azufre; , trióxido de dinitrógeno; , monóxido de dicloro o, más usualmente, óxido de dicloro; , pentaóxido de dinitrógeno; , heptaóxido de dicloro.

Nomenclatura clásica: Es más complicada y distingue entre la formulación de los anhídridos de los elementos con cuatro posibles valencias (cloro, bromo, iodo, con 1, 3, 5, 7), de los de tres valencias (azufre, selenio, teluro, con 2, 4, 6 de las que sólo las dos últimas son posibles en las combinaciones con oxígeno) y de los de dos (nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio y bismuto, con 3 y 5; carbono y silicio, con 2 y 4 ).

En concreto, para las valencias 1,3,5,7,el esquema es:

Por ejemplo, corresponde al anhídrido perclórico; , al anhídrido nítrico, y CO_{2}, al anhídrido carbónico.

Formulación y Nomenclatura

Fórmula es la representación, por medio de símbolos químicos y de números de la cantidad de átomos de cada elemento que constituyen una molécula. En química inorgánica existen dos clases de fórmulas: empíricas, las que simplemente indican los átomos que hay en la molécula, y desarrolladas, que además expresan cómo están unidos los átomos. Formulación es la aplicación de un conjunto de reglas que sirve para escribir la fórmula de una molécula. Las fórmulas se denominan según una serie de leyes elaboradas de acuerdo con la estructura de la molécula. Esas leyes constituyen la nomenclatura química.

Formulación de las Moléculas

constituidas por un solo elemento químico Las moléculas monoatómicas, por estar constituidas por un solo átomo, se representan únicamente por medio del símbolo del elemento químico. La monoatomicidad es característica de los metales y del boro, del teluro, del carbono y del silicio. En general, se presentan en forma de átomos aislados los gases nobles y los metales en estado de vapor. La mayoría de los no metales forman moléculas poliatómicas con un número par de átomos:

— moléculas diatómicas:

, , , , ;

— moléculas tetraatómicas:

, ;

— moléculas octoatómicas:

, .

La denominación es sencilla: molécula de flúor , molécula de fósforo , molécula de azufre , e idénticamente para las demás.

Formulación y nomenclatura de los compuestos binarios

El presente tema se expondrá de este modo:

A ) Oxidos básicos, peróxidos y óxidos ácidos.
B) Combinaciones de un metal con un no metal distinto del oxígeno. Q Combinaciones de un metal o de un no metal con el hidrógeno.

Para la formulación de los compuestos de estos grupos se aplican las siguientes reglas fundamentales:

— Para escribir la fórmula empírica de un compuesto binario se escriben en primer lugar los símbolos de los elementos; a continuación, a cada símbolo se le coloca como subíndice la valencia del otro (intercambio de valencias); por ultimo, si los símbolos son múltiplo de un mismo numero, se dividen por este (simplificación de subíndices).

Dos ejemplos aclararán la aplicación de esta regla:

1.) Para el oxígeno (O . de valencia 2) y el calcio (Ca, de valencia 2):

a) se escriben los símbolos: CaO:

b) intercambio de valencias:

c) simplificación:

,.

d) fórmula final (el subíndice 1 no se escribe):

CaO.

2.°) Para el hidrógeno (H, de valencia 1) y el azufre (S, de valencia 2):

a) se escriben los símbolos:

SH;

b) intercambio de valencias:

;

c) simplificación:

no es posible;

d) fórmula final:

,

— Para escribir la fórmula desarrollada de un compuesto binario se parte de la fórmula empírica y se escriben, en dos columnas, tantos símbolos como átomos de cada clase existan; a continuación, se representan las valencias de cada átomo del primer elemento por pequeños segmentos que unen el átomo a otro u otros del segundo elemento (el número total de segmentos que sale, o que llega, a cada átomo ha de ser igual a la valencia del mismo). Si la fórmula empírica es , los pasos para escribir la fórmula desarrollada son:

a) se escribe una columna con los Cl y otra columna con los O:

b ) de cada átomo de Cl han de salir 5 segmentos (el Cl actúa en Cl2 O s con la valencia 5) y a cada átomo 1 de O han de llegar 2 segmentos:

Para la fórmula empírica CaO se tiene:

a) se escribe una columna con el Ca y otra con el O (columna de un solo elemento cada una: Ca 0;
b) del átomo de Ca han de salir 2 segmentos (¡el Ca actúa con valencia 2!) y al de O han de llegar otros 2 segmentos:

La afinidad química es un concepto que posee dos vertientes: una cualitativa, aptitud de los elementos para combinarse entre sí, y otra cuantitativa, medida del trabajo realizado por las fuerzas que actúan sobre un sistema formado por dos o más elementos.

Se comprende fácilmente que si, por ejemplo, dos elementos son afines, en condiciones adecuadas, darán lugar a un compuesto químico. Esos dos elementos se combinarán en una determinada proporción, lo que sugiere el concepto de valencia. En efecto, si en la reacción:

la molécula del compuesto formado, agua, posee dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, entonces sedice que el oxígeno «vale» (o posee valencia) doble que el hidrógeno.

De este ejemplo se deduce la siguiente definición: valencia de un elemento es el número de átomos de hidrógeno necesarios para formar un compuesto químico.

Dicho de otro modo, al hidrógeno se le asigna la valencia 1, y si un elemento requiere un solo átomo de hidrógeno poseerá asimismo valencia 1; si otro elemento requiere dos átomos de hidrógeno, poseerá valencia 2 (como el oxígeno), y así sucesivamente, hasta un máximo, la valencia 7.

Clasificación de los elementos químicos según su valencia

De lo dicho en el epígrafe anterior se desprende que cabe distribuir los 105 elementos químicos conocidos en grupos de

— elementos monovalentes (valencia 1);
— elementos divalentes (valencia 2);
— elementos trivalentes (valencia 3);
— elementos tetravalentes (valencia 4);
— elementos pentavalentes (valencia 5);
— elementos hexavalentes (valencia 6);
-— elementos heptavalentes (valencia 7).

Debe indicarse que existen muchos elementos que pueden actuar ‘con dos o más valencias, es decir, hay elementos, por ejemplo, mono y divalentes, di y tetravalentes, etcétera.

Una reacción química (o cambio químico) es un proceso en el que a partir de una o más sustancias se originan otra u otras diferentes de las iniciales. Las reacciones químicas (o, simplemente, reacciones) se representan separando con una flecha las sustancias originales de las finales:

A las sustancias A y B s e las denomina productos reaccionantes; a las C y D, productos de la reacción. La mayor parte de las reacciones químicas corresponden a uno de los tipos siguientes:

Análisis o descomposición

Reacción por la que a partir de una sustancia pura se forman otras:

Ejemplos de análisis los constituyen dos reacciones comentadas anteriormente:

Síntesis

Reacción de tipo contrario a la anterior, es decir, a partir de varias sustancias puras se origina otra:

Ejemplo:

Sustitución

Reacción cuyo esquema es

Doble sustitución

El esquema es

Oportunamente vez aprendidas las reglas de la formulación, se darán ejemplos de los dos últimos tipos de reacciones.

Conceptos de óxido y anhídrido

Los óxidos son combinaciones binarias (es decir, constituidas por dos elementos simples) de un metal con oxigeno.

Los anhídridos son, así mismo, combinaciones binarias, pero de un no metal con el oxígeno.

En realidad, cualquier reacción con el oxigeno es una oxidación y, por ello, hoy tiende a desaparecer la diferencia de denominación entre óxido y anhídrido.

En favor de la primera. Sin embargo, se utilizan los adjetivos básico y acido  aplicados al sustantivo óxido para referirse a los óxidos metálicos y a los anhídridos, respectivamente.

Los esquemas de reacción química (síntesis) para los óxidos, son los siguientes:

Concepto de hidróxido o base. indicadores

Un hidróxido (o base) es el resultado de la combinación de un oxido metálico con agua (por esta razón a los óxidos metálicos se les denomina óxidos básicos).

Las bases tienen dos propiedades características fundamentales:

a) cambian a azul el color del papel tornasol (también modifican el color de otras sustancias);

b).en disolución acuosa, el tacto, producen una sensación parecida a la del jabón.

Las sustancias que poseen la propiedad de cambiar de color en presencia de bases ( y también de ácidos ) se denominan indicadores.

Los indicadores pueden ser naturales , como el tornasol y los pétalos de ciertas flores, y artificiales, como los colorantes fenolftaleína  y naranja de metilo.

El esquema de reacción química (síntesis) para las bases es el siguiente:

Concepto de ácido. Los ácidos inorgánicos: sus clases 

Los ácidos son sustancias puras que, en disolución acuosa, poseen un sabor peculiar y producen cambios en la coloración de los indicadores  (por ejemplo, enrojecen el papel de tornasol).

En química inorgánica se estudian los ácidos inorgánicos, únicos que veremos por ahora, los cuales pueden ser de dos tipos:

a) ácidos binarios o hidrácidos, que están constituidos por un no metal (en realidad, sólo algunos no metales dan lugar a hidrácidos , como veremos posteriormente) e hidrógeno; b) ácidos ternarios u oxácidos, que en general están formados por oxigeno, otro no metal e hidrógeno.

Todo ácido contiene hidrógeno, aunque si una sustancia posee hidrógeno no necesariamente ha de tratarse de un acido. El esquema de reacción química de los hidrácidos (síntesis) es:

y el de los oxácidos es:

Concepto de sal. Reacción de neutralización

Las sales son sustancias puras obtenidas habitualmente por medio de la reacción de un acido con una base (reacción de neutralización) o bien al disolverse ciertos metales en un ácido.

Los esquemas de las reacciones químicas citadas son los siguientes:

reacción de neutralización, que es del tipo de doble sustitución, y

que es una reacción del tipo de sustitución