FORMULACIÓN INORGÁNICA

CONCEPTOS BÁSICOS

 
 

 

SUSTANCIAS QUÍMICAS

 

En la naturaleza los materiales que encontramos suelen ser mezclas de sustancias. Las sustancias (químicas puras) son un tipo de materia cuya composición es siempre la misma, no cambia. Por ejemplo, el oxígeno, el agua o la sal común son idénticas en todos los lugares y momentos. Precisamente por eso tienen fórmula. La fórmula es una manera de indicar la composición de una sustancia.

Hay dos grandes tipos de sustancias, los elementos y los compuestos. Los elementos están formados por átomos idénticos y los compuestos están formados por, al menos, dos tipos de átomos.

 

 

¿CÓMO SE UNEN LOS ÁTOMOS?

Los átomos se unen formando estructuras más o menos complejas que podemos clasificar como moléculas o cristales. En este proceso intervienen los electrones.

Si los átomos tienen mucha diferencia de electronegatividad, algunos electrones se desplazan de un átomo a otro. El elemento más electronegativo "roba" electrones al otro átomo. Como consecuencia se forman iones con cargas opuestas que se atraen entre si.

Se forman sustancias iónicas que forman cristales. Es el caso de la sal común, el cloruro de sodio.

Si los átomos tienen poca o ninguna diferencia de electronegatividad, los electrones se desplazan poco (o nada), situándose entre los átomos que enlazan. En este caso no se forman iones y la consecuencia del proceso es la formación de moléculas (también se pueden formar cristales). Es importante resaltar que en este caso no se forman iones.

Sustancias moleculares son, por ejemplo, el oxígeno o el agua.

 

ELECTRONEGATIVIDAD

En consecuencia, para saber si una sustancia está formada o no por iones es necesario conocer las electronegatividades de los elementos que se han unido.

Por ahora es suficiente con conocer que en el sistema periódico la electronegatividad aumenta cuando nos desplazamos hacia la derecha en una fila (en un periodo) y hacia arriba en una columna (en un grupo). Por ello, los metales (Na, Mg, K, Ca, ...) que están en la zona izquierda del SP son poco electronegativos (son electropositivos). Sin embargo, los no metales (F, O, N, S, P, ...) que están en la derecha del SP tienen electronegatividades elevadas (son electronegativos).

El tipo de compuesto (iónico o no) depende de las electronegatividades de los elementos que se enlazan. La siguiente simulación permite seleccionar dos elementos y comprobar el tipo de enlace (iónico o covalente) que se forma entre ellos.

FÓRMULAS

Hay muchos tipos de fórmulas, las más simples son la empírica y la molecular.

La fórmula molecular se utiliza en las sustancias que, como el agua, están formadas por moléculas (no tienen iones). La fórmula molecular indica como están formadas las moléculas, por ejemplo, la fórmula del agua H2O indica que su molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

La fórmula empírica se utiliza en las sustancias iónicas, es decir, aquellas que están formadas por iones como la sal común. La fórmula empírica solo indica la proporción en que están unidos los iones, por ejemplo, la fórmula de la sal común NaCl indica que en esa sustancia hay un ion sodio por cada ion cloro. No indica el número total de iones que forman el cristal porque puede ser cualquiera.

¿Cómo se escribe una fórmula?

Las fórmulas se empiezan a escribir por la derecha, ahí se encuentra el elemento de más preferencia, el más electronegativo. A la izquierda se encuentra el elemento de menos preferencia, el más electropositivo (o menos electronegativo).

Las fórmulas tienen, por tanto, una parte electronegativa a la derecha y otra electropositiva a la izquierda. En los compuestos iónicos hay verdaderas cargas negativas o positivas (iones), en los moleculares no.

 

Orden de los símbolos en la fórmula

La preferencia de los elementos en la fórmula viene establecida por la IUPAC y es la que recoge la figura.

Simplemente recorremos los grupos del SP desde arriba hasta abajo y desde la derecha hasta la izquierda. Previamente, se le ha cambiado la posición a los gases nobles y al hidrógeno.

Este orden recuerda bastante al de la electronegatividad pero no tiene por qué ser idéntico a él. La IUPAC, por tanto, ha "olvidado" el orden en base a la electronegatividad y lo ha sustituido por este otro que se le parece bastante y es más fácil de recordar.

 

¿Cómo se obtienen los subíndices de los elementos en las fórmulas?

En las fórmulas químicas aparecen los símbolos de los elementos afectados de unos subíndices que no pueden ser modificados, ¿cómo se determinan?. Para entender este proceso, previamente hay que conocer el significado de un concepto muy importante en Química: el número de oxidación.

Los elementos en estado natural, sin combinar, son neutros. Este hecho lo podemos expresar asignándole un número de oxidación 0. Sin embargo, hemos visto que cuando los elementos se combinan hay trasvase de electrones entre ellos. Eso cambia el número de oxidación. El elemento que gana electrones (cargas negativas) adquiere número de oxidación negativo. El elemento que pierde electrones adquiere número de oxidación positivo. La tabla recoge los números de oxidación más frecuentes de los elementos más comunes.

Los metales tienen números de oxidación positivos eso quiere decir que cuando se combinan pierden electrones.

Los no metales tienen números de oxidación positivos o negativos, es decir, dependiendo de con quien se combinan pierden o ganan electrones.

Es esperable que los metales (con número de oxidación positivo) se puedan combinar con los no metales (con número de oxidación negativo). También es esperable que los no metales se puedan combinar entre si ya que pueden tener números de oxidación positivos y negativos

Cálculo de los subíndices de la fórmula

Para hacerlo podríamos pensar que los electrones que gana (total o parcialmente) un elemento los tiene que perder el otro. Por tanto, para determinar los subíndices que aparecen en la fórmula solo tendremos que tener en cuenta dos cosas:

- Los números de oxidación de los elementos que aparecen en ella

- La carga eléctrica de la especie química que se forma. Si es una molécula será neutra. Si es un ion no.

La estrategia es sencilla. Veamos algunos ejemplos.

¿Cuál es la fórmula del cloruro de potasio?

Sabemos que está formado por potasio y cloro. El cloro tiene preferencia sobre el potasio luego se escribe a la derecha en la fórmula. El potasio es un metal con número de oxidación 1. El cloro tiene varios números de oxidación pero en las combinaciones con los metales (que solo tienen números de oxidación positivos) debe actuar con un número de oxidación negativo y el único que tiene es -1. Como el compuesto formado es neutro, la suma de los números de oxidación debe ser cero:

0 = x (1) + y (-1)

la solución más sencilla es x = 1 ; y = 1

La fórmula del cloruro de potasio es KCl

¿Cuál es la fórmula del óxido de sodio?

Sabemos que está formado por sodio y oxígeno. El oxígeno tiene preferencia sobre el sodio luego se escribe a la derecha en la fórmula. El sodio es un metal con número de oxidación 1. El oxígeno, por tanto, debe actuar con un número de oxidación negativo (-2). Como el compuesto formado es neutro, la suma de los números de oxidación debe ser cero:

0 = x (1) + y (-2)

la solución más sencilla es x = 2 ; y = 1

La fórmula del óxido de sodio es Na2O

¿Cuál es la fórmula del sulfuro de hidrógeno?

Sabemos que está formado por azufre e hidrógeno, los dos son no metales. El azufre está situado antes que el H en la preferencia de los elementos, por tanto, se coloca en la fórmula a la derecha (por eso también esta sustancia es un sulfuro y no un hidruro). Por la misma razón, el azufre, al ser la parte electronegativa de la fórmula, tendrá número de oxidación negativo (-2) y el hidrógeno, al ser la parte electropositiva, lo tendrá positivo (+1). Como el compuesto formado es neutro, la suma de los números de oxidación debe ser cero:

0 = x (1) + y (-2)

la solución más sencilla es x = 2 ; y = 1

La fórmula del óxido de disodio es H2S

¿Cuál es la fórmula del fluoruro de azufre (VI)?

Sabemos que está formado por flúor y azufre, los dos son no metales. El flúor está situado antes que el azufre en la preferencia de los elementos, por tanto, se coloca en la fórmula a la derecha (por eso también esta sustancia es un fluoruro y no un sulfuro). Por la misma razón, el flúor, al ser la parte electronegativa de la fórmula, tendrá número de oxidación negativo (-1) y el azufre, al ser la parte electropositiva, lo tendrá positivo, en este caso 6 (lo indica el nombre). Como el compuesto formado es neutro, la suma de los números de oxidación debe ser cero:

0 = x (6) + y (-1)

la solución más sencilla es x = 1 ; y = 6

La fórmula del hexafluoruro de azufre es SF6

¿Y en el caso de los iones?

Se aplica la misma estrategia. Veamos un ejemplo.

Determinar la fórmula de ion nitrato sabiendo que su carga es -1, está formado por nitrógeno y oxígeno y en él el nitrógeno tiene número de oxidación +5.

NxOy-

La suma de los números de oxidación debe ser igual a -1, que es la carga del ion.

-1 = x (5) + y (-2)

si tomamos x =1 ; -1 = 5 -2y ; o sea 2y = 6

por tanto, x = 1 ; y =3

El ion nitrato es NO3-