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Tecnológico Nacional de México Campus Villahermosa
Compuestos inorgánicos Clasificación y propiedades
¿Qué es un compuesto inorgánico? los compuestos inorgánicos son aquellos cuya composición no está basada principalmente en el carbono y el hidrógeno, sino que involucra diversos tipos de elementos, casi todos los conocidos de la Tabla Periódica. Estos compuestos se forman a través de reacciones y fenómenos físicos presentes en la naturaleza, tales como la energía solar, la acción de la electricidad o del calor, etc., que permiten la creación de sustancias diversas. Sus átomos y moléculas suelen unirse mediante enlaces iónicos o covalentes.
Las sustancias inorgánicas pueden diferir enormemente las unas de las otras, por lo cual sus propiedades no siempre son comunes ni son universales. En líneas generales, sin embargo, se pueden mencionar algunas propiedades: Buenos conductores de calor y de electricidad. Predomina en ellos el enlace iónico (electro Valente). Tienen puntos de fusión y ebullición. Algunos sólidos, suelen presentar dureza y fragilidad. Suelen organizarse en forma de cristales cuando son sales sólidas, debido a la falta de movilidad entre sus iones.
Los compuestos inorgánicos son muy variados entre sí. Dentro de su variedad, comparten determinadas características que los diferencian de los compuestos orgánicos.
Resultan de la combinación de los elementos metales y no metales de la tabla periódica. Se forman por enlaces iónicos casi siempre. No presentan concatenación, es decir, sus enlaces no forman cadenas. Algunos compuestos inorgánicos pueden formarse por enlaces covalentes, como el amoníaco, el agua y el dióxido de carbono. No presentan isomería, es decir, cada combinación de átomos da lugar a un único compuesto. Por norma general, no son combustibles.
Clasificación 3.1.1 óxidos El Oxido es un compuesto inorgánico que se forma al unir algún elemento químico con Oxígeno. Los óxidos se clasifican en dos grupos: Óxidos Básicos y Óxidos Ácidos. Los óxidos son compuestos binarios formados por la combinación del oxígeno con un elemento químico. El oxígeno actúa con su número de oxidación (-2), mientras el otro elemento actúa con un número de oxidación positivo.
Existe una gran variedad de óxidos, los cuales se presentan en los 3 principales estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso, a temperatura ambiente. Casi todos los elementos forman combinaciones estables con el oxígeno y muchos en varios estados de oxidación. Debido a esta gran variedad las propiedades son muy diversas y las características del enlace varían desde el típico sólido iónico hasta los enlaces covalentes. Por ejemplo, los óxidos el óxido nítrico (NO) o el dióxido de nitrógeno (NO2). Los óxidos son muy comunes y variados en la corteza terrestre. Los óxidos no metálicos también son llamados anhídridos, 3porque son compuestos que han perdido una molécula de agua dentro de sus moléculas. Los metales pueden mezclarse con el oxígeno (O). Por ejemplo, al hidratar anhídrido carbónico en determinadas condiciones puede obtenerse ácido carbónico: CO2 + H2O= H2CO3
En general, los ácidos se pueden sintetizar directamente mediante procesos de oxidación; por ejemplo, óxidos básicos con elementos metálicos (alcalinos, alcalinotérreos o metales de transición) como el magnesio: 2 Mg + O2= 2MgO
O bien óxidos ácidos con elementos no metálicos, como el fósforo: P4 + 502= 2P205
Según la estequiometria del compuesto: Óxidos binarios, formados por oxígeno y otro elemento. Óxidos mixtos, formados por dos elementos distintos y oxígeno como son las espinelas.
3.1.2 hidróxidos Los hidróxidos son un grupo de compuestos químicos formados por un metal y uno o varios aniones hidroxilos, en lugar de oxígeno como sucede con los óxidos. Arrhenius dijo que un hidróxido o base es aquella sustancia que va a liberar iones Hidroxilo. Bronsted-Lowry dijo que un hidróxido o base es aquella sustancia que va a aceptar o recibir protones. El hidróxido, combinación que deriva del agua por sustitución de uno de sus átomos de hidrógeno por un metal. Se denomina también hidróxido el grupo OH formado por un átomo de oxígeno y otro de hidrógeno, característico de las bases y de los alcoholes y fenoles. Los hidróxidos se formulan escribiendo el metal seguido del grupo dependiente con la base de un ion de radical adecuado con hidróxido; este va entre paréntesis si el subíndice es mayor de uno. Dicho de otro modo, se escribe primero el metal y luego el grupo funcional OH, (ion hidróxido, OH-), denominado grupo hidroxilo, que actúa con número de oxidación -12. A este oxidrilo se le coloca de subíndice, si el metal tiene valencia superior a 1, se le pone entre paréntesis: (OH), y se coloca por subíndice, la valencia del metal. Luego se balancea. Ejemplo: óxido básico + agua → hidróxido
Los hidróxidos se caracterizan por contener grupos hidroxilos o moléculas de agua. Tienden a ser menos duros y de menor densidad que los óxidos y aparecen como alteración secundaria o como productos de la meteorización. Propiedades Los hidróxidos metálicos son, a temperatura ambiente, sustancias sólidas.
Los hidróxidos de los elementos del grupo IA de la tabla periódica funden a temperaturas relativamente altas. La mayoría de los restantes hidróxidos metálicos se descomponen a altas temperaturas antes de fundirse. Teniendo en cuenta su solubilidad en agua, los hidróxidos metálicos se clasifican en solubles y prácticamente insolubles. Los elementos químicos del grupo IA (alcalinos) y algunos de los elementos del grupo IIA (alcalinos-térreos) de la tabla periódica forman hidróxidos solubles, el resto no lo son. Los hidróxidos metálicos en estado sólido no conducen la corriente eléctrica y sí lo hacen fundidos o en disolución acuosa. 3.1.3 ácidos Ácido es todo compuesto químico que libera o cede iones de hidrógeno (H+) en solución acuosa. Tipos de ácidos Los ácidos se clasifican en dos grandes grupos según su capacidad de ionización: Ácidos fuertes Son aquellos compuestos capaces de liberar iones de hidrógeno (H+) con facilidad en una solución. Se caracterizan por ser muy corrosivos, se disocian totalmente en una solución acuosa y tienen la capacidad de conducir la energía eléctrica de forma eficiente. Ejemplos de ácidos fuertes son el ácido clorhídrico (HCI) y el ácido bromhídrico (HBr). Ácidos débiles Son los compuestos químicos que no liberan iones de hidrógeno (H+) en gran cantidad. Se caracterizan por ser menos corrosivos y no se disocian totalmente en una solución acuosa. Ejemplos de ácidos débiles son el ácido hipobromoso (HBrO) y el ácido carbónico (H2CO3).
Características de los ácidos Son conductores de energía eléctrica: es decir, este tipo de energía fluye con facilidad a través de sus iones. Al reaccionar con metales generan hidrógeno (H) y sal. Al reaccionar con bases o con óxidos metálicas generan agua (H2O) y sal. Son corrosivos al contacto con la piel: por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl), conocido como ácido muriático puede causar destrucción de los tejidos, por lo que se considera un material de uso controlado. Son solubles en agua: es decir, que se disocian o se disuelven en agua con facilidad. Su nivel de pH es inferior a 7: el pH mide la concentración de iones (H+) en una solución. A menor pH, mayor acidez.
3.1.4 sales Se denomina sales a compuestos químicos fruto de un enlace iónico entre partículas químicas con carga positiva (cationes) y otras con carga negativa (aniones). Son el resultado típico de la reacción química entre un ácido y una base, también conocida como neutralización.
Propiedades de las sales Las sales son compuestos cristalinos con estructura iónica. Las propiedades de las sales pueden ser muy variadas, dependiendo de su composición. En líneas generales, se trata de compuestos cristalinos, con estructura iónica. Su estructura les confiere altos puntos de fusión y propiedades dieléctricas en estado sólido. Sin embargo, son solubles en agua. Suelen tener colores diferentes (desde el blanco de la sal común al rojo, negro, azul y malva, dependiendo de sus componentes). Sus sabores oscilan entre el salado, dulce, agrio y amargo. Despiden poco olor o ninguno. Clasificación de las sales por composición Las clases se pueden clasificar según la proporción de iones que las componen, o de ácidos y bases: Sales básicas o hidroxilases. Compuestas por dos aniones y un catión. Sales ácidas o sódicas. Se componen de dos cationes y un anión. Sales neutras. Producto de la neutralización total de un ácido y una base, carecen de iones H+ y OH- debido a su carácter neutro. Sales mixtas. Compuestas por dos cationes o dos aniones distintos, que presentan iones diferentes a H+ y OH-. Sales hidratadas. Sales en cuya composición cristalina aparecen moléculas de agua. Clasificación de las sales por elementos Las sales cuaternarias presentan cuatro elementos entre metales y no metales. Otra forma de clasificar las sales atiende al número de elementos presentes en su fórmula, del siguiente modo: Sales binarias. Presentan dos elementos: un metal y un no metal. Ejemplo: NaCl.
Sales ternarias. Presentan tres elementos: un metal, un no metal y oxígeno. Ejemplo: PbSeO3. Sales cuaternarias. Presentan cuatro elementos diferentes, entre metales y no metales. Ejemplo: NaHCO3.
3.1.5 hidruros Un hidruro es un compuesto formado por un hidrógeno y cualquier otro elemento. Cuando el compuesto químico se compone de un hidrógeno y un metal, se trata de un hidruro metálico. En cambio, si el hidrógeno se combina con un elemento que no es un metal, se lo nombra hidruro no metálico. Existen tres tipos de hidruros que son: Hidruros metálicos: se forman por elementos alcalinos y alcalino-térreos. Son compuestos no volátiles que tienen conductividad. En este grupo se puede distinguir a los hidruros que forman los metales más electropositivos y son llamados hidruros salinos que por lo general son sólidos blancos o grises que se obtienen por reacción directa del metal con hidrógeno a altas temperaturas. Los hidruros volátiles o no metálicos: se forman con elementos no metálicos con poca electronegatividad, esto quiere decir con nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio, bismuto, boro, carbono y silicio. Se conocen también como hidruros moleculares o covalentes, porque tienen enlaces covalentes. Los hidruros hidrácidos: nacen de la combinación del hidrógeno con un halógeno o bien con un elemento anfígeno. Características Las principales características que poseen los hidruros son las siguientes: Todos son térmicamente inestables y algunos explotan al contacto con el aire o la humedad. En los hidruros metálicos el número de oxidación es de -1. En los hidruros no metálicos el número de oxidación del hidrógeno es 1.
Dependiendo de la clase de elemento con el que se combina, el hidrógeno de los hidruros puede formar enlaces iónicos o covalentes. La nomenclatura tradicional de los hidruros metálicos se hace nombrando la palabra hidruro seguido del elemento metálico. Son catalogados como compuestos inorgánicos binarios porque tienen dos elementos químicos. Propiedades Por lo general los hidruros son compuestos estequiométricos que presentan propiedades metálicas como por ejemplo la conductividad. Tienen una gran velocidad de difusión del hidrógeno por medio del sólido cuando se someten a temperatura elevadas. Los hidruros salinos por lo general se encuentran en estado sólido y son de color blanco o gris. Este tipo de hidruro se puede obtener por medio de reacciones directas del metal con el hidrógeno. Elementos como el fósforo, arsénico y sus compuestos son considerados tóxicos. Tienen agentes reductores bastante efectivos y no reaccionan con el agua o con los ácidos catalogados como no oxidantes. Usos y aplicaciones Algunos de los usos de los hidruros los podemos mencionar a continuación: Funcionan como desecantes y reductores, y algunos se utilizan como fuentes de hidrógeno puro. Baterías de níquel metal hidruro que son recargables y de uso tanto doméstico como industrial. Algunos de ellos pueden ser usados en limpieza, para desteñir cabellos y en lavandería. Son usados como plaguicidas en fumigación, pero este uso es restringido para comercios. Aplicaciones técnicas como por ejemplo la creación de abonos, explosivos, colorantes de plásticos, fibras textiles, pinturas, y pilas. Algunos funcionan en la síntesis de los compuestos orgánicos e inorgánicos del yodo. En el área de la medicina también pueden algunos de ellos ser usados como suplementos.
Normas Para nombrarlos se utilizan un conjunto de reglas o fórmulas. Actualmente la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) es la autoridad máxima que establece las reglas correspondientes en nomenclatura química. Sustancias Simples Estas pueden estar formadas por átomos de elementos metálicos, en cuyo caso el nombre de la sustancia coincide con el del elemento que la forma. Ejemplo: Na (Sodio), Fe (Hierro), Ni (Níquel), Cu (Cobre)
También pueden estar formadas por átomos de elementos no metálicos. Para nombrar estas sustancias se coloca un prefijo delante del nombre del elemento que indica la cantidad de átomos de éste que la forman. Los prefijos utilizados son: 1(Mono), 2(Di), 3(Tri), 4(Tetra), 5(Penta), 6(Hexa), 7(Hepta), 8(Octa)
Ejemplo: H2(Dihidrógeno), O3(Trioxígeno-Ozono), P4(Tetrafósforo), S8(Octazufre)
Óxidos Son compuestos formados por el Oxígeno y un elemento que puede ser metal o no metal que determina las reglas a seguir. Óxidos Metálicos: Como la palabra lo indica están formados por átomos de un elemento metálico, unidos al oxígeno. Para nombrarlos se utiliza la siguiente regla: Óxido + de +. En caso de que el metal posea más de un
Número de Oxidación, debe especificarse (con números Romanos) el que utiliza en el compuesto que se está nombrando. Ejemplo: Na2O (Óxido de Sodio), Fe2O3(Óxido de Hierro III), ZnO (Óxido de Zinc) Óxidos No Metálicos: Están formados por átomos de un elemento no metálico, unidos al oxígeno. Para nombrarlos se coloca delante de la palabra óxido un prefijo que indica la cantidad de átomos de oxígeno presentes. A continuación, se nombra el no metal, especificando con los mismos prefijos la cantidad de átomos; se exceptúa cuando esta cantidad es uno. Ejemplo: CO (Monóxido de Carbono), SO2(Dióxido de Azufre), P2O5(Pentóxido de Difósforo)
Sales En su composición siempre está presente un metal y uno o varios no metales que determinan su clasificación. Sales Binarias: Están formadas por un metal y un no metal distinto del Oxígeno, de ahí que también se conozcan como Sales no Oxigenadas o Haloideas. Para nombrarlas de utiliza la siguiente regla: + uro + de + En caso de que el metal posea más de un Número de Oxidación, debe especificarse (con números Romanos) el que utiliza en el compuesto que se está nombrando. Ejemplo: NaCl (Cloruro de Sodio), KI (Yoduro de Potasio), FeS (Sulfuro de Hierro II) Cuando el metal se une al Hidrógeno forma un tipo de sal denominada Hidruro. Ejemplo: NaH (Hidruro de Sodio) Sales Ternarias: También conocidas como Oxisales, están formadas
por un metal, un no metal distinto del Hidrógeno y el Oxígeno. En estos casos el no metal y el oxígeno forman un ión poliatómico con cuyo nombre comienza el de la sal. Para nombrarlas de utiliza la siguiente regla: + de + En caso de que el metal posea más de un Número de Oxidación, debe especificarse (con números Romanos) el que utiliza en el compuesto que se está nombrando. Ejemplo: CaCO3(Carbonato de Calcio), CuSO4(Sulfato de Cobre II), Al2(SO4)3(Sulfato de Aluminio) Sales Cuaternarias: A la composición de las Sales Ternarias se le suma la presencia del Hidrógeno, que da inicio al nombre del compuesto. Ejemplo: NaHCO3(Hidrógeno Carbonato de Sodio-Bicarbonato) Hidróxidos Están formados por un metal, el Hidrógeno y el Oxígeno. Para nombrarlas de utiliza la siguiente regla: Hidróxido +de + En caso de que el metal posea más de un Número de Oxidación, debe especificarse (con números Romanos) el que utiliza en el compuesto que se está nombrando. Ejemplo: NaOH (Hidróxido de Sodio), Ca(OH)2(Hidróxido de Calcio) Ácidos Los ácidos, atendiendo a su composición pueden clasificarse en Oxigenados y No Oxigenados o Hidrácidos. Ácidos no Oxigenados o Hidrácidos: Están formados por el Azufre o alguno de los elementos del grupo VIIA de la Tabla Periódica, llamados también Halógenos, unidos al Hidrógeno. Estos compuestos siempre se encuentran en
estado acuoso. Para nombrarlos, al nombre del no metal se adiciona el sufijo hídrico. Ejemplo: H2S (Ácido Sulfhídrico), HCl (Ácido Clorhídrico) Ácidos Oxigenados: Están formados por el Hidrógeno, un no metal y el Oxígeno. En estos casos el no metal y el oxígeno forman un ión poliatómico, similar a como ocurre en las Sales Ternarias. Para nombrarlos se cambian las terminaciones de los iones poliatómicos de la siguiente manera: ato por ico, e ito por oso. Ejemplo: H2SO4(Ácido Sulfúrico, por el ión sulfato), H2SO3(Ácido Sulfuroso, por el ión sulfito) Haluros de Hidrógeno: Poseen la misma composición que los Hidrácidos o Ácidos no Oxigenados, pero a diferencia de aquellos siempre se encuentran en estado gaseoso. Para nombrarlos, al nombre del no metal se adiciona el sufijo uro. Ejemplo: H2S (Sulfuro de Hidrógeno), HCl (Cloruro de Hidrógeno)
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