Química · 4.º año
Las fórmulas no se memorizan: se arman
La reja oxidada, el tronco pintado con cal y el sifón de soda tienen nombre y apellido químico. Con dos datos —el número de oxidación de cada elemento y una regla para cruzarlos— vas a escribir y nombrar cientos de compuestos sin memorizar listas.
Química en la vereda
Fe2O3
La herrumbre de la reja: óxido de hierro (III) con agua incorporada.
Ca(OH)2
La cal de los troncos: hidróxido de calcio, cal viva «apagada» con agua.
H2CO3
En el sifón, parte del CO2 reacciona con el agua: ácido carbónico.
¿Cómo lee alguien que sabe química Fe2O3 y sabe, sin buscar, que es un óxido, que el hierro está «en +3» y que se llama óxido férrico? No se lo memorizó: lo armó. Al terminar esta clase, vos también vas a poder.
Cinco familias, un solo mapa
Todo arranca con una pregunta: ¿el elemento es metal o no metal? En la tabla periódica, los no metales están arriba a la derecha (y el hidrógeno, arriba a la izquierda); la mayoría de los demás son metales.
Nametalnaranja
Sno metalazul
Ooxígenorojo
Hhidrógenonegro
En esta clase, cada ficha tiene el color de su papel en el compuesto: mirá los colores de una fórmula y la familia aparece sola.
Reconocer la familia de un vistazo
| Familia: qué tiene la fórmula | Ejemplos |
|---|---|
| Óxido básicometal + oxígeno | Na2O Fe2O3 |
| Óxido ácidono metal + oxígeno | CO2 SO3 |
| Hidróxidometal + grupos OH | NaOH Ca(OH)2 |
| OxoácidoH + no metal + O | H2SO4 HNO3 |
| HidrácidoH + no metal, sin O | HCl H2S |
¿Por qué «básico» y «ácido»? Por lo que forman con agua: los óxidos básicos dan bases (hidróxidos) y los ácidos dan ácidos (oxoácidos).
Precalentamiento
¿De qué familia es? Acá las fórmulas vienen sin colores, como en una prueba.
K2O
Aciertos a la primera: 0 de 0
Precalentamiento. Clasificá cada fórmula (óxido básico, óxido ácido, hidróxido, oxoácido o hidrácido): K2O · SO2 · Mg(OH)2 · HNO3 · HBr · Al2O3 · CO2 · H2S · KOH · Cl2O7.
El número de oxidación y el famoso «cruce»
Una carga «de cuenta»
En «Uniones químicas» (3.º año) viste que el magnesio pierde dos electrones y queda como Mg2+. El número de oxidación generaliza esa idea: es la carga que tendría cada átomo si el más electronegativo se quedara con los electrones del enlace. En el CaO, que es iónico, coincide con la carga de los iones; en el CO2, covalente, es una carga de cuenta que igual sirve para armar fórmulas.
El número de oxidación es la valencia con signo, y el signo va adelante: Fe+3. La carga de un ion se escribe al revés: Fe3+.
Cinco reglas que alcanzan
- Elemento solo, sin combinar (un clavo de hierro, el O2 del aire): 0.
- Oxígeno en compuestos: −2. Excepción famosa: el agua oxigenada, H2O2, donde vale −1.
- Hidrógeno unido a no metales: +1.
- Metales: siempre positivos. Grupo 1 (Na, K): +1; grupo 2 (Mg, Ca): +2; aluminio: +3. El hierro y el cobre tienen dos posibles.
- En un compuesto, todo suma cero. En un ion, suma su carga: OH− → (−2) + (+1) = −1.
Los no metales tienen doble vida: son positivos con el oxígeno (que les gana la pulseada por los electrones) y negativos con el hidrógeno. El cloro: +1, +3, +5 o +7 con O; −1 con H.
Nasodio+1
Kpotasio+1
Mgmagnesio+2
Cacalcio+2
Alaluminio+3
Znzinc+2
Fehierro+2 +3
Cucobre+1 +2
Ccarbono+2 +4
Nnitrógeno+3 +5
Sazufre+4 +6−2 con H
Clcloro+1 +3 +5 +7−1 con H
Ooxígeno−2
Hhidrógeno+1
Tu tabla puede traer más números: acá están los que usan los ejercicios de esta clase.
Calcular el número de oxidación: tres cuentas
El azufre en el SO3
x + 3 · (−2) = 0
x = +6
Tres oxígenos aportan −6: el azufre compensa.
El hierro en el Fe2O3
2x + 3 · (−2) = 0
2x = 6
x = +3
Ojo: el +6 se reparte entre dos hierros.
El nitrógeno en el HNO3
(+1) + x + 3 · (−2) = 0
x = +5
El hidrógeno también entra en la cuenta.
El encastre: ¿cuántas fichas de cada una?
Cada carga positiva es un diente y cada negativa, un hueco: la fórmula «cierra» cuando no sobra ni falta nada.
Probalo
Elegí un elemento y sumá o sacá fichas hasta que la carga total dé cero.
En papel: ¿cuántas fichas de Na (+1), de Al (+3) y de C (+4) necesitás con O (−2) para que la carga total dé cero? Escribí la fórmula de cada uno.
La regla del cruce
Lo que hiciste en el encastre tiene un atajo:
- Escribí los símbolos (primero el elemento, después el oxígeno), con su número de oxidación arriba.
- Cruzá: el número de cada uno baja como subíndice del otro, sin el signo.
- Simplificá si los dos subíndices se pueden dividir por un mismo número. El 1 no se escribe.
- Chequeá que las cargas sumen cero.
Ca+2 O−2 → Ca2O2÷ 2 → CaO
¿Por qué funciona? Cada elemento queda con tantos átomos como el número del otro, así que las cargas siempre se compensan. Y se simplifica porque la fórmula indica la proporción más chica: Ca2O2 y CaO dicen lo mismo, pero se escribe CaO.
Seis fichas resueltas
Sodio (+1)
Na+1 O−2 → Na2O1
Na2O
2 y 1 no se simplifican. El 1 no se escribe.
Calcio (+2)
Ca+2 O−2 → Ca2O2
CaO
Los dos subíndices son 2: divido por 2.
Hierro (+2) y (+3)
Fe+2 → Fe2O2
Fe+3 → Fe2O3
FeO
Fe2O3
Un metal, dos óxidos: por eso hacen falta nombres que digan cuál es cuál.
Carbono (+4)
C+4 O−2 → C2O4
CO2
2 y 4 se dividen por 2.
Azufre (+4) y (+6)
S+4 → S2O4
S+6 → S2O6
SO2
SO3
En los dos casos se divide por 2.
Nitrógeno (+5)
N+5 O−2 → N2O5
N2O5
2 y 5 no se pueden dividir por un mismo número.
Tarjetas amarillas del cruce
No simplificar. Ca2O2, C2O4 y S2O6 son neutras, pero se escriben CaO, CO2 y SO3. Y se dividen los dos subíndices: Ca2O2 no pasa a CaO2.
Subíndices al revés. Fe3O2 está mal: el número del hierro va abajo del oxígeno. El chequeo lo delata: 3 · (+3) + 2 · (−2) = +5, no da cero.
Tres nombres para el mismo óxido
En la escuela se usan tres nomenclaturas. Cada una cuenta algo distinto del compuesto; lo único prohibido es mezclarlas en un mismo nombre.
Tradicional
Avisa con terminaciones.
- Metal con un solo número: óxido de calcio (CaO).
- Con dos números: -oso el menor, -ico el mayor. Óxido ferroso (FeO) y óxido férrico (Fe2O3).
- No metales: anhídrido + terminación. Anhídrido carbónico (CO2).
Numerales de Stock
Avisa con el número de oxidación en romanos.
- Óxido de hierro (III) (Fe2O3).
- Si el elemento tiene un solo número posible, no se escribe: óxido de calcio.
Atomicidad (sistemática)
Cuenta átomos con prefijos.
- mono- 1 · di- 2 · tri- 3 · tetra- 4 · penta- 5 · hexa- 6 · hepta- 7.
- Trióxido de dihierro (Fe2O3). Con un solo átomo del elemento, sin prefijo: dióxido de carbono.
Las raíces vienen del latín, como los símbolos: Fe de ferrum (férrico), Cu de cuprum (cúprico), S de sulfur (sulfúrico). Y «anhídrido» quiere decir «sin agua»: el SO3 es el anhídrido sulfúrico porque con agua da ácido sulfúrico.
La escalera de terminaciones
Si un no metal tiene cuatro números, como el cloro, se suman dos prefijos: hipo- («por debajo», como en hipotermia) para el más chico y per- para el más grande.
Con dos números alcanzan -oso (menor) e -ico (mayor): ferroso (+2) y férrico (+3); sulfuroso (+4) y sulfúrico (+6). Truco: -ico rima con rico, el que tiene más.
Los tres nombres, uno al lado del otro
| Fórmula | Tradicional | Stock | Atomicidad |
|---|---|---|---|
| Na2O | óxido de sodio | óxido de sodio | monóxido de disodio |
| FeO | óxido ferroso | óxido de hierro (II) | monóxido de hierro |
| Fe2O3 | óxido férrico | óxido de hierro (III) | trióxido de dihierro |
| CuO | óxido cúprico | óxido de cobre (II) | monóxido de cobre |
| CO2 | anhídrido carbónico | óxido de carbono (IV) | dióxido de carbono |
| SO2 | anhídrido sulfuroso | óxido de azufre (IV) | dióxido de azufre |
| SO3 | anhídrido sulfúrico | óxido de azufre (VI) | trióxido de azufre |
| N2O5 | anhídrido nítrico | óxido de nitrógeno (V) | pentóxido de dinitrógeno |
Tarjetas amarillas de los nombres
El romano no cuenta átomos. El Fe2O3 tiene dos hierros, pero es óxido de hierro (III): el romano es el número de oxidación. Y el SO2 no es «óxido de azufre (II)»: es (IV).
Mezclar nomenclaturas. «Óxido férrico (III)» mezcla tradicional y Stock; «trióxido de hierro (III)», atomicidad y Stock.
Confundir -oso con -ico. Calculá primero el número de oxidación: la terminación no se adivina.
Letra chica. Vas a ver «óxido de calcio» por «monóxido de calcio» y «pentaóxido» por «pentóxido» (la IUPAC hoy prefiere no comerse la vocal, salvo en monóxido). Usá la forma de tu profe.
Agregale agua: hidróxidos y ácidos
Hidróxidos: el metal y sus grupos OH
Un óxido básico con agua forma un hidróxido. Su marca es el grupo OH− (oxhidrilo): un oxígeno y un hidrógeno que viajan juntos, con carga −1. Por el mismo cruce de siempre, el metal lleva tantos OH como su número de oxidación: Na+1 → NaOH, Ca+2 → Ca(OH)2, Fe+3 → Fe(OH)3.
El hidróxido hereda el apellido del óxido: del óxido férrico sale el hidróxido férrico, o hidróxido de hierro (III); por atomicidad, trihidróxido de hierro (el prefijo cuenta los OH).
- Na2O + H2O → 2 NaOHHay 2 Na a la izquierda: van 2 NaOH.
- CaO + H2O → Ca(OH)2Ya está: 1 Ca, 2 O y 2 H de cada lado.
- Fe2O3 + 3 H2O → 2 Fe(OH)32 Fe dan 2 Fe(OH)3, que piden 6 H: 3 H2O.
Dato honesto. La ecuación siempre sirve para relacionar fórmulas, pero en la realidad solo algunos óxidos reaccionan así con el agua, como el de calcio: la cal viva se «apaga» y se calienta muchísimo. El hidróxido de hierro (III) se fabrica por otros caminos.
Oxoácidos: sumá y, si podés, simplificá
Un óxido ácido con agua forma un oxoácido: hidrógeno, no metal y oxígeno, en ese orden. La receta: sumá todos los átomos del óxido y del agua y, si los tres subíndices quedan pares, dividí por 2.
El nombre hereda la terminación del anhídrido: anhídrido sulfúrico → ácido sulfúrico. Chequeo: el no metal conserva su número de oxidación. En el H2SO4, 2 · (+1) + x + 4 · (−2) = 0: x = +6, igual que en el SO3.
- CO2 + H2O → H2CO3ácido carbónico
- SO2 + H2O → H2SO3ácido sulfuroso
- SO3 + H2O → H2SO4ácido sulfúrico
- N2O3 + H2O → 2 HNO2ácido nitroso
- N2O5 + H2O → 2 HNO3ácido nítrico
- Cl2O7 + H2O → 2 HClO4ácido perclórico
Si tu profe pide la sistemática: prefijo de los oxígenos + «oxo» + raíz del no metal + «-ato» + (número de oxidación) + «de hidrógeno». H2SO4: tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno.
Hidrácidos: sin oxígeno
Con el hidrógeno, los no metales de los grupos 16 y 17 (salvo el oxígeno), como el azufre y el cloro, forman hidrácidos. Usan su número negativo (S −2, Cl −1) y el hidrógeno va primero. Cruzás igual: H+1 Cl−1 → HCl.
Como gases llevan -uro (cloruro de hidrógeno); disueltos en agua son ácidos con -hídrico: ácido clorhídrico (el del jugo gástrico y el «ácido muriático» de la ferretería) y ácido sulfhídrico (con olor a huevo podrido).
- H2 + Cl2 → 2 HClcloruro de hidrógeno; en agua, ácido clorhídrico
- H2 + S → H2Ssulfuro de hidrógeno; en agua, ácido sulfhídrico
Tarjeta amarilla · Clorhídrico no es clórico
-hídrico avisa que no hay oxígeno: el ácido clorhídrico es HCl. El ácido clórico es HClO3, un oxoácido con el cloro en +5.
Ojo en casa: el ácido muriático nunca se mezcla con lavandina: se libera cloro, un gas tóxico.
La mesa de armado
Ahora armá vos. Elegí una ficha y un número de oxidación: la mesa hace el cruce paso a paso y te da la fórmula, sus nombres y la ecuación. Después, sumale agua. Probá el hierro en +2 y en +3, o las cuatro versiones del cloro.
1Elegí una ficha
Metales
No metales
2Elegí su número de oxidación
Primero elegí una ficha.
Acá aparece el armado: el cruce, la simplificación, la fórmula y sus nombres.
Tabla completa de la mesa (para repasar o imprimir)
Desafío: del nombre a la fórmula (y vuelta)
Ocho cartas, de menor a mayor dificultad. Si te equivocás, la pista te dice qué error cometiste, y al final ves tus «tarjetas amarillas».
Carta 1 de 8 · Del nombre a la fórmula
Óxido de sodio. ¿Cuál es su fórmula?
Carta 2 de 8 · Leer los prefijos
Trióxido de azufre. ¿Cuál es su fórmula?
Carta 3 de 8 · Del nombre a la fórmula
Óxido de calcio (la cal viva). ¿Cuál es su fórmula?
Carta 4 de 8 · De la fórmula al nombre
Fe2O3 (la herrumbre). ¿Cómo se llama en la nomenclatura tradicional?
Carta 5 de 8 · De la fórmula al nombre
SO2. ¿Cómo se llama por numerales de Stock?
Carta 6 de 8 · Hidróxidos
Hidróxido de hierro (III). ¿Cuál es su fórmula?
Carta 7 de 8 · ¿Con o sin oxígeno?
¿Cuál es la fórmula del ácido clorhídrico?
Carta 8 de 8 · Del óxido al ácido
N2O5 + H2O → ¿? Elegí la fórmula del ácido nítrico.
Final del desafío
Taller de problemas
Problema 1 · Calcular
¿Con qué número de oxidación está el cloro en el HClO4? Escribilo con su signo.
Problema 2 · Verdadero o falso, con justificación
En la carpeta de Tomás dice: «Fe2O3: trióxido de hierro (III)». ¿Está bien?
¿Por qué está mal?
Problema 3 · Balancear
Completá con los enteros más chicos para que la ecuación de formación del óxido de aluminio quede balanceada.
Al+ O2→ Al2O3
Problema 4 · Desafío final: la lluvia ácida
Una central que quema combustible con azufre larga por la chimenea dióxido de azufre (los volcanes, como el Copahue, también). En el aire se combina con más oxígeno y, cuando llueve… Seguí a ese azufre en tres pasos.
a) ¿Cuál es la fórmula del dióxido de azufre?
b) En el aire, el azufre pasa de +4 a +6. ¿Qué óxido se forma y cómo se llama por Stock?
c) Ese óxido se disuelve en las gotas de lluvia. ¿Qué se forma?
d) ¿Por qué la lluvia ácida daña una estatua de mármol o una reja? Pensalo y después mirá una respuesta posible.
El ácido sulfúrico reacciona con el carbonato de calcio del mármol y con el hierro de la reja: los va «comiendo» y los transforma en otras sustancias, que son sales. Justamente, el tema que viene.
Respuestas (para revisar al final o imprimir)
- Precalentamiento: óxidos básicos K2O y Al2O3 · óxidos ácidos SO2, CO2 y Cl2O7 · hidróxidos Mg(OH)2 y KOH · oxoácido HNO3 · hidrácidos HBr y H2S.
- Encastre: Na2O · Al2O3 · CO2 · CaO.
- Desafío: 1) Na2O · 2) SO3 · 3) CaO · 4) óxido férrico · 5) óxido de azufre (IV) · 6) Fe(OH)3 · 7) HCl · 8) HNO3, porque N2O5 + H2O → 2 HNO3.
- Problema 1: +7, porque (+1) + x + 4 · (−2) = 0 (ácido perclórico).
- Problema 2: está mal: mezcla atomicidad con Stock (y le falta el di-). Va trióxido de dihierro u óxido de hierro (III).
- Problema 3: 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3.
- Problema 4: a) SO2 · b) SO3, óxido de azufre (VI) · c) SO3 + H2O → H2SO4, ácido sulfúrico · d) el ácido ataca el mármol y el hierro y los transforma en sales.
Lo que te llevás
La receta para cualquier compuesto de esta clase, en cuatro preguntas:
- ¿Metal o no metal?Define la familia y si es «óxido» o «anhídrido».
- ¿Qué número de oxidación?Calculalo: todo suma cero.
- ¿Cruzo, sumo OH o sumo agua?Óxidos e hidrácidos: cruce. Hidróxidos: un OH por carga. Oxoácidos: sumar átomos.
- ¿Qué nomenclatura?Una sola por nombre.
FeO
Óxido básico · metal + oxígenoóxido ferroso · óxido de hierro (II) · monóxido de hierro
SO3
Óxido ácido · no metal + oxígenoanhídrido sulfúrico · óxido de azufre (VI) · trióxido de azufre
Fe(OH)3
Hidróxido · óxido básico + aguahidróxido férrico · hidróxido de hierro (III) · trihidróxido de hierro
H2SO4
Oxoácido · óxido ácido + aguaácido sulfúrico · tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno
HCl
Hidrácido · hidrógeno + no metalcloruro de hidrógeno · en agua, ácido clorhídrico
Explicalo sin mirar
¿Por qué se escribe CaO y no Ca2O2, si las dos son neutras?
Porque la fórmula indica la proporción más chica: un calcio por cada oxígeno.
En «óxido de hierro (III)», ¿qué indica el (III)? ¿Y el «tri» de «trióxido de dihierro»?
El (III) es el número de oxidación del hierro (+3). El «tri» cuenta átomos: hay tres oxígenos.
¿Por qué el hidróxido de calcio lleva paréntesis y el de sodio no?
El calcio (+2) lleva dos grupos OH y el 2 multiplica al grupo entero: Ca(OH)2. El sodio (+1) lleva uno solo.
Mirando solo el nombre, ¿cómo sabés si un ácido tiene oxígeno?
Si termina en -hídrico (clorhídrico, sulfhídrico) es un hidrácido: no tiene oxígeno. Si termina en -oso o en -ico, es un oxoácido.
¿Qué tienen en común el anhídrido sulfúrico y el ácido sulfúrico?
El azufre está en +6 en los dos: el ácido sale de sumarle agua al anhídrido y hereda su terminación.
Lo que viene
Un ácido y un hidróxido se neutralizan: HCl + NaOH → NaCl + H2O. Sí: la sal de la mesa es la primera de una familia enorme, las sales, que se arman con las mismas piezas que usaste hoy.