Tabla Periódica y Números de Oxidación

La tabla periódica es una herramienta esencial que organiza los elementos químicos según sus números atómicos y propiedades. Te permite predecir el comportamiento de los átomos en reacciones químicas y entender sus características fundamentales.

El número de oxidación es un valor numérico asignado a cada elemento en un compuesto, indicando si gana o pierde electrones. Cuando un átomo pierde electrones, su número de oxidación es positivo; cuando los gana, es negativo. Estos números son clave para escribir correctamente las fórmulas de compuestos químicos.

Algunas reglas básicas para asignar números de oxidación:

• Elementos libres tienen número de oxidación cero (H₂, O₂, Na)
• El oxígeno generalmente tiene número de oxidación -2 $excepciones: peróxidos -1$
• El hidrógeno generalmente es +1 $excepto en hidruros metálicos donde es -1$
• En iones monoatómicos, el número coincide con la carga del ion
• En compuestos neutros, la suma de todos los números de oxidación debe ser cero

⚠️ Dato clave: Los elementos metálicos solo presentan números de oxidación positivos, mientras que los no metálicos pueden tener tanto positivos como negativos. Esta distinción es fundamental para predecir el tipo de compuesto que formarán.

Recordá que en moléculas con múltiples átomos, la suma algebraica de todos los números de oxidación debe corresponder a la carga total de la molécula (cero para compuestos neutros).

Funciones Químicas: Óxidos

Las funciones químicas son grupos de sustancias con propiedades similares. Entre ellas, los óxidos ocupan un lugar fundamental: son compuestos formados por la combinación del oxígeno con cualquier otro elemento de la tabla periódica.

Para formular un óxido, intercambiamos los números de oxidación (en valor absoluto) entre el oxígeno y el otro elemento, simplificando los índices cuando sea posible. La fórmula general es E₂O𝑛, donde n representa el número de oxidación del elemento E.

Existen tres sistemas principales para nombrar óxidos:

1. Nomenclatura de Stock: "óxido de" + nombre del elemento + número de oxidación en números romanos entre paréntesis. Ejemplo: CuO = óxido de cobre (II).

2. Nomenclatura por atomicidad: usa prefijos (mono, di, tri...) que indican la cantidad de átomos. Ejemplo: CO₂ = dióxido de carbono.

3. Nomenclatura tradicional: usa prefijos $hipo-, per-$ y sufijos $-oso, -ico$ según el número de oxidación. Ejemplo: Fe₂O₃ = óxido férrico.

💡 Consejo útil: Cuando el elemento tiene un solo número de oxidación posible, podés omitir el número romano en la nomenclatura de Stock, pero nunca lo omitas si tiene más de un número de oxidación posible.

Los óxidos se clasifican en:

• Óxidos básicos (metálicos): forman hidróxidos al reaccionar con agua
• Óxidos ácidos (no metálicos): forman oxoácidos al reaccionar con agua
• Óxidos neutros: no reaccionan con agua (CO, NO, NO₂)
• Óxidos anfóteros: pueden comportarse como ácidos o bases (óxidos de Zn, Al, Pb, Sn)

Nomenclatura de Óxidos

Entender cómo nombrar correctamente los óxidos te ayudará a dominar una parte esencial de la química. Veamos ejemplos concretos para diferentes casos:

Elementos con un solo número de oxidación: Cuando un elemento tiene un único número de oxidación posible, el nombramiento es relativamente simple. Por ejemplo, el óxido de sodio (Na₂O) puede nombrarse como:

• Tradicional: óxido de sodio/óxido sódico
• Por atomicidad: monóxido de disodio
• Por Stock: óxido de sodio (I) o simplemente óxido de sodio

Elementos con dos números de oxidación: En la nomenclatura tradicional, usamos la terminación -oso para el menor estado de oxidación y -ico para el mayor. Por ejemplo:

• Cu₂O → Óxido cuproso (Cu⁺) / Óxido de cobre (I)
• CuO → Óxido cúprico (Cu²⁺) / Óxido de cobre (II)

Elementos con cuatro números de oxidación: Para estos casos, la nomenclatura tradicional utiliza una combinación de prefijos y sufijos:

• Cl₂O → Óxido hipocloroso / Óxido de cloro (I)
• Cl₂O₃ → Óxido cloroso / Óxido de cloro (III)
• Cl₂O₅ → Óxido clórico / Óxido de cloro (V)
• Cl₂O₇ → Óxido perclórico / Óxido de cloro (VII)

🔍 Importante: El carácter ácido o básico de un óxido depende del elemento que acompaña al oxígeno. Algunos casos interesantes son el cromo y el manganeso, que pueden formar óxidos básicos, anfóteros o ácidos según su estado de oxidación.

Cuando estudies óxidos, recordá que el nitrógeno forma óxidos neutros (NO, NO₂) y el carbono forma el óxido neutro monóxido de carbono (CO).

Peróxidos e Hidróxidos Metálicos

Peróxidos: Son compuestos formados por la unión del hidrógeno o de un metal (grupos 1A, 2A, 1B y 2B) con el ion peróxido (O₂²⁻). A diferencia de los óxidos comunes, el oxígeno presenta número de oxidación -1.

Para nombrarlos:

• Reemplaza la palabra "óxido" por "peróxido"
• El subíndice 2 del oxígeno nunca se simplifica, ya que indica el tipo particular de enlace

Ejemplos clave:

• H₂O₂: Agua oxigenada o peróxido de hidrógeno
• Na₂O₂: Peróxido sódico o peróxido de sodio
• CaO₂: Peróxido cálcico o peróxido de calcio

Hidróxidos metálicos: Son compuestos formados por la combinación de un metal con el grupo hidroxilo (OH). Su fórmula general es M(OH)ₙ, donde M es el símbolo del metal y n su número de oxidación.

Para nombrarlos:

• Nomenclatura tradicional: "hidróxido" + nombre del metal con terminación -ico/-oso
• Nomenclatura por atomicidad: "hidróxido" + "de" + nombre del metal (con prefijos)
• Nomenclatura de Stock: "hidróxido de" + nombre del metal + número de oxidación en números romanos

💡 Truco práctico: En los hidróxidos, el grupo OH siempre tiene carga -1, por lo que el número de grupos OH será igual al número de oxidación del metal.

Ejemplos importantes:

• NaOH: Hidróxido sódico o hidróxido de sodio
• Ca(OH)₂: Hidróxido cálcico o hidróxido de calcio
• Al(OH)₃: Hidróxido alumínico o hidróxido de aluminio
• Fe(OH)₃: Hidróxido férrico o hidróxido de hierro (III)

Hidruros

Los hidruros son compuestos formados por la combinación del hidrógeno con cualquier otro elemento. Es importante reconocer dos tipos principales:

Hidruros metálicos: Su fórmula general es MHₙ, donde M es un metal y n su número de oxidación. En estos compuestos, el hidrógeno actúa con número de oxidación -1. Se nombran comenzando con la palabra "hidruro" seguida del nombre del metal.

Ejemplos:

• NaH: Hidruro sódico o hidruro de sodio
• CaH₂: Hidruro cálcico o hidruro de calcio
• SnH₄: Hidruro estánnico o hidruro de estaño (IV)

Hidruros no metálicos: Su fórmula general es HₙX, donde X es un no metal y n su número de oxidación. Aquí el hidrógeno actúa con número de oxidación +1 y el no metal con número de oxidación negativo.

Los formados con elementos de los grupos 6A (S, Se, Te) o 7A (F, Cl, Br, I) son particularmente importantes porque sus soluciones acuosas tienen carácter ácido y se conocen como hidrácidos.

⚠️ Atención: En los compuestos entre no metales, se escribe primero y se nombra en segundo lugar el elemento que aparece primero en esta secuencia: B, Si, C, Sb, As, P, N, H, Te, Se, S, At, I, Br, Cl, O, F.

Algunos hidruros no metálicos importantes:

• H₂O: Agua u óxido de dihidrógeno
• NH₃: Amoníaco o trihidruro de nitrógeno
• CH₄: Metano o tetrahidruro de carbono
• HCl (gas): Cloruro de hidrógeno
• HCl (ac): Ácido clorhídrico

No todos los hidruros no metálicos tienen carácter ácido. Por ejemplo, el amoníaco (NH₃) tiene carácter básico cuando se disuelve en agua.

Ácidos: Hidrácidos y Oxoácidos

Los ácidos son compuestos que liberan iones hidrógeno (H⁺) en solución acuosa. Se dividen en dos grupos principales:

Hidrácidos: Son las soluciones acuosas de los hidruros no metálicos formados con elementos de los grupos 6A (S, Se, Te) o 7A (F, Cl, Br, I). Para nombrarlos:

• El compuesto gaseoso: nombre del no metal con terminación -uro + "de hidrógeno"
• La solución acuosa: palabra "ácido" + raíz del nombre del no metal + terminación -hídrico

Ejemplos:

• HCl (gas): Cloruro de hidrógeno
• HCl (ac): Ácido clorhídrico
• H₂S (gas): Sulfuro de hidrógeno
• H₂S (ac): Ácido sulfhídrico

Oxoácidos: Contienen hidrógeno, oxígeno y otro elemento (generalmente un no metal). Resultan de la combinación de un óxido ácido con agua. Su fórmula general es HₐEᵦOₕ.

Para nombrarlos se utilizan prefijos y sufijos que indican el estado de oxidación del elemento central:

• Un solo número de oxidación: terminación -ico (H₂CO₃: ácido carbónico)
• Dos números de oxidación: -oso (menor) y -ico (mayor)
• Cuatro números de oxidación: hipo-oso, -oso, -ico, per-ico

💡 Consejo útil: Para recordar el orden creciente de oxidación, usa esta regla: HIpER (Hipo, Ioso, PER). Por ejemplo, para el cloro: ácido hipocloroso (HClO), ácido cloroso (HClO₂), ácido clórico (HClO₃) y ácido perclórico (HClO₄).

Algunos oxoácidos pueden formar variantes según la relación entre el óxido y el agua:

• Metaácidos: óxido + 1 molécula de agua $prefijo meta-$
• Piroácidos: óxido + cantidad intermedia de agua $prefijo piro-$
• Ortoácidos: óxido + máxima cantidad de agua $sin prefijo o con prefijo orto-$

Ácidos Especiales

Algunos elementos forman ácidos con estructuras especiales según la cantidad de moléculas de agua que reaccionan con el óxido correspondiente:

Ácidos del fósforo (arsénico y antimonio): Con número de oxidación +3 y +5, pueden formar:

• Metaácidos: 1 mol de óxido + 1 mol de agua (HPO₂, HPO₃)
• Piroácidos: 1 mol de óxido + 2 moles de agua (H₄P₂O₅, H₄P₂O₇)
• Ortoácidos: 1 mol de óxido + 3 moles de agua (H₃PO₃, H₃PO₄)

Ácidos del silicio: El silicio con número de oxidación +4 forma:

• Ácido metasilícico (H₂SiO₃): 1 mol de SiO₂ + 1 mol de H₂O
• Ácido silícico (H₄SiO₄): 1 mol de SiO₂ + 2 moles de H₂O

Ácidos del boro: El boro con número de oxidación +3 forma:

• Ácido metabórico (HBO₂): 1 mol de B₂O₃ + 1 mol de H₂O
• Ácido bórico (H₃BO₃): 1 mol de B₂O₃ + 3 moles de H₂O
• Ácido tetrabórico (H₂B₄O₇): 2 moles de B₂O₃ + 1 mol de H₂O

Ácidos del estaño y plomo: Estos metales forman óxidos anfóteros que pueden generar ácidos. Con número de oxidación +2 forman un solo ácido, mientras que con +4 pueden formar:

• Ácidos meta: 1 mol de óxido + 1 mol de agua
• Ácidos orto: 1 mol de óxido + 2 moles de agua

🔍 Dato interesante: A diferencia de otros elementos, el silicio y el boro no forman piroácidos, mientras que el estaño y el plomo solo forman ácidos meta y orto con su número de oxidación +4.

Estas variantes de ácidos son importantes en química inorgánica y tienen aplicaciones en diversos campos industriales y tecnológicos.

Iones: Cationes y Aniones

Los iones son átomos o grupos de átomos con carga eléctrica neta. Se clasifican en:

Cationes (carga positiva): Los metales tienden a perder electrones formando cationes. Se representan con el símbolo del elemento y su carga como superíndice: Na⁺, Ca²⁺.

Para nombrarlos:

• Elementos con un único estado de oxidación: "catión" + nombre del elemento
• Elementos con varios estados de oxidación:
  • Nomenclatura de Stock: "catión" + nombre del elemento + número de oxidación en romanos
  • Nomenclatura tradicional: "catión" + nombre del elemento con sufijo -oso (menor estado) o -ico (mayor estado)

Ejemplos:

• Na⁺: Catión sodio
• Al³⁺: Catión aluminio
• Fe²⁺: Catión hierro (II) o catión ferroso
• Fe³⁺: Catión hierro (III) o catión férrico

Aniones (carga negativa): Los no metales tienden a ganar electrones formando aniones. Su representación es similar a los cationes pero con carga negativa: Cl⁻, O²⁻.

Para nombrarlos:

• Aniones monoatómicos: raíz del nombre del elemento + terminación -uro (excepto el oxígeno: óxido)
• Oxianiones (derivados de oxoácidos):
  • Si el ácido termina en -oso, el anión termina en -ito
  • Si el ácido termina en -ico, el anión termina en -ato

💡 Truco mnemotécnico: "OsO-ItO, IcO-AtO" te ayudará a recordar la relación entre los sufijos de los ácidos y sus aniones.

Aniones ácidos: Se forman al añadir H⁺ a un oxianión. Se nombran añadiendo la palabra "ácido", "diácido" o "triácido" según el número de H⁺ presentes:

• (HSO₄)⁻: Anión sulfato ácido
• (HPO₄)²⁻: Anión fosfato ácido
• (H₂PO₄)⁻: Anión fosfato diácido

Sales

Las sales son compuestos iónicos formados por un catión (generalmente un metal) y un anión (que no sea hidróxido u óxido). Su fórmula general es T(R)ᵗ, donde T es el catión con carga t+ y R el anión con carga r-.

Para formularlas:

1. Escribe primero el símbolo del catión, luego el del anión
2. Intercambia los valores absolutos de las cargas como subíndices
3. Simplifica los subíndices si es posible

Las sales se pueden clasificar en:

Sales neutras: Resultan de la sustitución total de los hidrógenos de un ácido por cationes metálicos.

Para nombrarlas:

• Primero el nombre del anión
• Luego el nombre del catión (con nomenclatura tradicional o de Stock)

Ejemplos:

• NaCl: Cloruro de sodio
• CaSO₄: Sulfato de calcio
• Fe(NO₃)₃: Nitrato de hierro (III) o nitrato férrico

Sales ácidas: Contienen un anión ácido, que proviene de un ácido donde se han reemplazado parcialmente sus hidrógenos.

Para nombrarlas:

• Similar a las sales neutras, pero intercalando la palabra "ácido", "diácido" o "triácido"

Ejemplos:

• NaHCO₃: Carbonato ácido de sodio
• Ca(HSO₄)₂: Sulfato ácido de calcio

⚠️ Importante: Solo forman sales ácidas aquellos ácidos que contienen dos o más hidrógenos reemplazables.

Sales básicas: Contienen iones hidróxido (OH) en su fórmula. Se forman por sustitución parcial de los grupos OH de una base.

Para nombrarlas:

• Similar a las sales neutras, pero intercalando la palabra "básico", "dibásico" o "tribásico"

Ejemplo:

• Fe(OH)Cl₂: Cloruro básico de hierro (III)