1.1. Funciones químicas

Los elementos químicos se mezclan entre sí, formando una gran cantidad de compuestos. Para su estudio se hace necesario agruparlos por familias, o mejor por funciones químicas.

1.1.1. Grupo funcional

Corresponde a un átomo o grupos de átomos, que permiten  diferenciar una función química de otra y establecer sus propiedades físicas y químicas.

1.3. Nomenclatura de los óxidos

1.3.1. Óxidos básicos

Los óxidos básicos se forman por la unión de un metal con el oxígeno.

Se puede reconocer un óxido cuando una puntilla  se encuentra en contacto con la humedad, ella toma una coloración café. Si se compara con una puntilla que no ha estado en las mismas condiciones se puede observar la diferencia en sus propiedades físicas.

La puntilla que ha sido expuesta a la humedad ha logrado combinarse con el oxígeno de la atmósfera para formar el óxido de hierro (puntilla oxidada), esto se identifica en el  cambio coloración de  la misma;  este fenómeno se conoce como oxidación.

1.3.1.1. Formación de ácido básicos

Los metales se encuentran ubicados en los grupos I y II  de la tabla periódica.

En la formación de óxidos el oxígeno siempre va a trabajar con valencia 2. Esto significa que un átomo de oxígeno forma dos uniones o enlaces.

1.4. Nomenclatura de los óxidos

La IUPAC Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, es una organización que se encarga de crear las normas para la asignación de los nombres a los compuestos químicos.

1.4.1. Nomenclatura tradicional

Según la IUPAC, los óxidos se nombran anteponiendo la palabra óxido al nombre del metal.

Los elementos calcio (Ca), litio (Li), bario (Ba) y cesio (Cs) cuentan  solamente con un estado de oxidación, por lo tanto forma solo un óxido.

El caso del hierro que posee dos estados de oxidación a saber: 2 y 3, sus óxidos son:

FeO :     óxido ferroso .                    Fe₂O₃:     óxido férrico.

Los nombres de estos compuestos están determinados por los estados de oxidación, siguiendo  la orientación así:

• Estado de oxidación más bajo: la terminación del óxido es oso.
• Estado de oxidación más alto:  la terminación del óxido es ico.

Para formar un compuesto siempre se intercambian los estado de oxidación de la siguiente manera:

Fe⁺² O^-2: el estado de oxidación del hierro (+2) pasa como subíndice del oxígeno y el estado de oxidación oxígeno (-2) pasa a ser el subíndice del hierro así:

Ahora, para: Fe⁺³ O^-2: el estado de oxidación del hierro (+3) pasa como subíndice del oxígeno y el estado de oxidación oxígeno (-2) pasa a ser el subíndice del hierro así:

1.4.2. Nomenclatura Stock

En esta nomenclatura, para nombrar los elementos con más de un estado de oxidación se realiza de la siguiente manera:

• La precede la palabra óxido.
• Seguido del nombre del metal.
• Por último se coloca el estado de oxidación en números romanos.

En el caso del hierro se nombran de la siguiente manera:

FeO: Óxido de hierro (II)                          Fe₂O₃ :  Óxido de hierro (III)

1.4.3. Estados de oxidación de los elementos químicos

Los elementos que se encuentran clasificados en la tabla periódica cuentan con estados de oxidación que les permite formar los diferentes compuestos.

• Estado de oxidación

El estado de oxidación de un elemento son las cargas verdaderas que adquieren  los átomos, o sea, pierden ganan o comparten electrones; de igual forma quedan cargados positiva o negativamente según sea el caso. Se consideran neutros cuando se encuentran solos en una reacción química.

• Si un átomo gana electrones, se reduce y queda cargado negativamente y se convierte en un ión negativo o anión.

                                           Cl  + 1e ^{- ------->}   Cl^-

El cloro se encuentra ubicado en el grupo VII o de los halógenos, por estar en este grupo cuenta con siete electrones en su último nivel de energía, luego sólo le hace falta un electrón para tener su configuración de gas noble, o sea, tener ocho electrones en su último nivel de energía; como lo establece la ley del octeto. Debido a esto el estado de oxidación del cloro es -1.

• Si un átomo pierde electrones, se oxida, queda cargado positivamente, o sea, se convierte en un ión positivo o catión.

                                    Na - 1e ^-  -------->  Na⁺

El sodio se encuentra ubicado en el grupo I, que corresponde a los metales alcalinos, que poseen un electrón en su último nivel de energía, luego necesitan ceder este electrón con el fin de quedar con su antepenúltimo nivel de energía  completo y cumplir así con la ley del octeto, o sea, poseer ocho electrones en su último nivel de energía.

Estados de oxidación

• +1   { Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.

• +2   { Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra.

• +3   { B, Al, Ga, In, Tl.

1.5. Hidróxidos o bases

Los hidróxidos o bases se forman por la unión de un óxido básico más agua. El grupo funcional es el grupo hidroxilo: OH.

1.5.1. Nomenclatura de bases

Según la IUPAC, los hidróxidos se nombran anteponiendo la palabra hidróxido al nombre del metal.

1.6. Ácidos hidrácidos

Los ácidos hidrácidos se forman por la unión de los no metales de los grupos VI y VII, con el hidrógeno.

1.6.1. Nomenclatura de ácidos hidrácidos

Según la IUPAC, para nombrar los ácidos hidrácidos:

• Se escribe la palabra ácido.
• Nombre  del no-metal.

Terminación hídrico

1.7. Sales haloideas

La sal haloidea resulta de la unión química de un hidróxido o base con un ácido hidrácido.

La reacción, por la que se obtiene una sal y agua, se conocen como de neutralización.

1.7.1. Nomenclatura de sales

Para nombrar sales haloideas se sigue el siguiente procedimiento:

• Nombre del halógeno con la terminación en "uro".
• Seguido de la preposición de.
• Nombre del metal.

La palabra halógeno significa formadores de sales. Debido a esto, los elementos del grupo VII se identifican con ella. Se pueden citar los siguientes ejemplos:

• NaCl:   Cloruro de sodio
• LiF:      Fluoruro de litio
• CaBr_2: Bromuro de calcio
• BeI₂:    Yoduro de berilio

1.8.  Balance de ecuaciones

El químico  Joseph Poust (1750 - 1826) fue el creador de la "ley de las proporciones definidas" o "ley de la composición constante".

La ley  plantea que "varias muestras de un compuesto puro están compuestas por los elementos en las mismas proporciones por masa".

1.8.1. Composición del agua

El peso de 1 mol de agua es de 18 gramos: representados en 16 gramos de oxígeno (O₂) y dos gramos de hidrógenos (H₂). En porcentaje se tiene:

• Oxígeno

16 gramos (O₂)                 X

La relación en porcentaje de oxígeno e hidrógeno es 88,88% y 11,11% en cualquier cantidad de agua que se desee analizar.

Ejemplo:

• Calcular los porcentajes de oxígeno e hidrógeno en 300 g de agua (H₂O).

Primer paso

Se determina la cantidad en gramos de oxígeno e hidrógeno presentes en los 300 gramos de agua (H₂O).

Oxígeno

18 gramos de (H₂O)       16 gramos de oxígeno (O₂)

300 gramos de H₂O)           X

Hidrógeno

18 gramos de H₂O      2 gramos de hidrógeno (H₂)

300 gramos de H₂O          X

Segundo paso

Se convierten los gramos de oxígeno e hidrógeno en porcentajes.

Porcentaje de oxígeno

300                  100%

266,66                X

Porcentaje de hidrógeno

300                100%

33,33                X

El científico Antonio Lavoisier (1743 - 1794)  sentó las bases teóricas y experimentales para la formulación de "La ley de la conservación de la materia": Esta ley establece: que la materia en una reacción ni se crea ni se destruye; sólo sufre una transformación en sus propiedades. De tal manera que en una reacción química cualquiera, la cantidad de materia de los reactantes debe ser igual a la cantidad de materia de los productos. 

La aplicación de este principio es la base para el balance de ecuaciones químicas. Al balancear una ecuación química se busca tener igual número de átomos de cada elemento tanto en los reactantes como en los productos.

Ejemplo:

C + O₂--------> CO₂

En el ejemplo, se puede observar que la ecuación se encuentra balanceada, pues la cantidad de átomos en los reactivos es igual en los productos.

Para balancear ecuaciones químicas existen varios métodos a saber:

• Tanteo.
• Oxidoreducción.

1.8.2. Reglas para balancear ecuaciones

Existen dos reglas para balancear ecuaciones:

• Coeficientes: Son los que acompañan una molécula, afectan a todos los elementos que la componen.

Ejemplo: 2 NaCl: esta molécula se encuentra formada por 2 átomos de sodio (Na) y 2 de cloro(Cl).

Los coeficientes afectan los subíndices presentes en una molécula.

Ejemplo: 3 H₂SO₄ ; en esta molécula  la cantidad de  átomos que se encuentran son:

3H₂ :  [ 3 X 2 ]  =  6 átomos de hidrógeno.

S    :  [ 3 X 1 ]  =  3 átomos de azufre.

O₄  :  [ 3 X 4 ]  =  12 átomos de oxígeno.

• Subíndices: Al balancear una ecuación, los subíndices no se pueden cambiar y solo afecta al átomo sobre el cual está colocado.

Ejemplo: CH₄, ZnSO₄, KCLO₃.

1.8.3. Balance de ecuaciones por tanteo

El método de tanteo es el más sencillo de los métodos de balance de ecuaciones. Es utilizado en reacciones simples, el mecanismo es colocar los coeficientes a los átomos hasta lograr obtener la igualdad de átomos en los reactivos y en los productos.

Ejemplo:

Balancear la siguiente ecuación por el método de tanteo.

                                  Mg   +    O₂  ---------->   MgO

Primer paso

Se determina el número de átomos de magnesio y de oxígeno en reactivos y productos.

Segundo paso

La tabla muestra que no hay igualdad en el número de átomos en reactivos y productos.

Magnesio: 1 átomo en los reactivos y 1 en los productos.

Oxígeno:     2 átomos en los reactivos y 1 en los productos. 

Luego, se necesita igualar reactivos y productos. Esto se logra, colocando el número "2" como coeficiente en la molécula del producto que contiene el oxígeno.

                              Mg    +    O ₂  ----------->   2 MgO

• Se puede observar que este coeficiente altera la cantidad de átomos de magnesio, lo que hace necesario colocar el mismo coeficiente al átomo de magnesio que se encuentra en los reactivos.

                           2Mg     +     O ₂   ------------------>   2MgO

Ahora, las cantidades de magnesio y oxígeno están iguales en reactivos y productos. Esto quiere decir que la ecuación se encuentra balanceada.