3.5: Compuestos Iónicos: Fórmula y Nomenclatura
Un elemento compuesto de átomos que pierden fácilmente electrones (un metal) puede reaccionar con un elemento compuesto de átomos que ganan fácilmente electrones (un no metal) para producir iones a través de una transferencia completa de electrones. El compuesto formado por esta transferencia es estabilizado por las atracciones electrostáticas (enlaces iónicos) entre los iones con cargas opuestas.
Moviéndose desde el extremo derecho hacia la izquierda de la tabla periódica, los elementos no metálicos a menudo ganan electrones para formar aniones con el mismo número de electrones que un átomo del siguiente gas noble en la tabla periódica, y una carga negativa igual al número de grupos que se movió a la izquierda de los gases nobles. Es decir, los átomos del grupo 17 ganan un electrón y forman aniones con una carga de 1−; los átomos del grupo 16 ganan dos electrones y forman iones con una carga de 2−, y así sucesivamente. Por ejemplo, un átomo de oxígeno neutro, con 8 protones y 8 electrones, gana fácilmente dos electrones. Esto resulta en un anión con 8 protones, 10 electrones y una carga de 2−, y se simboliza como O2−. El anión, O2−, tiene el mismo número de electrones que el siguiente gas noble: El neón. El nombre de los aniones es el nombre del elemento no metálico con su final reemplazado por el sufijo -ido, por lo que O2− se llama óxido.
Los metales de transición y algunos otros metales a menudo presentan cargas variables que no son predecibles por su ubicación en la tabla. Por ejemplo, el cobre puede formar iones con una carga de 1+ o 2+, y el hierro puede formar iones con una carga de 2+ o 3+.
En cada compuesto iónico, el número total de cargas positivas de los cationes es igual al número total de cargas negativas de los aniones. Por lo tanto, los compuestos iónicos son eléctricamente neutros, aunque contienen iones positivos y negativos. La fórmula de un compuesto iónico debe tener una relación de iones tal que los números de cargas positivas y negativas sean iguales.
Por ejemplo, si un compuesto contiene aluminio y oxígeno en forma de Al3+ y O2−, la fórmula del compuesto sería Al2O3. Dos iones de aluminio, cada uno con una carga de 3+, nos daría seis cargas positivas, y tres iones de óxido, cada uno con una carga de 2−, nos daría seis cargas negativas. Por lo tanto, el compuesto será eléctricamente neutro, con el mismo número de cargas positivas y negativas.
Muchos compuestos iónicos contienen iones poliatómicos como el catión, el anión o ambos. Los iones poliatómicos son un grupo de átomos unidos que actúan como unidades discretas, llevando una carga total. Al igual que con los compuestos iónicos simples, estos compuestos también deben ser eléctricamente neutros, por lo que sus fórmulas pueden predecirse tratando los iones poliatómicos como unidades discretas. Los paréntesis se utilizan en la fórmula para indicar iones poliatómicos que se comportan como una unidad. Por ejemplo, la fórmula para el fosfato de calcio, uno de los minerales en nuestros huesos, es Ca3(PO4)2. El compuesto contiene el ion poliatómico PO43−, que consiste en un átomo de fósforo y cuatro átomos de oxígeno, y que tiene una carga total de 3−. Esta fórmula indica que hay tres iones Ca2+ (seis cargas positivas totales) por cada dos grupos PO43− (seis cargas negativas totales). El compuesto es eléctricamente neutro, y su fórmula muestra un recuento total de tres átomos Ca, dos de P y ocho de O.
Los compuestos iónicos son simbolizados por la fórmula, indicando el número relativo de sus iones constituyentes. Para compuestos que contienen sólo iones monatómicos (como el NaCl) y para muchos compuestos que contienen iones poliatómicos (como el CaSO4), estas fórmulas son sólo fórmulas empíricas. Sin embargo, las fórmulas para algunos compuestos iónicos que contienen iones poliatómicos no son fórmulas empíricas. Por ejemplo, el compuesto iónico oxalato de sodio se compone de iones Na+ y C2O42− combinados en una relación de 2:1, y su fórmula se escribe como Na2C2O4.
Nomenclatura de los compuestos iónicos
El nombre de un compuesto binario que contiene iones monoatómicos consiste en el nombre del anión (el nombre del elemento no metálico con su terminación reemplazada por el sufijo -ido) seguido del catión (el nombre del metal). Por ejemplo, el nombre para Na2O es óxido de sodio.
Los compuestos que contienen iones poliatómicos también se denominan de forma similar a los que sólo contienen iones monatómicos, es decir, nombrando primero el anión y luego el catión. Por ejemplo, el nombre para CaSO4 es sulfato de calcio.
La mayoría de los metales de transición y algunos metales del grupo principal pueden formar dos o más cationes con cargas diferentes. Los compuestos de estos metales con no metales se nombran con el mismo método que los compuestos binarios, excepto que la carga del ión metálico se especifica mediante un número romano entre paréntesis después del nombre del metal.
La carga de un ión metálico se determina a partir de la fórmula del compuesto y la carga del anión. Por ejemplo, en un compuesto binario iónico de hierro y cloro, el hierro normalmente presenta una carga de 2+ o 3+, y las dos fórmulas compuestas correspondientes son FeCl2 y FeCl3. En tales casos, la carga del ión metálico se incluye como un número romano entre paréntesis inmediatamente después del nombre del metal. Estos dos compuestos se denominan cloruro de hierro(II) y cloruro de hierro(III), respectivamente.
Los compuestos iónicos que contienen moléculas de agua como componentes integrales de sus cristales se denominan hidratos. El nombre de un hidrato iónico se deriva añadiendo un término al nombre del compuesto anhidro (que significa “no hidratado”) que indica el número de moléculas de agua asociadas con cada unidad de fórmula del compuesto. La palabra agregada comienza con un prefijo griego que indica el número de moléculas de agua y termina con “hidrato”. Por ejemplo, el compuesto anhidro sulfato de cobre (II) también existe como un hidrato que contiene cinco moléculas de agua y el sulfato de cobre (II) denominado pentahidrato (penta = 5). El nombre común de un hidrato de carbonato de sodio que contiene diez moléculas de agua es el de carbonato de sodio decahidrato (Deca = 10).
Las fórmulas para los hidratos iónicos se escriben añadiendo un punto centrado verticalmente, un coeficiente que representa el número de moléculas de agua y la fórmula para el agua. Por ejemplo, el pentahidrato de sulfato de cobre(II) se escribe como CuSO4∙5H2O.
Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 2.6: Compuestos Moleculares e Iónicos y Openstax, Química 2e, Sección 2.7: Nomenclatura Química.
