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.

Ilustración de una vereda de barrio: una reja de hierro con manchas de óxido rojizo, un árbol con el tronco pintado de blanco con cal y, sobre una mesita, un sifón de soda junto a un vaso con burbujas.
Química en la vereda: herrumbre en la reja, cal en el tronco y gas en el sifón.

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.

Mapa de familias. Metal más oxígeno: óxido básico; con agua, hidróxido. No metal más oxígeno: óxido ácido; con agua, oxoácido. No metal más hidrógeno: hidrácido. Un ácido más un hidróxido dan sal y agua. METAL Na · Ca · Fe NO METAL C · N · S · Cl + O2 + O2 + H2 ÓXIDO BÁSICO CaO Fe2O3 ÓXIDO ÁCIDO CO2 SO3 HIDRÁCIDO sin oxígeno HCl H2S + H2O + H2O HIDRÓXIDO una base NaOH Ca(OH)2 OXOÁCIDO con oxígeno H2SO4 HNO3 SAL + AGUA ácido + hidróxido · lo que viene después
Esquema de las familias. La segunda fila son compuestos de dos elementos (binarios); la tercera, de tres (ternarios).

Reconocer la familia de un vistazo

Familia: qué tiene la fórmulaEjemplos
Óxido básicometal + oxígenoNa2O Fe2O3
Óxido ácidono metal + oxígenoCO2 SO3
Hidróxidometal + grupos OHNaOH Ca(OH)2
OxoácidoH + no metal + OH2SO4 HNO3
HidrácidoH + no metal, sin OHCl 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

  1. Elemento solo, sin combinar (un clavo de hierro, el O2 del aire): 0.
  2. Oxígeno en compuestos: −2. Excepción famosa: el agua oxigenada, H2O2, donde vale −1.
  3. Hidrógeno unido a no metales: +1.
  4. Metales: siempre positivos. Grupo 1 (Na, K): +1; grupo 2 (Mg, Ca): +2; aluminio: +3. El hierro y el cobre tienen dos posibles.
  5. 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.

Encastre del óxido de hierro (III): dos fichas de hierro con tres dientes positivos cada una encajan en tres fichas de oxígeno con dos huecos negativos cada una. Seis cargas positivas y seis negativas. Fe+3 Fe+3 ++++++ −−−−−− O−2 O−2 O−2 +6 y −6: no sobra ni falta nada → Fe2O3
Dos hierros (+3) y tres oxígenos (−2) encastran justo: 2 · 3 = 3 · 2 = 6.

Probalo

Elegí un elemento y sumá o sacá fichas hasta que la carga total dé cero.

Fichas de Na1
Fichas de O1

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:

  1. Escribí los símbolos (primero el elemento, después el oxígeno), con su número de oxidación arriba.
  2. Cruzá: el número de cada uno baja como subíndice del otro, sin el signo.
  3. Simplificá si los dos subíndices se pueden dividir por un mismo número. El 1 no se escribe.
  4. Chequeá que las cargas sumen cero.
Regla del cruce: hierro más tres y oxígeno menos dos. El tres del hierro baja como subíndice del oxígeno y el dos del oxígeno baja como subíndice del hierro: Fe2O3. Dos por más tres da más seis y tres por menos dos da menos seis: suma cero. Fe+3 O−2 Fe2 O3 2 · (+3) = +6 3 · (−2) = −6 suma: 0
El 3 del hierro baja al oxígeno; el 2 del oxígeno baja al hierro.

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.

Escalera de terminaciones del cloro, de abajo hacia arriba: más uno, hipocloroso; más tres, cloroso; más cinco, clórico; más siete, perclórico. +7 ácido perclórico Cl2O7 → HClO4 +5 ácido clórico Cl2O5 → HClO3 +3 ácido cloroso Cl2O3 → HClO2 +1 ácido hipocloroso Cl2O → HClO más número de oxidación
Del anhídrido al ácido, la terminación se hereda: anhídrido perclórico → ácido perclórico.

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

FórmulaTradicionalStockAtomicidad
Na2Oóxido de sodioóxido de sodiomonóxido de disodio
FeOóxido ferrosoóxido de hierro (II)monóxido de hierro
Fe2O3óxido férricoóxido de hierro (III)trióxido de dihierro
CuOóxido cúpricoóxido de cobre (II)monóxido de cobre
CO2anhídrido carbónicoóxido de carbono (IV)dióxido de carbono
SO2anhídrido sulfurosoóxido de azufre (IV)dióxido de azufre
SO3anhídrido sulfúricoóxido de azufre (VI)trióxido de azufre
N2O5anhídrido nítricoóxido 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.

Hidróxido de hierro (III): el hierro, con número de oxidación más tres, se une a tres grupos OH de carga menos uno. Con paréntesis, Fe(OH)3 tiene un hierro, tres oxígenos y tres hidrógenos; sin paréntesis, FeOH3 tendría un solo oxígeno. Fe+3 OH− OH− OH− (+3) + 3 · (−1) = 0 con paréntesis Fe(OH)3 Fe 1 · O 3 · H 3 sin paréntesis FeOH3 Fe 1 · O 1 · H 3
El 3 afuera del paréntesis multiplica a todo el grupo OH. Sin paréntesis, multiplicaría solo al H.

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.

Suma de átomos de SO3 más H2O. Hidrógeno: cero más dos, dos. Azufre: uno más cero, uno. Oxígeno: tres más uno, cuatro. Resultado: H2SO4, ácido sulfúrico. HSO SO3 013 + H2O 201 en total 214 H2SO4 ácido sulfúrico · no hace falta simplificar
Del anhídrido sulfúrico sale el ácido sulfúrico.
Suma de átomos de N2O5 más H2O: dos hidrógenos, dos nitrógenos y seis oxígenos. Como los tres son pares, se divide por dos: HNO3, ácido nítrico. La ecuación es N2O5 más H2O da 2 HNO3. HNO N2O5 025 + H2O 201 en total 226 pares: ÷ 2 113 HNO3 ácido nítrico N2O5 + H2O → 2 HNO3
Por eso la ecuación lleva un 2 adelante del ácido.

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.

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?

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:

  1. ¿Metal o no metal?Define la familia y si es «óxido» o «anhídrido».
  2. ¿Qué número de oxidación?Calculalo: todo suma cero.
  3. ¿Cruzo, sumo OH o sumo agua?Óxidos e hidrácidos: cruce. Hidróxidos: un OH por carga. Oxoácidos: sumar átomos.
  4. ¿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.