Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte1 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Ingeniera en Logstica y transporte 2 Semestre Programa de la asignatura:Qumica Unidad 1. Qumica inorgnica Clave 13141207 Universidad Abierta y a Distancia de Mxico Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte2 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Presentacin de la unidad Empezamos la unidad 1 de la asignatura de Qumica! As como la asignatura de qumica, cada una de sus unidades est diseada para ti que cursas la Ingeniera en Logstica y Transporte de la UnADM. Por esta razn no debemos perder de vista la misin y visin de la UnADM en ninguna de las actividades que desarrollars en esta Unidad 1, entregando actividades que sean de tu autora y en las que expreses tu inters por la preservacin del medio ambiente y promuevas tu aprendizaje cientfico y tecnolgico. En esta primera unidad daremos un vistazo rpido a los principios de la qumica, empezando por conocer su objeto de estudio: la materia, la cual podremos clasificar de acuerdo al tipo de componentes en sustancias y mezclas. Conoceremos las propiedades fsicas y qumicas de las sustancias, entre ellas los estados de la materia sabas que el plasma no es slo invencin de los escritores de ciencia ficcin? Aqu sabrs que se basaron en el cuarto estado de la materia estudiado desde principios del siglo XX. Conocers la fascinante historia de los modelos atmicos y cmo se han ido modificando de acuerdo al avance cientfico en el estudio del tomo y las radiaciones que permitieron saber que el tomo no es la partcula ms pequea de la materia, sino las partculas subatmicas. De estas partculas subatmicas pondremos especial inters en los electrones, de los cuales, los llamados electrones de valencia son los que forman los enlaces qumicos. Sabas que el tipo de enlace (inico, covalente o metlico) depende de las propiedades de los elementos entre los que se forma dicho enlace? Y dependiendo del tipo de enlace son las caractersticas del compuesto qumico formado? Todas estas caractersticas se ven resumidas en el nombre que se asigna al compuesto, por lo que tambin se ver la nomenclatura de los compuestos inorgnicos. Todo este conocimiento lo podrs aprovechar para identificar los compuestos qumicos y tomar alguna decisin en su transporte o manejo, as que Empecemos! Unidad 1. Qumica inorgnica Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte3 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Competencia especfica Identifica los tipos de sustancias, para predecir su comportamiento, revisando las reglas de nomenclatura, enlaces y revisando experimentos de qumica inorgnica. Contenido nuclear 1.1.La materia 1.1.1.Clasificacin de la materia 1.1.2.Propiedades fisicoqumicas 1.1.3.Mtodos de separacin 1.2.Modelos atmicos 1.2.1.Partculas subatmicas 1.2.2.Propiedades y caractersticas del tomo (nmero atmico, masa atmica e istopos. 1.2.3.Niveles de energa 1.2.4.Configuraciones electrnicas 1.3.Tabla peridica1.3.1.Clasificacin y propiedades de los elementos qumicos 1.4.Enlace 1.4.1.Enlace inico, covalente y metlico 1.5.Compuestos inorgnicos 1.5.1.Nomenclatura 1.5.2.Compuestos inicos, moleculares y cidos.

1.1 La materia Te has preguntado de qu est formado nuestro Universo? El Universo tiene dos componentes, el vaco y la materia. Las transformaciones desta ltima son el objeto de estudio de la qumica. La materia es cualquier cosa que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa. La materia incluye lo que podemos ver y tocar (como el agua, la tierra y los rboles) y lo que no podemos ver ni tocar (como el aire). As pues, todo en el universo tiene una conexin 'qumica'. (Chang, 2010). Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte4 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica 1.1.1. Clasificacin de la materia Podemos dividir la materia en dos grandes grupos, las sustancias y las mezclas. Las sustancias son un tipo de materia con propiedades fisicoqumicas especficas que no pueden dividirse en sustancias ms sencillas por medios fsicos. Las mezclas es un tipo de materia en el que se combinan dos o ms sustancias sin perder sus propiedades especficas, las cuales pueden separarse por medios fsicos. Hay dos tipos de sustancias: los elementos y los compuestos: Elemento Un elemento es una sustancia que no se puede separar en sustancias ms simples por medios qumicos. Hasta la fecha se han identificado 118 elementos, de los cuales 83 se encuentran en forma natural en la Tierra. Los dems se han obtenido por medios cientficos a travs de procesos nucleares (Chang, 2006) Se representan mediante smbolos de una o dos letras. La primera letra siempre es mayscula, pero la siguiente siempre es minscula. Por ejemplo, Co es el smbolo del elemento Cobalto, mientras que CO es la frmula de la molcula monxido de carbono. Los smbolos de algunos elementos derivan de sus nombres en latn, por ejemplo, Au de aurum (oro), Fe de ferrum (hierro) y Na de natrium (sodio), pero la mayora derivan de su nombre en ingls.En el ao de 2011, los elementos qumicos correspondientes a los nmeros atmicos 114 y 116 fueron bautizadoscon losnombresFlerovio (Fl) y Livermorio (Lv) respectivamente. El comit internacional de expertos en qumica inorgnica eligi estos nombres en honor de los laboratorios en donde los elementos qumicos fueron sintetizados. (R.D. Loss y J. Corish, 2012) Quedan an pendientes de nombrar los elementos correspondientes a los nmeros atmicos 113, 115, 117 y 118. CompuestoLos compuestos slo pueden separarse en sus componentes puros por medios qumicos. Los tomos de la mayora de los elementos pueden interactuar con otros para formar compuestos. Por ejemplo, el agua se forma por la combustin del hidrgeno gaseoso en presencia de oxgeno gaseoso. El agua tiene propiedades muy diferentes de aquellas de los elementos que le dieron origen, est formada por dos partes de hidrgeno y una parte de oxgeno. En consecuencia el agua es un compuesto, una sustancia formada por tomos de dos o ms elementos unidos qumicamente en proporciones definidas. MezclaUna mezcla es una combinacin de dos o ms sustancias en la cual las sustancias conservan sus propiedades caractersticas. Algunos ejemplos familiares son el aire, las bebidas gaseosas, la leche y el cemento. Las mezclas no tienen una composicin constante, por tanto, las muestras de aire recolectadas de varias ciudades probablemente Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte5 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica tendrn una composicin distinta debido a sus diferencias en altitud y contaminacin, entre otros factores. Cualquier mezcla se puede formar o separar en sus componentes originales por medios fsicos, sin cambiar la identidad de dichos componentes. Mezclas homogneas:En una mezcla homognea la composicin de la mezcla es igual en toda la solucin. Por ejemplo disolver una cucharada de azcar en un vaso con agua. Si calentamos y evaporamos la disolucin de agua con azcar, quedar el azcar como slido en el fondo del vaso y condensando el agua por otro lado, de tal manera quedaran separadas las dos sustancias originales. Mezcla Heterogneas:En una mezcla heterognea la composicin no es igual, los componentes de la mezcla pueden distinguirse fcilmente. Por ejemplo si mezclamos cacahuates con ajonjol, para separarlos podramos hacerlo con un colador de cocina. Resumiendo, podemos ver en el siguiente esquema la clasificacin de la materia: 1.1.2. Propiedades fsicas y qumicas de la materia Todas las sustancias poseen un conjunto de caractersticas y propiedades que las diferencian de otras, no es lo mismo el agua que la sal, el aire, el mercurio, la lana y todos las dems sustancias. Cada una tiene propiedades que las distingue por el color, la temperatura de fusin o de congelamiento, la densidad, y la viscosidad, etc. Todas ellas se componen de materia, por lo que es necesario conocer sus propiedades para identificarlas. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte6 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Veamos a continuacin sus propiedades. Propiedades qumicas Son aquellas caractersticas que se aprecian cuando la materia cambia de composicin y estructura de manera irreversible, bien sea por s misma o por la accin de otras sustancias, para formar otros materiales. Las propiedades qumicas son intrnsecas a la materia. Propiedades fsicasPueden observarse sin que haya cambio alguno en la composicin de la materia, son intrnsecas y entre las que podemos citar tenemos: el punto de ebullicin, el color, la dureza, la densidad, el punto de fusin, la conductividad trmica, el peso especfico y la conductividad elctrica. Algunas de stas dependen de condiciones, como la temperatura y la presin en las que se miden. Estados fsicos o de agregacin de la materia Como sabemos, existen tres estados o formas de agregacin de la materia: el estado slido, el lquido y el gaseosoEstas tres formas se conocen como estados de la materia o simplemente estados fsicos que una sustancia puede presentar. Las sustancias pueden pasar de un estado a otro sin cambiar sus propiedades especficas o intrnsecas. Por ejemplo el hielo (agua slida) se calienta y se funde (agua lquida) y cuando hierve se vuelve vapor (agua gaseosa). Aunque el agua cambie su estado fsico, su composicin es constante y no cambia sus propiedades intrnsecas de manera irreversible. Cmo podemos explicar estos cambios en las sustancias? Para describir de una manera simple cmo se dan estos cambios de estado, se propuso el modelo cintico molecular, en el cual se relaciona la energa cintica de las molculas con las fuerzas de cohesin y de repulsin entre las partculas. Las partculas se representan como esferas y podemos verlo en el siguiente esquema: Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte7 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica

Pero has escuchado en alguna serie o pelcula de ciencia ficcin sobre el plasma? Qu imaginacin tienen esos escritores! O no?En realidad se conocen cinco estados de la materia uno de ellos es el plasma o cuarto estado de la materia, en l las partculas son sometidas a temperaturas que van desde los 50,000 hasta los 100,000,000 kelvin provocando que las partculas se separen pero que adems se ionicen, lo que originala formacin de un gas ionizado. Cosas de otros mundos? No! Un ejemplo de plasma fro (cercano a los 50, 000 kelvin) es la aurora boreal, fenmeno maravilloso que se da en los polos terrestres. El quino estado o condensado Bose-Einstein es el extremo opuesto del cuarto estado, se da a bajas temperaturas, muy cercanas al 0 K y en l las partculas (tomos) estn tan cercanas que todas las partculas ocupan el mismo espacio al mismo tiempo, como si fueran un tomo nico! Parecera increble, sin embargo se logr observar por primera vez en 1995. 1.1.3. Mtodos de separacin de mezclas Cmo obtener una sustancia de una mezcla? De manera general a esta accin se le conoce como purificacin. Las mezclas ya sean homogneas o heterogneas se pueden separar en sus componentes (elementos o compuestos) aprovechando las propiedades fsicas intrnsecas de las sustancias. Algunos ejemplos son los siguientes: Filtracin: Se da cuando en una mezcla una de las sustancias es slida y la otra es lquida, el slido es inmiscible en el lquido. La mezcla se hace pasar por un filtro en el cual queda retenido el slido y el lquido pasa a travs del filtro, logrando as la separacin, un ejemplo es la separacin de la arena del agua. Decantacin: Este mtodo de separacin se usa para separar una mezcla compuesta pordos sustancias de diferentes densidades, ya sea que ambas sean lquidas o que una sea lquida y la otra slida. En el caso de que ambas sustancias sean lquidas se utiliza un embudo de separacin, el cual tiene una llave en el tubo del fondo del embudo, que se abre para dejar pasar primero la sustancia ms densa que se encuentra en el fondo del embudo a un contenedor. Una vez que se ha dejado pasar el primer lquido, se cierra la llave de paso para cambiar de contenedor y entonces volver a abrir la llave de paso y dejar el lquido menos denso en el segundo contenedor. Un ejemplo sera la separacin del agua y el aceite. Destilacin: Con este mtodo podemos separar dos lquidos que son miscibles entre s, pero que tienen diferentes puntos de ebullicin. Se pone a calentar la mezcla y se tiene un mecanismo por el cual, el vapor de la primera sustancia que hierve, es dirigido hacia un Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte8 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica condensador en donde el vapor se condensa y el lquido se recupera en un contenedor, mientras la otra sustancia de mayor punto de ebullicin se mantiene en el recipiente original, logrando de esta manera separar los dos lquidos. Centrifugacin: La centrifugacin consiste en la separacin de dos sustancias con diferentes densidades, pero adems muy solubles entre s, por lo que es difcil separarlas por decantacin. La mezcla se coloca en contenedores que se adaptan a un rotos, el cual puede alcanzar una fuerza de hasta 1,000,000 de veces la fuerza de gravedad, con esta fuerza aplicada a la mezcla es posible lograr la separacin de sus componentes. Se emplea de manera cotidiana para separar los componentes de la sangre. Cromatografa: En este caso se pueden aprovechar las propiedades solubilidad de los diferentes componentes de la mezcla. La mezcla se disuelve en el menor volumen de un solvente o mezcla de solventes (fase mvil) en donde todos los componentes de la mezcla a separar son solubles, esta mezcla se pone en contacto con la llamada fase estacionaria, generalmente una columna, que puede ser de muy diversos materiales. La fase mvil con la mezcla queda en la parte inicial de la columna. Despus se hace pasar ms fase mvil a travs de la columna, de manera que slo el componente ms soluble sea arrastrado hasta el final de la columna, en donde se va recuperando en un contenedor. Una vez recuperado este primer componente de la mezcla, se hace pasar ms fase mvil a travs de la columna, pero en esta ocasin con una composicin diferente, en la que el componente de la mezcla a separar que qued retenido en la columna pueda solubilizarse e la fase mvil y ser arrastrado con ella hasta el final de la columna para ser recuperado en otro recipiente. Esta tcnica se emplea de manera cotidiana para hacer anlisis de aguas, de aire, etctera. Es importante mencionar que en la prctica, estos mtodos llegan a mezclarse entre ellos y junto con otros que no se mencionaron, para lograr la separacin de mezclas complejas. 1.2 Modelos atmicos En este tema revisars los principales modelos atmicos que permitieron comprender la estructura del tomo, as como las caractersticas y ubicacin de las partculas subatmicas Los filsofos griegos fueron los pioneros en tratar de elucidar este misterio y as por el ao 440 a.C., Empdocles afirm que toda la materia se compona de cuatro elementos: tierra, aire, agua y fuego. Posteriormente, Demcrito, entre 470-370 a.C., supuso que si cortaba un tipo de materia en pedazos cada vez ms pequeos, iba a llegar un momento en que llegara hasta una partcula indivisible, a la que llam tomo. Sin embargo, esta hiptesis fue refutada por Aristteles (384-322 a.C.) quien apoy y desarroll la teora propuesta por Empdocles. Tanta fue la influencia de Aristteles que su teora domin el pensamiento de cientficos y filsofos hasta principios del siglo XVII (Dingrando, 2003). Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte9 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Con la llegada del Renacimiento, la ciencia dio un giro trascendental, pasando de las simples observaciones a la experimentacin, poniendo en duda los puntos de vista aristotlicos, hasta ese entonces dominantes. Muchos investigadores propusieron modelos para tratar de explicar el comportamiento de la materia. En aquel entonces se saba que muchas sustancias cristalinas presentan un ordenamiento regular, lo que hizo pensar a los investigadores en que se componan de una gran pila de partculas como si fueran balas de can; tambin pensaban que la sal se disolva en el agua, porque el lquido no era continuo, es decir, posea espacios vacos. El olor de los perfumes se puede detectar a grandes distancias, porque pequeas partculas viajan a travs del aire. stas y otras observaciones hicieron pensar a los investigadores en la existencia de partculas diminutas como unidades estructurales de la materia, retomando de esta manera la idea del atomismo. As, en el ao de 1808, J ohn Dalton, un cientfico ingls, basndose en las ideas de Demcrito y en sus estudios sobre numerosas reacciones qumicas, formul una hiptesis sobre la estructura de los tomos, imaginndolos como partculas extremadamente pequeas e indivisibles. Con base en este modelo estableci los siguientes postulados:1. Toda la materia se compone de partculas pequeas llamadas tomos.2. Los tomos de un elemento son idnticos, tienen igual tamao, masa y propiedades qumicas.3. Los tomos de un elemento son diferentes a los tomos de otros elementos.4. Los compuestos estn formados por ms de un elemento. En cualquier compuesto la relacin del nmero de tomos entre dos elementos siempre es un nmero entero.5. En una reaccin qumica se observa una separacin, combinacin o reordenamiento de los tomos, pero nunca su creacin o destruccin. Estudios posteriores demostraron que algunas de las conclusiones de Dalton no eran del todo ciertas, pues hoy sabemos que los tomos no son indivisibles ya que contienen Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte10 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica partculas subatmicas (protn, neutrn y electrn); adems que an los tomos de un mismo elemento varan en sus masas (istopos), como ms adelante veremos. La teora de Dalton, a pesar de sus imprecisiones y evidentes errores, result de suma importancia, ya que por primera vez los qumicos manejaban conceptos nuevos, se cuantificaron los tomos, se concret el concepto de elemento, se determin que la formacin de un compuesto tiene lugar siguiendo unas leyes claras (ley de las proporciones constantes y ley de las proporciones mltiples), se comprob tambin que las sustancias reaccionan entre s en cantidades fijas equivalentes (Ley de las proporciones recprocas) y permiti representar esquemticamente la disposicin de los tomos de un compuesto. Otra de las razones por las que el tomo de Dalton no cubra las necesidades, adems de la indivisibilidad, era debida a que no explicaba la naturaleza elctrica de la materia. Por ello, una gran cantidad de investigadores inici experimentos para tratar de elucidar este enigma. El desarrollo de las subsiguientes teoras atmicas se debi en gran medida a la invencin de nuevos instrumentos. Por ejemplo, el tubo de Crookes, el cual consista de un tubo de vidrio con dos placas metlicas en su interior que funcionaba como electrodos y una llave que permita extraer la mayor parte del aire, gracias a la bomba de vaco. Al hacer pasar una corriente elctrica entre los electrodos, se observaba un haz de luz que viajaba del ctodo al nodo, por lo que fueron llamados rayos catdicos. Hacia 1897 J oseph J ohn Thomson comprob que los rayos catdicos estn formados por partculas con carga negativa, logrando medir el cociente entre la masa de dicha partcula y su carga negativa. En 1911, Robert Andrews Millikan logr medir el valor de la carga correspondiente a las partculas de los rayos catdicos, por lo que se pudo determinar su masa: result ser 1,837 veces menor que la masa del tomo ms sencillo, el hidrgeno. Masa del electrn = 9.1 x 10-28 g = 1/1837 masa de un tomo de hidrgenoEn 1891, George J ohnstone Stoney haba sugerido el nombre de electrn para las posibles partculas elementales causantes de los fenmenos elctricos, por lo que se acept dicho nombre para las partculas de los rayos catdicos. La primera partcula subatmica haba sido descubierta: el electrn. Sera el electrn la partcula fundamental de la electricidad? En 1902 se dio respuesta a esta pregunta. Philipp Eduard Anton Lenard, demostr que los metales cuando son iluminados con luz ultravioleta emiten electrones (Efecto fotoelctrico), por lo que estaba claro que los electrones formaban parte del tomo. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte11 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Con base en los resultados de sus experimentos, Thomson propone otro modelo en el que estableca que el tomo consista de una esfera con carga positiva distribuida de manera uniforme y dentro de la cual se encontraban partculas negativas, los electrones, como si fueran las pasas de un pastel. El modelo atmico de Thomson, no dur por mucho tiempo, pero su importancia radica en que gracias a l se pudo corroborar que el tomo no era indivisible, como lo haba indicado Dalton. 1.2.1. Partculas subatmicas y radiaciones El descubrimiento de los rayos catdicos y de los rayos X llev a investigar el fenmeno de la fluorescencia (emisin de luz por sustancias previamente iluminadas con luz solar). Por tal motivo, Henri Becquerel, estudiando la supuesta luminosidad de las sales de uranio, se dio cuenta de que estas sustancias emitan radiacin aun cuando no haban sido expuestas a la luz solar. En definitiva, los cristales de sales de uranio emitan una radiacin penetrante en todo momento. Pierre y Marie Curie encontraron que los elementos Uranio y Torio (conocidos en ese entonces) producan este tipo de radiacin y le dieron el nombre de radiactividad a este fenmeno. Estudiando las interacciones de las radiaciones emitidas por los elementos radiactivos, en campos magnticos y elctricos se comprob que existen tres tipos de radiaciones: Rayos alfa (): partcula de masa equivalente a cuatro tomos de hidrgeno y doble carga positiva.Rayos beta (): formados por electrones muy rpidos.Rayos gamma (): No tienen masa ni carga; son ondas parecidas a los rayos X pero con mucha menor longitud de onda (mucha ms frecuencia y, por tanto, ms energticos).En el ao de 1911 un fsico neozelands Ernest Rutherford, decidi utilizar la radiactividad para demostrar la estructura de los tomos, propuesta por Dalton. Para ello, bombarde una lmina de oro con partculas alfa (). Qu esperaras que sucediera si el tomo es compacto segn Dalton? Observa la animacin del experimento que realiz Rutherford y constata tu respuesta. Rutherford pudo apreciar que la mayora de las partculas alfa atravesaban la lmina de oro sin desviarse de su trayectoria recta; aunque de vez en cuando, algunas partculas si se desviaban y en algunos casos regresaban rechazadas hacia la fuente radiactiva. Con base en estas observaciones, Rutherford llega a la conclusin de que la mayor parte del tomo debe ser espacio vaco. Esto explica porqu la mayora de las partculas Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte12 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica atravesaron la placa de oro con muy poca o ninguna desviacin. Rutherford propuso que las cargas positivas de los tomos estaban concentradas en un conglomerado central del tomo que denomin ncleo. Cuando una partcula alfa pasaba cerca del ncleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran fuerza de repulsin, lo que originaba una gran desviacin. Ms an, cuando una partcula incida directamente sobre el ncleo, experimentaba una repulsin tan grande que se inverta completamente su trayectoria. Las partculas positivas concentradas en el ncleo posteriormente fueron llamadas protones (Chang, Qumica, 2007). De esta manera es que Rutherford propone un nuevo modelo atmico, en el que establece que el tomo tiene un ncleo central donde se concentra la masa y es de carga positiva, y girando alrededor de ste se encuentran los electrones, como un pequeo sistema planetario, tal y como se aprecia en la animacin siguiente: En principio, el modelo de Rutherford, contradeca las leyes electromagnticas de Maxwell, las cuales establecan que las cargas de signos contrarios se atraen, adems de que una carga elctrica en movimiento debera emitir energa continuamente en forma de radiacin, con lo que llegara un momento en que el electrn caera sobre el ncleo y la materia se destruira. As mismo, no poda explicar las diferencias de masa existentes entre los diferentes elementos, por lo que propusieron la existencia de una tercera partcula, el neutrn, descubierto por James Chadwick en 1932 al bombardear una lmina de berilio, y a la que dio ese nombre debido a su naturaleza neutra (Brady, 2003). Sin embargo, a principios de la dcada de 1900, los cientficos haban observado que ciertos elementos emiten luz visible al ser calentados con una llama. El anlisis de la luz emitida revel que el comportamiento qumico de un elemento se relacionaba con el ordenamiento de los electrones en sus tomos. Antes de continuar, recordemos que la luz visible es un tipo de radiacin electromagntica, como los son los rayos X, las ondas de radio, los microondas, infrarrojos y rayos gamma, como se muestra en la figura del espectro electromagntico. Como sabemos, la luz viaja en forma de ondas, las cuales estn compuestas de crestas y valles, que presentan una serie de caractersticas como longitud de onda, frecuencia, amplitud y velocidad. La longitud de onda, representada por , se mide de cresta a cresta o de valle a valle y, usualmente se expresa en metros, centmetros o nanmetros (1nm = 1x10-9 m). La frecuencia, V, es el nmero de ondas que pasa por un punto dado en un segundo, ondas por segundo (1/s) o (s-1). Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte13 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica La amplitud de una onda, se refiere a la altura de la onda desde el origen hasta una cresta o valle (Holum, 2009). Las ondas electromagnticas, viajan a una velocidad de 3.00x108 m/s en el vaco. Debido a que la velocidad de la luz es un valor universal importante, tiene su propio smbolo: c. Por lo que la velocidad de la luz es el producto de su longitud de onda () por su frecuencia ().c = Cada una de los elementos emite una radiacin caracterstica que lo identifica, a una cierta longitud de onda. Dichas radiaciones son descompuestas en otras radiaciones para su estudio, dando lugar a los espectros atmicos. El espectro consiste en un conjunto de lneas paralelas que corresponden cada una a una longitud de onda. Al estudiar el espectro de emisin del tomo de hidrgeno, se pudo apreciar que era discontinuo; es decir, est constituido slo por ciertas frecuencias de luz, lo cual no pudo explicar el modelo de Rutherford. En el ao de 1913, un cientfico dans llamado Niels Bohr, basndose en los trabajos de Rutherford, propuso un modelo cuntico para el tomo de hidrgeno, que explicaba claramente su espectro. Este modelo estableca una serie de principios, entre los que destacan:1. El electrn se mueve en una rbita circular alrededor del ncleo, obedeciendo las leyes de la mecnica clsica.2. Si el electrn se mueve en una rbita permitida, no radia energa. La energa del tomo se mantiene constante.3. Un tomo radia energa cuando el electrn cambia de una rbita permitida a otra. Por lo tanto, si un electrn pasa de una rbita a otra ms cercana al ncleo, emite una onda electromagntica cuya energa es igual a la prdida de energa del electrn al realizar el salto. Es decir, para que un electrn salte de una rbita ms cercana al ncleo, donde su energa vale E1, a otra ms alejada, donde su energa vale E2, debe absorber una cantidad de energa igual a su diferencia:E2 E1 = hV Con el modelo de Bohr se pudo explicar la formacin de las lneas del espectro de absorcin del hidrgeno. Por su parte, Johann Balmer descubri una ecuacin que describe la emisin y absorcin del espectro del tomo de hidrgeno (como se aprecia en la figura 9):1 / l = 1.097 x 107 (1 / 4 - 1 / n2) donde n = 3, 4, 5, 6, ... El modelo atmico de Bohr permita explicar perfectamente el espectro del tomo de hidrgeno y encajaba perfectamente con las experiencias de Rutherford. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte14 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Pero los avances tcnicos en los espectroscopios pronto haran ver que era necesario ampliar el modelo. Bohr estableca que los electrones se localizaban en niveles de energa bien definidos, lo que contradeca las evidencias experimentales, pues en aquella poca se conocan los espectros de absorcin y emisin de algunos elementos, que reflejaban claramente que los electrones de un mismo nivel posean diferentes energas. Para explicar este fenmeno, Sommerfeld, en el ao de 1915, realiza algunas mejoras al modelo apoyndose en la teora relativista de Albert Einstein. Sommerfeld llega a la conclusin de que no slo existen niveles de energa en el tomo, sino tambin subniveles, lo que explicaba la variacin de energa de los electrones (Chang, Qumica, 2007). Sin embargo, an con las afirmaciones de Sommerfeld no se poda demostrar experimentalmente la distribucin de los electrones en el tomo. Esto, toda vez que al estar viajando en rbitas de energa bien definidas, se podra conocer simultneamente la posicin y velocidad del electrn, lo cual resultaba imposible (principio de incertidumbre de Heisemberg). En el ao de 1926, el fsico austriaco Erwin Schrdringer (1887-1961), basndose en los trabajos de Luis De Broglie sobre la dualidad de la materia, dedujo una ecuacin que trataba al electrn como onda y no como partcula. La ecuacin de onda de Schrdringer es demasiado compleja y todas sus soluciones se conocen como funcin de onda. Lo ms importante es que la solucin de la funcin de onda da como resultado un espacio particular alrededor del ncleo en la que se puede localizar al electrn, una regin tridimensional llamada orbital atmico o subnivel de energa (Dingrando, 2003). Debido a que el lmite de un orbital atmico es confuso y no tiene un tamao exactamente definido, sus reas se han calculado con base en el 90% de probabilidad de localizar al electrn en esa regin. En otras palabras, el electrn pasa 90% de su tiempo dentro del espacio definido y 10% fuera de l. 1.2.2. Propiedades y caractersticas del tomo (nmero atmico, masa atmica e istopos) Recordemos que los elementos son sustancias puras que no pueden ser descompuestas en otras ms sencillas, y por lo tanto contienen un slo tipo de tomos. La composicin estructural de cada tipo de tomo define las propiedades fsicas y qumicas caractersticas de cada sustancia. Por ello, es importante conocer la estructura atmica de cada elemento. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte15 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Debido a que la naturaleza de los tomos al encontrarse en estado elemental es neutra, es decir, no contiene cargas elctricas, es fcil deducir que contiene el mismo nmero de protones y electrones. As, el potasio (K) contiene 19 protones y por lo tanto 19 electrones. A este nmero de protones o electrones se ha denominado nmero atmico (Z) (Holum, 2009). Por otra parte, como toda la materia, las partculas tambin tienen masa, pero sta es tan pequea que manejarla en la escala de gramos sera complicado, por lo que los qumicos han creado una unidad especial llamada unidad de masa atmica (uma). Esta unidad permite expresar en forma ms sencilla las masas de protones, neutrones y electrones. Como podrs apreciar en la tabla 1, los protones y los neutrones tienen una masa real muy cercana, y por convencin a esta cantidad se le ha asignado el valor de 1.0 uma; mientras que el electrn tiene una cantidad tan pequea (1/1836 veces la masa del protn), que su valor no modifica considerablemente la masa relativa de los tomos. Por lo tanto, la masa de un tomo va a estar determinada por el nmero de protones y neutrones (Dingrando, 2003). A la suma de protones y neutrones se le conoce como nmero de masa (A) del tomo. Partcula subatmicaMasa real (g)Masa relativa (uma) Protn1.672x10-241 Neutrn1.674x10-241 Electrn9.109x10-280 Tabla 6.Masas reales y relativas de las partculas subatmicas Por ejemplo, retomando los conceptos de nmero atmico y nmero de masa, tenemos que:El sodio (Na) con nmero atmico 11 y nmero de masa 23, contiene: 11 protones, 11 electrones y 12 neutrones.El calcio (Ca) cuyo nmero atmico y nmero de masa son 20 y 40, respectivamente, contiene: 20 protones, 20 electrones y 20 neutrones.El nmero atmico y el nmero de masa son caractersticas que definen las propiedades fsicas y qumicas de los elementos, como veremos ms tarde.A pesar de que todos los tomos de un elemento tienen el mismo nmero de protones y electrones, su nmero de neutrones puede variar. Por ejemplo, existen tres tipos de tomos para el hidrgeno; los tres tienen un nmero atmico 1 y poseen 1 protn (y por tanto un electrn); sin embargo, el primero de ellos tiene un nmero de masa 1, el segundo 2 y el tercero 3 (figura 10). Estos tomos con el mismo nmero de protones y electrones pero con diferente nmero de neutrones se denominan istopos. El primer istopo del hidrgeno, llamado protio, tiene slo un protn en cada tomo y no tiene neutrones. El segundo istopo, llamado deuterio tiene un protn y un neutrn. Finalmente, el tercer istopo contiene 1 protn y 2 neutrones (Chang, Qumica, 2007). Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte16 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica De igual manera, los istopos del litio contienen 3 protones y 3 electrones de acuerdo con su nmero atmico, y varan en su nmero de neutrones, tal y como se aprecia en la siguiente figura. En la naturaleza los elementos se encuentran constituidos por tomos de sus diferentes istopos, por lo que para determinar su masa real se debe considerar el porciento de abundancia de cada uno de ellos. Por ejemplo, la masa real del cloro es de 35.453 uma. El cloro existe de manera natural como una mezcla de aproximadamente 75% del istopo Cloro 35 y 25% del istopo Cloro 37. La masa real de un tomo de cloro se calcula sumando los productos de porciento de abundancia de cada istopo multiplicado por su masa atmica relativa (Chang, Qumica, 2010), como semuestra en la siguiente figura. Fig 12 Clculo de la masa relativa del cloro Esta masa real del tomo es lo que se conoce como masa atmica. Afortunadamente para nosotros, las masas atmicas de los elementos existentes ya estn dadas y se encuentran reportadas en la tabla peridica, que ms adelante revisaremos.El estudio de los istopos, especialmente los radiactivos, ha trado grandes beneficios a la humanidad, tales como la deteccin y tratamiento de algunas enfermedades como el cncer. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte17 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica 1.2.3. Niveles y subniveles de energa Hasta este momento podramos pensar que el tomo est constituido bsicamente de un ncleo y tres partculas subatmicas, tal y como lo estableci Bohr a principios del siglo XX (Dingrando, 2003). Sin embargo, este modelo no responde del todo al comportamiento de las sustancias, ya que funcionaba perfectamente para explicar el tomo de hidrgeno, ms no as otros elementos. Para comprender la distribucin de los electrones en el modelo actual del tomo, se revisarn a lo largo de este tema los trabajos de algunos investigadores que contribuyeron al desarrollo del mismo; se analizar la forma en la que los electrones se distribuyen en los diversos niveles y subniveles del tomo, mediante la realizacin de configuraciones electrnicas. Bohr estableca que los electrones se localizaban en niveles de energa bien definidos, lo que contradeca las evidencias experimentales, pues en aquella poca se conocan los espectros de absorcin y emisin de algunos elementos, que reflejaban claramente que los electrones de un mismo nivel posean diferentes energas. Para explicar este fenmeno, Sommerfeld, en el ao de 1915, realiza algunas mejoras al modelo apoyndose en la teora relativista de Albert Einstein. Sommerfeld llega a la conclusin de que no slo existen niveles de energa en el tomo, sino tambin subniveles, lo que explicaba la variacin de energa de los electrones (Chang, Qumica, 2007). Sin embargo, an con las afirmaciones de Sommerfeld no se poda demostrar experimentalmente la distribucin de los electrones en el tomo. Esto, toda vez que al estar viajando en rbitas de energa bien definidas, se podra conocer simultneamente la posicin y velocidad del electrn, lo cual resultaba imposible (principio de incertidumbre de Heisemberg). En el ao de 1926, el fsico austriaco Erwin Schrdringer (1887-1961), basndose en los trabajos de Luis De Broglie sobre la dualidad de la materia, dedujo una ecuacin que trataba al electrn como onda y no como partcula. La ecuacin de onda de Schrdringer es demasiado compleja y todas sus soluciones se conocen como funcin de onda. Lo ms importante es que la solucin de la funcin de onda da como resultado un espacio particular alrededor del ncleo en la que se puede localizar al electrn, una regin tridimensional llamada orbital atmico o subnivel de energa (Dingrando, 2003). Debido a que el lmite de un orbital atmico es confuso y no tiene un tamao exactamente definido, sus reas se han calculado con base en el 90% de probabilidad de localizar al Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte18 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica electrn en esa regin. En otras palabras, el electrn pasa 90% de su tiempo dentro del espacio definido y 10% fuera de l. Para describir la distribucin de los electrones, la mecnica cuntica precisa de cuatro nmeros cunticos. Estos nmeros se derivan de la solucin matemtica de la ecuacin de Schrdringer, y son: el nmero cuntico principal (n), el nmero cuntico azimutal o del momento angular (l), el nmero cuntico magntico (m) y el nmero cuntico de spn (s). Los primeros tres nmeros describen a los orbitales atmicos e identifican a los electrones que estn dentro, y el cuarto nmero describe el comportamiento de los electrones en los tomos (Dingrando, 2003). El nmero cuntico principal (n) establecido por Bohr, nos indica el nivel de energa en el que se localiza el electrn; puede tomar valores enteros de 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7.El nmero cuntico azimutal o del momento angular (l) expresa el subnivel de energa o forma de los orbitales. Los valores de l dependen del valor del nmero cuntico principal, n. Para cierto valor de n,l tiene todos los valores enteros posibles desde 0 hasta n-1. Para n = 1, el valor de l ser 0, ya que l = n - 1 = 1 1 = 0. Si n = 2, l puede tomar los valores 0 y 1. Si n = 3, l puede tener tres valores: 0, 1 y 2. El valor de l se designa con las letras s (sharp), p (principal), d (diffuse) y f (fundamental). Valor de l0 1 2 3Nombre del orbitals p d f Cada uno de los valores de l representa una forma del orbital y su orientacin en el espacio, es decir, cuando l = 0 slo existe una posible forma y orientacin del orbital, que es la esfrica. Cuando l = 1, existen tres posibles formas y orientaciones del orbital; cuando l = 2 las orientaciones se incrementan a 5, as como sus formas; y finalmente, si l = 3, las formas y orientaciones se incrementan a 7, tal y como se muestra en la figura 14. Fig. 14 U2 El nmero cuntico magntico (m) describe la orientacin del orbital en el espacio. Dentro de un subnivel, el valor de m depende del valor que tenga el nmero cuntico del momento angular, l. Los valores de m, sern de l, pasando por cero hasta + l. Es decir, si l vale 0, m = 0; pero si l toma el valor de 1, m tendr los valores +1, 0, -1.El nmero cuntico de espn (s) indica el giro del electrn, ya que dos electrones pueden estar juntos en un orbital slo cuando giran en sentidos opuestos; esto permite anular sus campos magnticos y no repelerse debido a sus cargas elctricas. Los valores de s, pueden ser: + y -. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte19 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica 1.2.4. Configuraciones electrnicas Retomando los postulados de la teora cuntica, sabemos ahora que el tomo contiene niveles y subniveles de energa (orbitales atmicos). Cada nivel de energa, como lo estableci Bohr, con su nmero cuntico principal, tiene capacidad para un nmero especfico de electrones de acuerdo con la frmula 2n2, como se muestra a continuacin: Nivel de energa (valor de n) Capacidad de electrones (2n2) Subniveles de energa Forma de orbitales 121s 284s,p 3189s, p, d 43216s, p, d, f Y como cada orbital slo tiene cabida para dos electrones, el nivel 1 requiere de un orbital s para acomodar sus dos electrones; el segundo nivel requiere 4 orbitales (uno s y tres p) para alojar a 8 electrones; el tercer nivel 9 orbitales (uno s, uno p y uno d); el cuarto nivel 16 orbitales (uno s, uno p, uno d y uno f), y as sucesivamente (Hein, 2010).Para comprender mejor el acomodo de los electrones en el tomo, se han establecido las configuraciones electrnicas, las cuales muestran la ubicacin de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles y subniveles de energa. El orden en el que se van llenando los niveles y subniveles de energa es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, etc. Como se puede apreciar, no hay un orden sistemtico, ya que existe traslape de algunos niveles y subniveles de energa y por tanto de sus orbitales atmicos como ocurre con 4s y 3d. Sin embargo, para hacer simple el llenado de los orbitales se ha establecido un esquema denominado regla de las diagonales (figura 15); para ello se debe seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en 1s; siguiendo la flecha se podr ir completando los orbitales con los electrones en forma correcta (Hein, 2010). Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte20 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Fig. Regla de las diagonales Por lo tanto, para escribir la configuracin electrnica de un tomo es necesario:Conocer el nmero atmico (Z) del elemento.Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energa, comenzando desde el nivel ms cercano al ncleo (n = 1).Respetar la capacidad mxima de cada orbital (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-). Para ejemplificar esto, tomemos al litio; este elemento tiene un nmero atmico igual a 3 (Z = 3) y por lo tanto contiene 3 electrones. Empezaremos llenando el orbital de menor energa con dos electrones que tendrn distinto espn (s). El electrn restante ocupar el orbital 2s, que es el siguiente con menor energa, resultando la configuracin electrnica siguiente:3Li = 1s2 2s1

En sta, el coeficiente representa el valor de n (nivel de energa), la letra el valor de l, el subnivel y forma del orbital (forma s) y los exponentes al nmero de electrones (figura 16). Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte21 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Fig.Significado de las configuraciones electrnicas Veamos otros ejemplos: el calcio y el bromo con nmeros atmicos 20 y 35, respectivamente, tendran las siguientes configuraciones electrnicas: 20Ca = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

35Br = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5

Cada uno de los electrones se va acomodando en los orbitales de los diferentes niveles y subniveles de energa, de tal manera que el tomo se va formando de capas y capas de reas energticas que cubren al ncleo (figura 17). Fig. Modelo mecnico cuntico del tomo Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte22 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Comparemos ahora la configuracin electrnica de los elementos con nmeros atmicos del 1 a 4: 1H = 1s1

2He = 1s2 3Li = 1s2 2s1

4Be = 1s2 2s2

Como te habrs dado cuenta, al incrementarse el nmero atmico tambin lo hace el nmero de electrones. De tal manera, la configuracin electrnica de un tomo a otro vara en un electrn. A este electrn se le conoce como electrn diferencial, ya que diferencia un tomo de otro al variar el nmero atmico; dicho de otra manera, es el ltimo electrn que se va agregando al construir la configuracin electrnica del tomo siguiente (Chang, Qumica, 2007). 1.3. Tabla peridica Al mismo tiempo que se elucidaba la estructura de los tomos, se descubran nuevos elementos. A principios del siglo XIX, la cantidad de elementos era tal que muchas veces resultaba difcil su estudio, por lo que era necesario encontrar un sistema que permitiera ordenarlos y clasificarlos de acuerdo con sus caractersticas. En este tema se revisan los trabajos que permitieron el ordenamiento de los elementos en la tabla peridica, as como las caractersticas de este documento para describir las propiedades fsicas y qumicas de las sustancias. Muchos fueron los intentos para clasificarlos, pero en 1869 el ruso Dimitri Mendeleiev y el alemn Lothar Meyer, publicaron en forma independiente ordenamientos peridicos de los elementos con base en sus masas atmicas, observando que esta clasificacin permita agrupar a los elementos con propiedades fsicas y qumicas semejantes. Sin embargo, la tabla no era del todo correcta. Ordenar los elementos por masa atmica origin que varios de ellos se colocarn en grupos con propiedades diferentes. En el ao de 1913, el qumico ingls Henry Moseley descubri que los tomos de cada elemento tienen un nmero nico de protones en sus ncleos, siendo el nmero de protones igual al nmero atmico del tomo (Chang, Qumica, 2006). Al organizar los elementos en orden ascendente de nmero atmico y no en orden ascendente de masa atmica, como lo haba hecho Mendeleiev y Meyer, se solucionaron los problemas de ordenamiento de los elementos, lo cual dio origen a la actual tabla peridica (figura 18). Este nuevo ordenamiento de la tabla peridica permiti clasificar a los elementos de acuerdo con sus propiedades fsicas y qumicas semejantes. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte23 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica De manera general agrupa a los elementos en metales y no metales, localizando a los metales del lado izquierdo y a los no metales en el derecho. En la tabla peridica se aprecia esta separacin mediante una lnea escalonada que va del boro al astato. Los elementos cercanos a esta lnea tienen caractersticas de ambos grupos por lo que se han denominado metaloides. El nico elemento que sale de esta primera clasificacin es el Hidrgeno, el cual es un gas y se encuentra del lado de los metales en la tabla peridica, esto obedece a que sus propiedades qumicas son semejantes a este grupo (Dingrando, 2003). 1.3.1. Clasificacin y propiedades de los elementos qumicos De igual manera, la tabla peridica ordena a los elementos en columnas verticales llamadas grupos o familias y en filas horizontales llamados perodos.Los elementos que pertenecen a un grupo o familia estn agrupados de esta manera ya que contienen el mismo nmero de electrones en el nivel y subnivel de energa ms externos; a estos electrones se les conoce como de valencia y son estos los que determinan de forma preponderante la qumica de un tomo. Puesto que todos los elementos de un mismo grupo de la tabla peridica tienen el mismo nmero de electrones de valencia, es decir, en la capa ms externa de su nivel de energa ms externo, su comportamiento qumico es muy parecido. Por ejemplo, todos los elementos del Grupo IA tienen un electrn de valencia (Holum, 2009). Varios de los grupos de la tabla peridica tienen nombres por familia, debido a su comportamiento qumico caracterstico o a su utilidad. Por ejemplo, los miembros del grupo IA, se conocen como metales alcalinos; los del grupo IIA, metales alcalinotrreos, etc., como se muestra en la tabla. GrupoNombreElementos IAMetales alcalinosNa, K, Rb, Cs y Fr IIAMetales alcalinotrreosBe, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra VAPnicgenos formadores de gases sofocantes N, P, As, Sb, Bi VIACalcgenos formadores de yesoO, S, Se, Te, Po VIIAHalgenos formadores de salF, Cl, Br, I, At VIIIAGases noblesHe, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn IBMetales de acuacinCu, Ag, Au Tabla 7. Nombres de algunas familias de la tabla peridica de acuerdo a sus propiedades qumicas y usos (Brown, 1991) De manera contraria, las propiedades de los elementos varan en un perodo. Como ya mencionamos, los elementos se dividen en dos categoras: metales y no metales. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte24 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica De izquierda a derecha, a lo largo de cualquier perodo, las propiedades fsicas y qumicas de los elementos cambian en forma gradual de metlicas a no metlicas (Hein, 2010). Cada tomo atrae a sus electrones con diferente fuerza hacia su ncleo. De primera instancia, podramos pensar que al incrementarse el nmero de orbitales, el tamao de los tomos lo hara de igual manera; sin embargo, esto no es as. Se ha observado que el radio atmico disminuye al incrementarse el nmero atmico en un perodo, y en una familia crece al desplazarnos hacia abajo. La variacin de radio atmico en grupos y perodos nos lleva a deducir que los electrones perifricos estn ms expuestos en los metales, que en los no metales. Es decir, los metales tienden ms fcilmente a perder sus electrones de valencia que los no metales. Dicho de otra manera, la energa necesaria para arrancar un electrn de un metal ser menor que la utilizada en un no metal (Brady, 2003). Esta propiedad peridica se conoce como electronegatividad, y se define como la medida de la fuerza de atraccin que ejerce un tomo sobre los electrones. Como es de esperarse, la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha a travs de un perodo de la tabla, y en cada grupo, disminuye al aumentar el nmero atmico (Dingrando, 2003). Los valores de electronegatividad (figura 20) fueron dados por Linus Pauling en el ao de 1932, y nos ayudan a predecir y comprender algunas de las propiedades de las sustancias. Finalmente podemos decir que los tomos de los elementos menos electronegativos tendern a perder electrones respecto a los elementos ms electronegativos, los cuales tendern a ganarlos. De manera general, los metales adquirirn cargas positivas al perder sus electrones y los no metales, cargas negativas al adquirirlos. Esta carga elctrica adquirida, al ganar o perder electrones, es lo que se conoce como nmero o estado de oxidacin (Kotz, 2005). De manera general, los elementos de un grupo o familia tendern a ganar o perder el mismo nmero de electrones, ya que tienen igual nmero de electrones de valencia, y por tanto adquirirn la misma carga elctrica o nmero de oxidacin. La tabla peridica, cuyo ordenamiento de los elementos se basa en su nmero atmico, se ha convertido en una herramienta significativa para el trabajo de los qumicos, pues permite comprender y pronosticar las propiedades de los elementos, y conocer su estructura atmica. Por ejemplo, al analizar los elementos que constituyen una sustancia qumica, fcilmente podemos deducir sus propiedades al ubicarlos en la tabla peridica. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte25 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica El cloruro de sodio (NaCl) o sal comn, est constituido por los elementos sodio y cloro; el primero se ubica en el grupo IA, es un metal y es un elemento de baja electronegatividad que tender a perder electrones; por el contrario, el cloro es un no metal que se ubica en el grupo VIIA y es un elemento muy electronegativo que ganar electrones. Por lo tanto, el sodio tendr un nmero de oxidacin +1 y el cloro -1. 1.4. Enlace qumico Hoy da, tenemos claro que la fuerza que mantiene unidos a los tomos se denomina enlace qumico. Pero, cmo se realiza esta unin? Con el desarrollo de la tabla peridica se dio un avance importante en la comprensin de la unin de los tomos para la formacin de molculas y compuestos. Recordemos que los electrones son la base de las propiedades qumicas de los elementos, es decir, cuando un tomo reacciona con otro lo hace mediante la interaccin de sus electrones ms externos, los electrones de valencia. Estos electrones son los que se ubican en el nivel de energa ms alto, por ejemplo, el sodio (Na) y el flor (F) con nmeros atmicos 11 y 9, tienen uno y siete electrones de valencia, respectivamente, como se aprecia en sus configuraciones electrnicas: Los electrones de valencia son los que interactan en la unin de los tomos. Por ello, los qumicos utilizamos una simbologa de puntos o cruces que identifican a cada uno de los elementos con sus electrones de valencia; a estos se les conoce como smbolos de Lewis. En el caso del litio y el flor sus smbolos de Lewis seran: Como vimos en el punto 1.2.2, los elementos estn agrupados en familias debido a que tienen propiedades fsicas y qumicas muy parecidas, de tal manera que sus configuraciones electrnicas terminan en forma semejante y, por lo tanto, tienen el mismo nmero de electrones de valencia. Los elementos de un grupo familia sern representados de igual manera como se aprecia en la tabla 8. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte26 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Tabla 8. Smbolos de Lewis por familia, de acuerdo con su nmero de electrones de valencia. Como mencionamos anteriormente, un enlace qumico se realiza cuando los electrones de valencia de los tomos interactan, de tal manera que dependiendo de la naturaleza del elemento se puede dar una ganancia o prdida de estos electrones, hasta completar ocho en su nivel ms alto de energa. Esto se conoce como regla del octeto de Lewis. Veamos nuevamente el ejemplo del sodio (Na) y del flor (F): el sodio tiene un electrn de valencia y para completar ocho requiere de otros siete, por lo que este elemento tender a perder ese electrn; por el contrario el cloro tiene siete electrones y slo requiere de uno ms, para completar sus ocho, esto lo hace ganando un electrn. Ahora, ambos elementos tienen 8 electrones en su nivel ms alto de energa, adquiriendo la configuracin electrnica del nen, un gas noble. Los elementos al combinarse pierden o ganan electrones adquiriendo la configuracin electrnica de un gas noble. Estos gases no reaccionan fcilmente, porque tienen una Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte27 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica configuracin electrnica muy estable, y se conocen pocos compuestos de estos elementos. Un tomo al perder o ganar electrones formar iones positivos o negativos. As, un tomo que ha perdido electrones tendr una carga positiva (catin), y un tomo que ha ganado electrones tendr una carga negativa (anin). Como se aprecia en la figura 1, el tomo de litio se convierte en una partcula con carga positiva (catin) al perder su electrn de valencia; mientras que el tomo de flor al ganar un electrn adquiere una carga negativa (anin). Si ubicamos a ambos elementos en la tabla peridica, encontraremos que el litio se localiza en el grupo IA y el flor en el grupo VIIA, el primero es un metal y el segundo un no metal, y de acuerdo con su valor de electronegatividad, tendremos que el flor es ms electronegativo que el sodio. Qu puedes deducir de estas observaciones? Los metales, ganan o pierden electrones? Y viceversa, los no metales, ganan o pierden electrones? Por tanto, los elementos ms electronegativos (no metales) tendern a ganar electrones y los elementos menos electronegativos o electropositivos (metales) perdern electrones. Hoy sabemos que las propiedades de los compuestos dependen en gran medida de la naturaleza de los elementos que lo constituyen, pero tambin del tipo de enlace que establecen. Esto hace que el estudio de los enlaces qumicos sea de gran importancia para comprender mejor el comportamiento de la materia. Para ello, los enlaces qumicos se han clasificado en tres categoras: inico, covalente y metlico. Pero, cmo se forman?, qu caracterstica tiene cada uno de ellos?, qu propiedades le confieren a sus compuestos? 1.4.1. Enlace inico, covalente y metlico Te has preguntado, por qu los vendedores ambulantes de nieve le agregan sal de cocina al hielo?, qu caracterstica especial contiene la sal que hace que la temperatura del hielo descienda? Parte de las respuestas a las anteriores preguntas radica en que la sal contiene un tipo de enlace llamado inico. El enlace inico consiste en la atraccin electrosttica entre tomos con cargas elctricas de signo contrario. Este tipo de enlace se establece entre tomos de elementos poco electronegativos (electropositivos) con elementos muy electronegativos. Es necesario que uno de los elementos ceda electrones (catin) y el otro los acepte (anin); este tipo de enlace se realiza entre un metal (electropositivo) y un no metal (electronegativo). Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte28 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Por ejemplo, al reaccionar los elementos sodio y cloro, para formar el cloruro de sodio (NaCl), el sodio pierde un electrn para transferrselo al cloro, y por tanto este ltimo lo gana. Al llevarse a cabo esa prdida y ganancia de electrones se forman iones con cargas opuestas, catin y anin, que mediante atracciones electrostticas se unen formando el llamado enlace inico, como se aprecia en la siguiente animacin. Los tomos, al unirse, liberan o absorben energa. Se dice que cuando una reaccin libera energa se denomina exotrmica, y por el contrario, cuando la absorbe, endotrmica. Observa el siguiente video, en el que se muestra la reaccin entre sodio y cloro para la formacin de cloruro de sodio; es exotrmica o endotrmica la reaccin?, qu esperas que suceda con la temperatura; que aumente o disminuya? Por lo general, las reacciones entre un metal y un no metal son bastante violentas, es decir, exotrmicas, ya que liberan una gran cantidad de energa. Durante la formacin de un compuesto inico, los iones positivos y los iones negativos se acomodan (empaquetan) en un patrn regular repetitivo que equilibra las fuerzas de atraccin y repulsin entre ellos. La fuerte de atraccin de iones positivos y negativos genera una red cristalina, la cual es una organizacin geomtrica tridimensional de partculas. En dicha red, cada in positivo est rodeado de iones negativos y cada uno de estos a su vez, est rodeado de iones positivos (Dingrando, 2003). Este empaquetamiento forma un cristal inico (figura 4), con igual geometra a nivel microscpico y macroscpico. Los compuestos inicos son slidos cristalinos, constituidos por redes tridimensionales de iones. A este respecto, se denomina nmero de coordinacin de un cristal al nmero de iones de un mismo signo que rodea a otro de signo contrario y se sita a una distancia mnima. La fuerza que mantiene unidos a los elementos que forman un enlace inico, va a depender de la distancia entre sus ncleos. Esta fuerza est dada por la ecuacin: F = K (Q1.Q2/r02) Donde K = constante; Q1 y Q2 son las cargas de los iones y r0 la distancia interatmica una vez enlazados los tomos. Al comparar los radios atmicos esperaramos que la fuerza de enlace del fluoruro de litio, LiF, fuera mayor que la del yoduro de litio, LiI, ya que la distancia de enlace ser mayor en el segundo caso por poseer el yodo (I) mayor radio atmico que el flor (F), como se aprecia en la figura: Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte29 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Radio atmico de los elementos Por otra parte, la cantidad de energa que liberan estos compuestos al formarse, est directamente relacionada tambin con la fuerza de su enlace; esta energa es denominada energa reticular (U). As, cuanto mayor sea la energa reticular al formarse un enlace inico, mayor fortaleza tendr el enlace. La energa reticular es inversamente proporcional a la distancia interatmica, como se aprecia en la siguiente ecuacin: U = K (Q1Q2/r0) Es de esperarse que los compuestos formados por elementos con menor radio atmico, presenten mayor energa reticular y por ende mayor fuerza en su enlace. Esta fuerza confiere a los compuestos inicos propiedades fsicas caractersticas. Debido a que los enlaces inicos son relativamente fuertes, los cristales generados requieren de una gran cantidad de energa para dividirse (Dingrando, 2003). Por lo tanto, los compuestos inicos tendrn altos puntos de fusin y de ebullicin, como se muestra en la tabla 9. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte30 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica CompuestoPunto de fusin (C)Punto de ebullicin (C) NaI6601304 KBr7341435 NaBr7471390 CaCl2782>1600 CaI27841100 NaCl8011413 MgO28523600 Tabla 9. Puntos de fusin y de ebullicin de algunos compuestos inicos (Dingrando, 2003) Los compuestos inicos, a pesar de la presencia de los iones, no son conductores de la electricidad. Sin embargo, en estado lquido (fundidos), o cuando se disuelven en agua, los compuestos inicos son excelentes conductores elctricos, porque sus iones se mueven libremente. El enlace covalente se caracteriza porque hay comparticin de electrones, entre los tomos involucrados. Este tipo de enlace se presenta al unirse dos no metales, los cuales estn relativamente cerca en la tabla peridica y, por lo tanto, sus valores de electronegatividad no son muy diferentes, en comparacin con los que forman el enlace inico. Al compartir electrones, cada tomo completa su octeto, adquiriendo la configuracin electrnica de un gas noble. Por ejemplo, la molcula de flor est constituida de dos tomos del mismo elemento: Como se puede observar, cada tomo de flor aporta un electrn para formar el enlace. Esta comparticin permite que cada uno de los tomos complete su octeto, es decir, cada tomo queda rodeado por ocho electrones. Debido a que los tomos son iguales en estas molculas y su diferencia de electronegatividad sera igual a cero, su tipo de enlace se denomina: enlace covalente simple o no polar. Otros ejemplos de molculas diatmicas como el flor, seran: el hidrgeno, el oxgeno, el nitrgeno, el cloro y el bromo, entre otras. En las cuales, excepto el hidrgeno, al compartir electrones completan su octeto; es importante sealar que algunos de ellos comparten ms de un electrn, como es el caso del oxgeno y del nitrgeno, formando dobles y triples enlaces, respectivamente. H-H O=ON - NCl-Cl Br-Br Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte31 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Sin embargo, cuando dos tomos diferentes comparten un par de electrones se forma un enlace en el que los electrones se comparten de manera desigual. Un tomo asume una carga parcial positiva y el otro una carga parcial negativa. Esta diferencia de carga se debe a la electronegatividad de cada uno de los elementos involucrados. En el cloruro de hidrgeno, el cloro y el hidrgeno comparten un par de electrones; sin embargo, al ser el cloro ms electronegativo, ejerce mayor atraccin por los electrones compartidos que el hidrgeno. Como resultado, el par de electrones se desplaza hacia el tomo de cloro, lo que da una carga parcial negativa y hace que el tomo de hidrgeno quede con una carga parcial positiva, generando en la molcula la formacin de dos polos. A este tipo de unin se le conoce como enlace covalente polar Distribucin de cargas en la molcula de HCl La diferencia de cargas en una molcula se conoce como dipolo. Esta diferencia hace que este tipo de compuestos tenga cargas opuestas en dos puntos de su molcula.En este momento podramos tener confusin entre el enlace inico y el enlace covalente polar, debido a la presencia de cargas. Para ello, Linus Pauling elabor una escala relativa a la electronegatividad en la que al elemento ms electronegativo, el flor, le fue asignado un valor de 4.0, mientras que al elemento menos electronegativo, el francio, un valor de 0.7. En este sentido, podemos ver que los no metales son ms electronegativos respecto a los metales (electropositivos). Mientras mayor sea el valor de electronegatividad, mayor ser la atraccin por los electrones. Pero, cmo sabemos si un enlace es inico o covalente polar? Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte32 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Valores de electronegatividad segn Linus Pauling Se dice que un enlace es inico cuando la diferencia de electronegatividad entre los tomos enlazados es de 2.0 o ms, y por ende, un enlace covalente polar tendr un valor menor a 2.0. Entonces, qu tipo de enlace tendrn los compuestos NaCl y HCl, de acuerdo con la escala de Pauling? Avergualo calculando la diferencia de electronegatividades que presentan los tomos involucrados en cada uno de los compuestos. Veamos un ejemplo: si comparamos los compuestos de bromuro de potasio (KBr) y bromuro de hidrgeno (HBr), veremos que el primero, al presentar una diferencia de electronegatividad de 2.0, le correspondera un enlace de tipo inico, mientras que el segundo, al tener una diferencia de 0.7, le sera asignado un enlace covalente polar.KBr 2.8 0.8 = 2.0 enlace inicoHBr 2.8 2.1 = 0.7 enlace covalente polar Sin embargo, la escala de Pauling a pesar de que nos indica una tendencia hacia uno u otro tipo de enlace, no permite hacer una divisin exacta entre ambos, de tal manera que algunos enlaces covalentes polares tendern a ser inicos y viceversa, algunos inicos tendrn tendencia a comportarse como covalentes polares. Este es el caso de compuestos como el yoduro de potasio (KI), cuya diferencia de electronegatividades ser de 1.7, lo que indica que su enlace es covalente polar, aunque su composicin sea la de un inico (no metal-metal). En este caso se dice que es un compuesto inico con carcter covalente polar. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte33 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica En los compuestos predominantemente covalentes, los enlaces entre sus tomos no son tan fuertes como los inicos y mucho menos los establecidos entre sus molculas. Como resultado, los compuestos covalentes tendrn puntos de fusin y de ebullicin inferiores a los de los compuestos inicos. La fortaleza de un enlace covalente, al igual que los inicos, va a depender de la distancia que separa los ncleos enlazados. Esta distancia se denomina longitud de enlace y est determinada por el radio atmico y el nmero de pares de electrones que se comparten. La longitud en un enlace simple ser mayor a la presente en un enlace doble y sta a su vez, respecto a un enlace triple. Por ejemplo, la longitud de enlace en el F2 es de 1.43x10-10m, en el O2 es de 1.21x10-10 m y en el N2 es de 1.10x10-10 m. Esto es debido a que en el flor existe un enlace sencillo, en el oxgeno un doble enlace y en el nitrgeno un triple enlace. De aqu, podemos deducir que a medida que el nmero de pares de electrones aumenta, la longitud de enlace disminuye. Cuanto ms corta es la longitud de enlace, la fuerza del enlace es mayor. La cantidad de energa necesaria para romper un enlace covalente, se denomina energa de disociacin de enlace. Esta energa indica la fortaleza del enlace qumico, debido a que existe una relacin indirecta entre la energa de enlace y la longitud de enlace. Cuando dos tomos que se enlazan estn muy cerca, tienen una longitud de enlace pequea, y por lo tanto, se necesita mayor cantidad de energa de enlace para separarlos. Las propiedades fsicas de un compuesto covalente, adems de la energa de disociacin, tambin van a depender de la geometra de su molcula. Al unirse dos tomos mediante un enlace covalente, la repulsin entre los electrones hace que los tomos se mantengan lo ms alejados posible. La geometra que finalmente adopta la molcula, es aquella en la que la repulsin entre los electrones es mnima. Este enfoque para estudiar la geometra molecular se llama Teora de Repulsin de los Pares Electrnicos de la Capa de Valencia (TRPECV). La repulsin entre los pares de electrones de una molcula da como resultado tomos que se encuentran en ngulos fijos entre s. Para ello, se toma de referencia el tomo central, que es cualquier tomo que est unido a ms de un tomo distinto. El ngulo formado por dos tomos perifricos y el tomo central, se denomina ngulo de enlace. Los ngulos de enlace predichos por el TRPECV se sustentan en evidencias experimentales. Los pares de electrones compartidos se repelen entre s. Sin embargo, los pares de electrones no compartidos tambin son importantes para determinar la forma de la molcula. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte34 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica De esta manera la TRPECV, nos indica que la estructura ms estable de una molcula es cuando las regiones de elevada densidad electrnica sobre el tomo central estn lo ms separadas posible. Por ejemplo, dos regiones de elevada densidad electrnica tienen la mxima estabilidad situadas a lados opuestos del tomo central (disposicin lineal). Tres regiones de elevada densidad electrnica son ms estables cuando se disponen en los vrtices de un tringulo equiltero (disposicin plano trigonal). As es cmo dependiendo de las densidades electrnicas presentes, los compuestos covalentes van adquiriendo las diversas disposiciones geomtricas presentadas en la siguiente figura. Hasta ahora hemos visto cmo se enlazan los metales con los no metales y los no metales entre s. Pero cmo se enlazan los metales? Qu caractersticas presentan estas sustancias? Los tomos de los metales se ordenan en el espacio formando redes metlicas parecidas a las redes cristalinas de los compuestos inicos. Los electrones de valencia se mueven a travs de los tomos, por lo que se dice que hay una transferencia continua de electrones de un tomo a otro; a este tipo de unin se le conoce como enlace metlico.En la actualidad existen dos teoras que explican cmo es que se realiza el enlace metlico: el Modelo de la nube electrnica y la Teora de bandas. Segn el modelo de la nube electrnica, los elementos metlicos al ceder sus electrones forman una nube o mar de electrones en la que estn inmersos todos los tomos del metal. Esta nube permite el libre movimiento de los electrones a travs de los tomos. De esta manera, el enlace metlico resulta de las atracciones electrostticas entre los iones positivos de los metales y los electrones que se mueven a travs de ellos. Es importante mencionar, que los tomos de los metales en este tipo de unin no son propiamente iones, ya que los electrones an estn dentro de la red y pertenecen a todos los tomos del metal. Es decir, no hay ganancia ni prdida de electrones como en el enlace inico, ni comparticin de electrones como en el enlace covalente. En el enlace metlico, los electrones viajan libremente a travs de la red cristalina. El movimiento de estos electrones hace que los metales sean buenos conductores del calor y la electricidad. Una importante caracterstica que distingue a los metales es que, en estado slido, conducen el calor y la electricidad; los slidos con enlaces inicos y covalentes no la conducen. El modelo de la nube electrnica a pesar de ser muy sencillo, nos permite explicar algunas propiedades de los metales, como la conductividad, aunque nos limita al tratar de comprender la diferencia en cuanto a conductividad de algunos metales. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte35 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Por otra parte, la teora de bandas establece que cuando dos tomos se enlazan, los orbitales de la capa de valencia se combinan para formar dos orbitales nuevos, uno que se denomina enlazante (de menor energa) y otro antienlazante (de mayor energa). En el caso de combinarse tres tomos se formarn tres orbitales, cuya diferencia de energa ser menor que en el caso anterior. As, a mayor nmero de tomos enlazados se formar un mayor nmero de orbitales moleculares, llamada banda, con una diferencia de energa mnima. Esto mismo ocurre en los metales, los cuales al unirse combinan sus orbitales atmicos para formar una gran molcula (red metlica), en la que los orbitales moleculares resultantes, debido a su gran cercana, forman dos bandas. La primera, en la que se localizan los electrones de valencia llamada banda de valencia y la otra, vaca, denominada banda de conduccin. Ambas bandas estn muy cercanas o traslapadas. Por ello, en los metales al estar la banda de valencia llena o parcialmente llena, los electrones pueden pasar fcilmente a la banda de conduccin y moverse libremente, permitiendo la conductividad del calor y la electricidad. Caso contrario ocurre en los aislantes, en los que a pesar de que la banda de valencia est completa y la banda de conduccin vaca, no hay conductividad elctrica, debido a que existe una diferencia importante de energa entre ambas bandas (zona prohibida), lo que impide el salto de electrones de una a otra. En el caso de un semiconductor, la separacin entre las bandas no es tan grande y algunos electrones pueden saltar a la banda de conduccin, as como presentar cierto grado de conductividad. De esta manera es cmo la teora de bandas explica la diferencia de conductividad entre los metales. Existe en los metales una gran fuerza de cohesin debido a la deslocalizacin (movimiento) de los electrones, la cual les confiere una gran resistencia. En comparacin con los cristales inicos, los cristales metlicos no sufren rotura, sino deformaciones que les permiten ser maleables y dctiles. Esto es, los tomos se deslizan unos sobre otros, antes de romperse. El alto ndice de coordinacin (nmero de tomos alrededor de otro) de los metales da lugar a fuertes empaquetamientos. Los metales son, por ello, bastante densos. La densidad ser mayor en los compuestos metlicos cuyos iones positivos sean de menor tamao y mayor carga. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte36 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Cuanto mayor sea la energa para romper los enlaces, ms altos sern los puntos de fusin y de ebullicin. La mayora de los metales suelen tener altas temperaturas de fusin y ebullicin (tabla 10), siendo ms altos cuanto mayor sea la carga de los iones y menor su tamao. ElementoPunto de fusin (C)Punto de ebullicin (C) Litio1801347 Estao2322623 Aluminio6602467 Bario7271850 Plata9612155 Cobre10832570 Tabla 10. Puntos de fusin y de ebullicin de algunos metales (Chang, 2007) 1.5.Compuestos inorgnicos Como habamos visto en el tema 1.1, los compuestos son sustancias que no pueden separarse en sus componentes pormedios fsicos, requieren forzosamente de una reaccin qumica para descomponerse. De acuerdo a su composicin, los compuestos qumicos pueden clasificarse para su estudio en dos grandes grupos: los compuestos inorgnicos y los compuestos orgnicos, estos ltimos tambin son conocidos como los compuestos del carbono. As, los compuestos inorgnicos son aquellos que no presentan carbono en su molcula, a menos de que se encuentre bajo la forma de CO, CO2, carbonatos o bicarbonatos. Las caractersticas de los compuestos inorgnicos pueden resumirse en los siguientes puntos: Presentan cualquier tipo de enlace: inico, metlico y covalente. Se conocen aproximadamente unos 500 000 compuestos.Son, en general, termo estables, es decir, resisten la accin del calor, y slo se descomponen a temperaturas superiores a los 700C. Tienen puntos de ebullicin y de fusin elevados. Muchos son solubles en H2O y en disolventes polares. Fundidos o en solucin son buenos conductores de la corriente elctrica (son llamados electrlitos). Las reacciones en las que participan son generalmente instantneas, sencillas e inicas. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte37 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Para poder avanzar en el estudio de cualquier fenmeno, debemos poder describirlo de la mejor manera con las palabras adecuadas. Ahora que conocemos un poco de los tipos de enlace y las propiedades de los compuestos inorgnicos,es indispensable saber cmo nombrar estos compuestos para hacer significativo nuestro conocimiento en qumica inorgnica. 1.5.1. Nomenclatura Resulta difcil transmitir nuestras ideas sin poseer un lenguaje propio. Esta problemtica era comn en la qumica, pues existan diferentes formas para comunicar una misma cosa. Incluso hoy en da, puedes adquirir en la tlapalera sosa o cido muritico pues son compuestos qumicos muy utilizados en la limpieza del hogar, sin embargo, los nombres con los que son conocidos de manera internacional en el mundo cientfico son hidrxido de sodio y cido clorhdrico. John Dalton fue uno de los primeros investigadores que trataron de solventar esta dificultad, unificando los smbolos qumicos utilizados por los cientficos. Sin embargo, Berzelius fue quien finalmente propuso los smbolos de los elementos que se utilizan en la actualidad, para ello tom una o dos letras del elemento en idioma latn o alemn. Los smbolos qumicos que utilizamos para representar a los elementos, son aprovechados pararepresentar sustancias qumicas, las cuales estn formadas por varios elementos y en muchas ocasiones, los mismos elementos dan origen a ms de un compuesto qumico, dependiendo de la proporcin en que se encuentren. Con el propsito de representar a estas sustancias, los investigadores utilizan una simbologa denominada frmula qumica, en la que adems de los smbolos de los elementos, se utilizan nmeros. Mediante una frmula qumica se puede obtener informacin respecto al tipo de elementos que conforman el compuesto qumico, tambin es posible saber la relacin de combinacin de los elementos del compuesto qumico y cul es el tipo de compuesto que se representa con la frmula qumica. Como podrs observar, la Qumica es una ciencia que tiene un lenguaje propio, el cual es importante adquirir para comprender los conocimientos y fenmenos estudiados por esta disciplina. Ahora, vayamos a revisar los principios que rigen esta rama de la qumica, denominada nomenclatura. En la actualidad se aceptan tres tipos de nomenclatura para nombrar compuestos qumicos inorgnicos: Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte38 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Nomenclatura sistemtica: se utilizan prefijos para indicar el nmero de tomos involucrados en el compuesto (mono, di, tri, tetra, etc.).Nomenclatura IUPAC: en este caso, cuando el elemento que forma el compuesto tiene ms de un nmero de oxidacin, se indica en nmeros romanos al final y entre parntesis. Nomenclatura tradicional: aqu se nombra el nmero de oxidacin del elemento que forma el compuesto, con una serie de prefijos y sufijos:Cuando slo tiene una valencia se usa el sufijo -ico.Cuando tiene dos valencias diferentes se usan (de menor a mayor valencia):-oso-icoCuando tiene tres distintas, se usan (de menor a mayor):hipo- -oso-oso-icoCuando tiene cuatro, se utilizan (de menor a mayor):hipo- -oso-oso-icoper- -ico Para estar en resonancia con lo establecido a nivel internacional por la IUPAC, (International Union of Pure and Applied Chemistry, Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada) en esta asignatura revisaremos la nomenclatura respaldada por esta organizacin internacional. 1.5.2. Compuestos inicos, moleculares y cidos De manera general podemos clasificar a los compuestos inorgnicos en tres grandes grupos de acuerdo a su composicin qumica: Inicos, estn constituidos por un anin y un catin. Moleculares, estn compuestos slo por elementos no metlicos. cidos, presentan en su frmula qumica por lo menos un tomo de hidrgeno y uno o ms no metales. Compuestos inicos Para nombrar a los compuestos inicos, debemos tomar en cuenta si el anin y el catin son monoatmicos o poliatmicos. En el caso de los monoatmicos, debemos saber que los metales al adquirir una carga positiva en la molcula, sern los cationes y se Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte39 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica nombrarn igual que el elemento del cual provienen. Los no metales adquirirn una carga negativa por lo que sern los aniones y al ser nombrados adquirirn la terminacin -uro. En este caso, se nombra primero el anin, seguido de la palabra de, terminando con el nombre del catin, por ejemplo: NaIyoduro de sodio Un anin especial es el O2- pues sus compuestos reciben el nombre de xidos, iniciando con este sustantivo el nombre del compuesto, seguido de la palabra de y terminando con el nombre del catin. Li2O xido de litio Tambin necesitamos tomar en cuenta si los metales tienen ms de un estado de oxidacin, en el caso de los metales alcalinos y alcalinotrreos slo presentan un estado de oxidacin, pero en el caso de los metales de transicin pueden tener ms de un estado de oxidacin, como en el caso del hierro. En estos compuestos, despus del nombre del catin, se indica su nmero de oxidacin en nmeros romanos encerrados por parntesis: FeI2yoduro de hierro (II) Si los iones son poliatmicos, reciben un nombre especfico, en el caso de los cationes poliatmicos, slo existe el NH4+ conocido como amonio, mientras que los aniones, algunos de los ms comunes son mencionados a continuacin: C2H3O2- acetato CO32- carbonato HCO3- bicarbonato CrO42- cromato Cr2O72- dicromato CN- cianuro OH- hidrxido NO2- nitrito NO3- nitrato MnO4- permanganato PO43- fosfato SO32- sulfito SO42- sulfato Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte40 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Con los iones poliatmicos se procede de la misma manera que con los monoatmicos, mencionando primero el anin, luego la palabra de y terminamos con el nombre del catin. Cabe mencionar que podemos encontrar cationes monoatmicos unidos a aniones poliatmicos y viceversa, cationes poliatmicos con aniones monoatmicos: NH4C2H3O2acetato de amonio NaHCO3bicarbonato de sodio NH4Clcloruro de amonio Compuestos moleculares Los compuestos moleculares son compuestos con dos tipos de tomos, ambos no metlicos. En la frmula qumica se escribe primero el smbolo del elemento menos electronegativo y luego el del elemento ms electronegativo. Para nombrarlos debemos mencionar primero el tomo ms electronegativo como anin, es decir, en caso del oxgeno se nombra como xido, en el caso del florse menciona como fluoruro. Este nombre ir precedido por el prefijo griego que indique el nmero de tomos del elemento ms electronegativo, es decir: Un tomo mono Dos tomos di Tres tomostri Cuatro tomos tetra Cinco tomos penta Seis tomoshexa A continuacin sigue la palabra de seguida por el nombre del elemento menos electronegativo, precedida por el prefijo que indique el nmero de tomos presentes en la molcula. En este caso, slo se indicar el prefijo si el nmero de tomos es mayor a 1. Por ejemplo: BrFmonofluoruro de bromo NCl3 tricloruro de nitrgeno Cl2O3trixido de dicloro Compuestos cidos, en este tipo de compuestos el elemento que est siempre formando parte de la molcula es el hidrgeno, se le considera en su forma catinica H+ y puede formar compuestos con aniones monoatmicos, de esta manera los compuestos Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte41 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica obtenidos se nombran iniciando con la palabra cido seguida del nombre del anin con terminacin hdrico: HClcido clorhdrico Si el in H+ se une a algn polianin con algn tomo de oxgeno, entonces tambin iniciamos el nombre del compuesto con la palabra cido seguida del nombre del polianin con terminacin oso si el nombre del anin termina originalmente en ito, o bien si el nombre del anin termina en ato, en el cido la terminacin ser ico: Nombre del inFrmula del cidoNombre del cido SulfatoH2SO4cido sulfrico SulfitoH2SO3cido sulfuroso Los subndices en las frmulas Algo que debiste notar en algunos compuestos es que cuando trabajamos con iones, la carga del anin es el subndice del catin en el compuesto y viceversa, la carga del catin es el subndice del anin en el compuesto en valor absoluto; cuando la carga es 1+ o 1- no se indica como subndice en el compuesto, por ejemplo: Na2SO4 El anin SO42- presenta carga 2- por lo que 2 es el subndice del catin, como el catin presenta carga 1+, no se indica como subndice del anin. Mg (OH)2 El anin OH- presenta carga 1-, por lo que 1 es el subndice del catin y no se indica, en el caso del catin Mg2+, presenta carga 2+ por lo que en nmero 2 es el subndice del anin OH- y para indicar que afecta a cada tomo del polianin, ste se encierra entre parntesis y el subndice se coloca fuera del parntesis. De esta manera ya tienes un panorama general de cmo nombrar a los compuestos qumicos y con ello identificar qu elementos qumicos los componen y en qu proporcin, adems puedes saber si es un cido oun xido, algo que te dar una idea de su reactividad, tema que vers en la Unidad 3 de la asignatura. Ciencias Exactas, Ingenieras y Tecnologa | Logstica y Transporte42 Qumica Unidad 2. Qumica inorgnica Cierre de la unidad Terminamos la unidad uno de la asignatura de qumica, en estos momentos ya debes saber cul es la diferencia entre sustancia ymezcla, cmo podemos aprovechar las propiedades fsicas de las sustancias para purificarlas y qu es lo que diferencia a un enlace inico de uno covalente o de uno metlico. Tambin debes saber cmo utilizar estas propiedades fsicas y qumicas en el manejo y transporte adecuado de las sustancias. Te invitamos a realizar la evidencia de aprendizaje para que plasmes en un documento lo que has aprendido en esta unidad. Fuentes de consulta Aguilar Sahagn, G., Salvador, C. J., y Flores Valds, J. (1997). Una ojeada a la materia. Mxico, Fondo de Cultura Econmica.Andrs, Dulce Mara. et l. (2008). Fsica y Qumica 1o Bachillerato. Espaa: EditexBrady, J. E. (2003). Qumica Bsica principios y estructura. Mxico, Limusa Wiley.Bulbulian, S. (1996). La radiactividad. Mxico, Fondo de Cultura Econmica.Chang, R. (2006). Qumica. 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