Química Fundamental: Nomenclatura Inorgánica, Prácticas de Laboratorio y Reacciones Ácido-Base

Formulación Inorgánica: Conceptos Fundamentales y Nomenclatura

A continuación, se presenta una tabla de valencias comunes para diversos elementos, fundamental para la formulación inorgánica:

• Valencia +1: H(+/-1), Li, Na, K, Rb, Cs, Ag.
• Valencia +2: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd.
• Valencia +3: B, Al, Tl, Ga, Bi.
• Valencias +1, +2: Cu, Hg.
• Valencias +1, +3: Au.
• Valencias +2, +3: Fe, Co, Ni.
• Valencias +2, +3, +4, +6, +7: Mn (+2, +3, +4, +7), Cr (+2, +3, +6), Mo (+2, +3, +4, +5, +6).
• Valencias +2, +4: Sn, Pb, Pt.
• Valencias +/-4: C (+2, +/-4), Si.
• Valencias +/-3, +5: N (+1, +2, +3, +4, +5), P (+1, +3, +5), As, Sb.
• Valencias +/-2, +4, +6: O (siempre -2), S, Se, Te.
• Valencias +/-1, +3, +5, +7: F (siempre -1), Cl, Br, I.

Prefijos de Nomenclatura

Los prefijos se utilizan para indicar el número de átomos de un elemento en un compuesto:

• Mono- (1)
• Di- (2)
• Tri- (3)
• Tetra- (4)
• Penta- (5)
• Hexa- (6)
• Hepta- (7)

Sufijos de Nomenclatura

Los sufijos se utilizan para indicar el estado de oxidación o valencia del elemento central, especialmente en la nomenclatura tradicional:

• Hipo...oso / ...oso / ...ico / Per...ico: Para elementos con múltiples valencias.
• Una valencia: Se usa el sufijo -ico.
• Dos valencias: Se usan -oso (para la menor) e -ico (para la mayor).
• Tres valencias: Se usan Hipo...oso (menor), -oso (intermedia), -ico (mayor).
• Cuatro valencias: Se usan Hipo...oso (menor), -oso (segunda), -ico (tercera), Per...ico (mayor).

Tipos de Compuestos y Nomenclatura

Hidruros

Ejemplo: FeH₂ (Dihidruro de hierro).

• En estos compuestos, el hidrógeno actúa con valencia -1.
• Se nombra con la palabra"hidrur" seguida del nombre del metal correspondiente.
• El hidrógeno se coloca a la derecha en la fórmula.

Óxidos

Ejemplo: Cr₂O₃ (Trióxido de dicromo).

• En óxidos básicos (formados con un metal), se intercambian las valencias del metal y del oxígeno, y si es posible, se simplifican.
• En los óxidos ácidos (formados con un no metal), en la nomenclatura tradicional, se les llama anhídridos.

Sales Binarias

Ejemplo: FeBr₃ (Bromuro férrico).

• El elemento más electronegativo se coloca a la derecha en la fórmula.
• Se nombra con el sufijo -uro para el elemento más electronegativo, seguido del nombre del otro elemento.

Hidróxidos

Ejemplo: Cr(OH)₂ (Dihidróxido de cromo).

Oxoácidos

Ejemplo: H₂SO₄ (Ácido sulfúrico).

Oxisales

Ejemplo: Fe₂(SO₄)₃ (Sulfato férrico).

Técnicas de Laboratorio y Estequiometría

Conservación de la Masa y Estequiometría

Ley de Conservación de la Masa

En toda reacción química, la masa no cambia; la suma de la masa de los reactivos es igual a la de los productos.

Práctica de Laboratorio: Reacción de Precipitación

Materiales

• Tres vidrios de reloj
• Pipeta / Probeta
• Dos vasos de precipitados
• Embudo
• Papel de filtro
• Tres vasos de precipitados (repetido, se asume que es un error y se mantiene para no eliminar contenido)

Sustancias

• Nitrato de plomo: Pb(NO₃)₂
• Yoduro potásico: KI

Peligrosidad

Las sustancias son comburentes y nocivas.

Procedimiento

1. Prepara 20 ml de una disolución de Pb(NO₃)₂ con una concentración de 18 g/L.

• Cálculo de masa del soluto: g/L = masa del soluto / volumen de disolución → 18 g/L = masa del soluto / 0.02 L → masa del soluto = 0.36 g.

Prepara 40 ml de una disolución de KI con una concentración de 9 g/L.

• Cálculo de masa del soluto: g/L = masa del soluto / volumen de disolución → 9 g/L = masa del soluto / 0.04 L → masa del soluto = 0.36 g.

Mezcla ambas disoluciones y anota lo que ocurre: La mezcla se vuelve de color amarillo. Construye un filtro y pésalo: 1.83 g. Filtra el precipitado producido. Deja secar el precipitado. Una vez seco, vuelve a pesar el filtro con el precipitado.

• Masa del precipitado final: 2.27 g (filtro + precipitado) - 1.83 g (filtro) = 0.44 g.

Cálculos Teóricos y Análisis de Resultados

Reacción Química

Escribe la reacción y ajústala: Pb(NO₃)₂ + 2KI → 2KNO₃ + PbI₂.

El precipitado obtenido corresponde al Yoduro de Plomo (PbI₂).

Cálculo de Masas y Moles

• Para el Nitrato de Plomo (Pb(NO₃)₂):

  Con los datos del volumen y concentración de la disolución de nitrato de plomo, calcula la masa y los moles de nitrato de plomo que había en ella.

  • Masa: 18 g/L = masa del soluto / 0.02 L → masa del soluto = 0.36 g.
  • Moles: n = 0.36 g / 331.2 g/mol → n = 0.0011 mol.
• Para el Yoduro Potásico (KI):

  Con los datos de volumen y concentración de la disolución de KI, calcula la masa y los moles de KI que había en la disolución.

  • Masa: 9 g/L = masa del soluto / 0.04 L → masa del soluto = 0.36 g.
  • Moles: n = 0.36 g / 166 g/mol → n = 0.0021 mol.

Observamos que las cantidades de reactivos están en proporciones casi estequiométricas, con el doble de moles de KI respecto a Pb(NO₃)₂, lo cual es consistente con la ecuación balanceada.

Se espera que se formen los mismos moles de PbI₂ que los moles iniciales de Pb(NO₃)₂.

¿Qué masa de PbI₂ se espera obtener teóricamente?

• Masa de PbI₂ = 1 mol * 461 g/mol = 0.461 g.

La masa teórica (0.461 g) no coincide con la masa obtenida experimentalmente (0.44 g). La diferencia se atribuye a la pérdida de sustancia que pudo quedar adherida a las paredes del vaso o durante el proceso de filtrado.

Reacciones Ácido-Base y Titulación

¿Qué son las Sustancias Ácidas y Básicas?

Ácidos

Los ácidos presentan las siguientes propiedades:

• Colorean de rojo el papel indicador.
• Dejan incolora la fenolftaleína.
• Producen efervescencia con carbonatos, desprendiendo CO₂.
• Producen efervescencia con muchos metales, desprendiendo H₂.
• Tienen sabor ácido.
• Son corrosivos.

Son ácidos todos los oxoácidos, los hidruros (sobre todo los de no metales), y las sustancias orgánicas que poseen el grupo -COOH (carboxilo).

Bases

Las bases presentan las siguientes propiedades:

• Colorean de azul el papel indicador.
• Colorean la fenolftaleína de rosa.
• No reaccionan con metales ni con carbonatos.
• Son corrosivas.

Son bases todos los hidróxidos y el amoniaco (NH₃).

Neutralización Ácido-Base

Cuando un ácido y una base reaccionan, pierden sus propiedades características.

Definición de Neutralización

La neutralización es la reacción entre un ácido y una base, donde ambos pierden sus propiedades características para formar una sal y agua.

• Disociación de un Ácido: AH ⇌ A^- + H⁺ (en H₂O)
• Disociación de una Base: BOH ⇌ B⁺ + OH^- (en H₂O)
• Reacción de Neutralización General: Ácido + Base → Sal + Agua (AH + BOH → BA + H₂O)

Escala de pH

• pH = 7: Neutro
• pH > 7: Básico (o alcalino)
• pH < 7: Ácido

Titulación Ácido-Base: Determinación de Concentración

Para determinar la concentración de una disolución de HCl, se puede realizar una titulación utilizando una disolución de concentración conocida de Hidróxido de Sodio (NaOH).

Reacción de Titulación

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Procedimiento de Titulación

1. A la disolución de HCl, se añaden unas gotas de fenolftaleína (indicador). Inicialmente, no aparecerá color.
2. Se introduce la disolución de NaOH de concentración conocida en una bureta.
3. Se deja caer la disolución de NaOH gota a gota sobre el ácido, agitando constantemente.
4. Se observa el cambio de color. Llega un momento en que los moles de la base añadidos serán iguales a los moles del ácido presentes. En este punto, se dice que se alcanza el punto de equivalencia.
5. Si se añade una gota más de base después del punto de equivalencia, habrá un exceso de base y la disolución se pondrá de color rosa (debido a la fenolftaleína en medio básico).

Cálculo de Concentración

La concentración molar (Cm) del HCl se puede calcular a partir de los moles de HCl y el volumen de la disolución:

Cm = n_HCl / V_(L)