sábado, 5 de noviembre de 2011

13 NOMBRANDO LOS ÁCIDOS OXOÁCIDOS

Estos fueron los primeros ácidos en ser descritos, bajo la teoría de Lavoisier todos los ácidos portaban oxígeno, pero posteriormente se dieron cuenta que el ácido clorhídrico no poseía oxígeno. Dado que este tipo de ácidos si porta oxígeno se los denomina oxoácidos u oxiácidos. También reciben el nombre de ácidos ternarios ya que están compuestos por tres elementos, el hidrógeno, el oxígeno y generalmente un elemento no metálico, aunque hay bastantes excepciones en los metales de transición. Los ácidos ternarios son compuestos que se forman a partir de la reacción del agua con los óxidos ácidos o anhídridos.

Elementos del grupo 17 (VII): se forman ácidos oxoácidos con todos los elementos de la columna menos con el flúor, ya que su electronegatividad altera el funcionamiento del oxígeno en la molécula. El astato en estado de oxidación +5 posee dos isómeros posibles denominados antiguamente meta y piro a parte de la isómero "predecible".
Elementos del grupo 16 (VI): se forman ácidos oxoácidos con el azufre, el selenio y el telurio. Con el oxígeno no se genera el ácido respectivo por razones evidentes, mientras que con el polonio no hay ácidos pues se comporta como un metal. A parte de la orientación normal, el telurio +4 posee otros dos isómeros denominadas antiguamente como piro y orto, mientras que en telurio +6 posee el isómero orto. El azúfre por su parte posee tantos isómeros que no se pueden contar con los dedos de una mano y de los cuales solo podemos predecir estructuralmente tres isómeros.
Elementos del grupo 15 (V): Se forman ácidos con el nitrógeno y el fósforo. La gama de ácidos producidos por estos elementos es altamente variable, y pueden llegar a ser vitales, los ácidos derivados del fósforo son vitales para la vida misma, ya que moléculas como el ATP y el ADN son en esencia ácidos del fósforo con modificaciones pesadas.
Elementos del grupo 14 (IV): Se forman ácidos con el carbono y el selenio. El selenio en estado de oxidación +4 puede presentar los isómeros orto y meta.
Elementos del grupo 13 (III): Solo se forman ácidos con el boro ya que el aluminio se comporta como metal y forma el hidróxido respectivo. El boro presenta una amplia gama de isómeros debido a su capacidad de polimerizar.
Elementos del grupo 6: cromo +6 con dos posibles isómeros.
Elementos del grupo 7: manganeso +6 y +7; tecnecio +5 y +7; renio +5 y +7.


13.1 Formula general de los ácidos oxoácidos

La fórmula de los ácidos oxoácidos es relativamente compleja. Y requiere verla desde la perspectiva de una reacción química en términos del modelo de Dalton, es decir, una reorganización de grupos. En cualquiera de los casos, la molécula recibe al menos un grupo hidroxilo, pero este no se comporta como una unidad, por el contrario, el enlace entre el hidrógeno y el oxígeno es muy inestable, lo cual favorece su disociación posterior.

13.1.1 Impares

13.1.1.1 Valencia +1

El primero de los ácidos impares es semejante en estructura a su hidróxido correspondiente. La principal diferencia es que al permanecer en el agua no se despreden los hidróxilos completamente sino solo los hidrógenos. Debido a que el grupo hidroxilo no se comporta como una unidad la formulación de la molécula se organiza de menor a mayor electronegatividad, colocando a la izquierda al hidrógeno, en medio al elemento central que forma el ácido y a la derecha el oxígeno.

13.1.1.2 Valencia +3

Se siguen las mismas reglas, pero aparece una nueva tendencia. Debido a que los óxidos de estados de oxidación +3, +5 y +7 poseen una estructura en la que existe un oxígeno central que vincula dos brazos simétricos, en estos casos generalmente es el oxígeno central el que se pierde. A diferencia de los hidróxidfos, en este tipo de ácidos es compún que solo se reemplace este enlace por un grupo hidroxilo.

13.1.1.3 Valencia +5


13.1.1.4 Valencia +7


13.1.2 Pares

Las valencias pares se caracterizan por la pérdida de uno de los oxígenos, liberando dos enlaces para recibir dos grupos hidroxilo que se acidifican en presencia del oxígeno y el metal formador del ácido. La acidificación puede ser parcial perdiendo un solo hidrógeno o total, perdiendo los dos hidrógenos frente al agua. En nuestro modelo representaremos la acidificación completa, aunque es mas rara que la parcial en términos experimentales.

13.1.2.1 Valencia +2


13.1.2.2 Valencia +4


13.1.2.3 Valencia +6



Las estructuras anteriores es lo esperable para los ejercicios de lápiz y papel de nivel escolar. Uno puede sobrevivir a la mayoría de los exámenes con estas fórmulas estructurales en mente, pero la realidad es un tanto más compleja. Al igual que sucede con los óxidos o con los hidruros se pueden formar estructuras más complejas. Por tal razón haremos una lista de los ácidos comunes y raros a continuación.

13.1.3 Ácidos del cromo


13.1.4 Ácidos del manganeso


13.1.5 Ácidos del tecnecio


13.1.6 Ácidos del renio


13.1.7 Ácidos del boro


Con el boro tenemos nuestra segunda estructura rara, comúnmente todos reciben el nombre de ácido metabórico, pero al polimerizar podemos tener diferentes tipos de ácido metabórico.

13.1.8 Ácidos del carbono


13.1.9 Ácidos del silicio


13.1.10 Ácidos del nitrógeno

En la valencia +1 tenemos un ácido resonante con dos fórmulas estructurales alternantes

13.1.11 Ácidos del fósforo

13.1.12 Ácidos del arsénico


13.1.13 Ácidos del azufre

13.1.14 Ácidos del selenio


13.1.15 Ácidos del telurio


13.1.16 Ácidos del cloro


13.1.17 Ácidos del bromo


13.1.18    Ácidos del yodo



Aunque es verdad que hay más excepciones que concordancias, también hay que destacar que por ácidos predecibles mediante el modelo son los más comunes, los no predecibles son sustancias raras que no se venden con facilidad y se emplean más con fines de investigación. Sin embargo fueron estos ácidos no predecibles una de las principales causas que sepultaron a la nomenclatura sistemática, nombrarlos hubiera requerido de un aumento injustificable en la cantidad de prefijos y sufijos literales, lo cual no es congruente con un sistema que debería mantenerse simple, al menos a este nivel.


13.2 Suma cero de los ácidos oxoácidos

No existe una regla matemática simple comparable a la regla de aspa para formular a los ácidos ternarios. Los métodos formalizables a través de las matemáticas tienen dos inconvenientes perjudiciales:

(1) Son muy complejos de ejecutar en un lapso de tiempo corto.
(2) Distraen de los conceptos químicos al intentar matematizar formalmente un problema de índole estructural.

Hay otros métodos como el tanteo, en el cual se colocan los tres elementos y se adicionan hidrógenos y oxígenos hasta que la cantidad neta de cargas de cero, pero no es un método que pueda formalizarse, ya que se aprende con la práctica. Adicionalmente también distrae del concepto químico que es precisamente el control de las estructuras. En esta serie de artículos y en general si usted está viendo esta materia con su servidor, he de favorecer la escritura de las fórmulas empíricas a través de las fórmulas estructurales, es decir lo que se vio en la primera parte de esta entrada de esta forma simplemente es simplificar la fórmula  estructural a la fórmula empírica.

Debido a que los resultados para los ejercicios estándar son solo 7 y 8 si tomamos en cuenta la estructura del púnico ácido del fósforo que nos importa “H3PO4” tarde o temprano terminará por memorizarse los únicos resultados posibles. Lo que sí es matematizable de forma sencilla es la comprobación de que su fórmula empírica sea correcta, para ello simplemente debe sumar las valencias de cada uno de los elementos de la fórmula estructural y ver que den cero.

13.3 Nomenclatura tradicional

La nomenclatura tradicional de los ácidos oxoácidos es un verdadero problema debido a la existencia de los ácidos no regulares. Generalmente se emplean prefijos como orto, para, meta y piro, pero la normatividad para aplicarlos no es sencilla. Por lo anterior enunciaremos las reglas simples para nombrar los ácidos estándar como los del cloro y el azufre estándar. Recordemos que la nomenclatura tradicional la estudiamos solo como un recordatorio histórico, debido a que se supone que es un tipo de nomenclatura que se encuentra en desuso paulatino, a las nuevas generaciones se les debe inculcar la idea de emplear la nomenclatura sistemática o IUPAC.

La fórmula general para nombrar los ácidos es la siguiente.

13.3.1 Con tres estados de oxidación

La verdad es que no existen elementos que solo formen un solo ácido, así que comenzamos con lo que sucede cuando tenemos dos estados de oxidación.

Con el bromo la cuestión es bastante interesante ya que sus estados de oxidación cambian de unas tablas periódicas a otras. Mi vieja tabla por ejemplo lista solo dos valores absolutos de sus estados de oxidación, +1 y +5, pero en otras tablas aparece también el +3. Consultando, también se ha reportado la existencia del estado +7, por lo que en la actualidad se considera igual que el cloro, con cuatro valencias para dar nombre. Estos cambios evolutivos son incompatibles con la vieja nomenclatura tradicional. Por esta razón, al menos para los ácidos se aconseja fuertemente dejar en desuso la nomenclatura tradicional y asumir únicamente la nomenclatura IUPAC o sistemática.

13.3.2 Con cuatro estados de oxidación



Con otros elementos las reglas son un poco más raras, por ejemplo para los ácidos del manganeso a pesar de tener solo dos ácidos posibles, se emplean los nombres ácido mangánico y ácido permangánico para los estados de oxidación +6 y +7 respectivamente.

13.4 Nomenclatura Stock

Dado que el catión “el hidrógeno” es constante, los oxoácidos se nombran de acuerdo al anión empleando el designador Stock, en otras palabras se señala el estado de oxidación del átomo central que forma el anión. Sin embargo este tipo de nomenclatura es problemática debido a que en casos como en el cromo se daría un nombre ambiguo para el mismo ácido.

Lo anterior implicaría la necesidad de memorizar mas reglas para nombrar a los diferentes isómeros de un ácido conformado por un elemento central con mismo estado de oxidación. Sin embargo tal esfuerzo es notablemente superfluo en el sentido de que la nomenclatura Stock no es oficial. La mejor nomenclatura para afrontar los ácidos no estándar es la sistemática, mientras que para los ácidos “normalitos” la tradicional es suficiente, aunque claro está el hecho de que los pacidos del nitrógeno hay que memorizarlos.


13.5 Nomenclatura sistemática

La nomenclatura sistemática es el modo que favorece la IUPAC (Campillo, Floridablanca, & Hernández, 2005), y para los ácidos será el único modo que deberíamos evaluar. A pesar de que el nombre parece ser relativamente complejo, la ventaja definitiva es que permite nombrar cualquier tipo de ácido, ya sean los ácidos predecibles o los no predecibles, con un mismo conjunto de reglas. Esta nomenclatura presenta una ventaja extra, sirve también para nombrar sales, solo requiere cambiar el hidrógeno por el metal respectivo y listo. Adicionalmente varios autores señalan que tarde o temprano las pruebas externas terminarán asumiendo los nombres IUPAC como los únicos a emplear (Fernández-González, 2014).  La IUPAC actualmente reconoce dos estilos para dar nombres sistemáticos a los ácidos oxoácidos, el método del hidrógeno que en realidad es la nomenclatura de composición y la nomenclatura de adición.


13.5.1 El método del hidrógeno

Un aspecto interesante de la nueva nomenclatura es que abandona definitivamente el sistema binomial, y lo reemplaza por un monomio bien largo. La fórmula general es la siguiente:
La fórmula aparenta ser compleja pero es bastante directa. El único detalle a tener en cuenta es que el prefijo mono nunca se escribe. Los prefijos -oxido- e -hidrogeno- no portan tildes. Por otro lado el no metal cambia a su forma arcaica en el azufre. En esta nomenclatura a veces se emplea el prefijo –oxo- en lugar de –oxido- pero bajo las reglas de la IUPAC lo más formal es emplear –oxido-. No se emplean los prefijos mono.Varias son las ventajas de este método:

1- No hay que mirar la tabla periódica.
2- Permite dar nombres que no cambian si se reportan nuevos estados de oxidación en futuras tablas periódicas.
3- Permite nombrar los casos especiales, con la nomenclatura tradicional estas especies químicas son muy complejas de trabajar.
4- Permite dar nombres sin conocer la hipótesis de la fórmula estructural


13.5.2 Método aditivo

En el método aditivo se hace como si se identificara al grupo hidroxilo adicionado como si fuera eso, un grupo hidroxilo, aunque realmente no se comporte como tal.
La principal desventaja del  método aditivo con respecto al método del hidrógeno es que en el método aditivo hay que conocer la fórmula estructural para reconocer cuales oxígenos hacen parte del grupo hidroxilo-ácido y cuáles no, es por esto que para el presente curso nos basaremos exclusivamente en el método del hidrógeno.

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