sábado, 18 de marzo de 2017

4 LAS REGLAS DE LA NOMENCLATURA SISTEMATICA INORGÁNICA

La fuente única de esta sección es el libro rojo de la IUPAC de 2005 (Connelly et al., 2005), lo cual implica que si sacan una nueva versión deberé revisar esta parte. Sin embargo si he de decir que la autoridad última, absoluta e indiscutible en cuanto a la nomenclatura inorgánica sistemática es precisamente el libro rojo de la IUPAC, así que si tienen dudas al revisar varias páginas, es conveniente que lo resuelvan consultando ese texto que se puede acceder de forma gratuita en internet ya sea en español o en inglés, lo único que hago yo es adaptarlo con un poco más de belleza.


4.1 Niveles de complejidad

La IUPAC reconoce que el nombre de una determinada sustancia dependerá de los objetivos y avance tecnológico de un campo de investigación. De acuerdo a lo anterior, tenemos varios niveles de complejidad, a los cuales asociamos diferentes tipos de nombres, sean estos IUPAC, simi-sistemáticos o triviales.

4.1.1 Nivel cero, uso

Aquellos que requieren el uso de sustancias químicas para uso cotidiano, pero no necesitan conocer la estructura o propiedades más allá del uso  que se da en un oficio particular, Estos nombres son localizados, y se denominan como triviales. Muchos de ellos se heredaron de la era previa a la revolución química de Lavoisier y colaboradores. Un ejemplo muy común en Colombia es el ácido muriático (HClO4).

4.1.2 Nivel 1, iniciación

Más allá del nombre trivial, tenemos algunos que han sido iniciados en los caminos de la química, para ellos tenemos los nombres semi-sistemáticos, los cuales dan alguna información de la sustancia, aunque dicha información sea limitada y no permita obtener la predicción de la composición. La mayoría de los nombres comunes de los oxoácidos y sus respectivas sales caen bajo esta categoría. Esto se debe a que la etiqueta básica puede esconder muchas otras sustancias semejantes a las que denominamos en conjunto cono isómeros. Estos nombres son conocidos como semi-sistemáticos, dado que pueden ser empleados en investigaciones básicas o que no necesitan una descripción más detallada. Cabe destacar que este es el nivel al que se aspira si solo se estudia la nomenclatura tradicional.

4.1.3 Nivel 2, formulación

Cuando el nombre permite recrear una formula molecular estequimetricamente válida se la denomina como verdaderamente sistemática. Solo un nombre en este nivel de complejidad se considera válido para la IUPAC.


4.1.4 Nivel 3, tridimensionalidad

El tercer nivel de complejidad hace referencia a la configuración tridimensional de las sustancias en el espacio, como ocurre con los estereoisómeros en orgánica. El interés en generar descriptores de este tipo ha ido creciendo rápidamente al interior de las comunidades de químicos inorgánicos, aunque la mayor diversidad de sustancias con las que hay que tratar hacen de esto una tarea particularmente complicada.

4.2 Semántica de la nomenclatura IUPAC

Para evitar el colapso del sistema, como le ocurrió a la tradicional, la nomenclatura sistemática debe revisarse constantemente a medida que la investigación de frontera sigue produciendo nuevas sustancias, que plantean nuevos retos a los sistemas de nombramiento. La IUPAC a través de la División de Nomenclatura Química y Representación Estructural formada en el año de 2001 estudia todos los aspectos de la nomenclatura inorgánica recomendando las prácticas más racionales para enfrentar los retos específicos de cada campo, como escribir una fórmula o dar un nombre semántico. Nuevas reglas deben surgir constantemente para impedir la generación de descriptores ad hoc que no se ajusten al sistema general, o que solo sean conocidos por unos cuantos.

4.2.1 Construcción de los nombres

El bautizo sistemático de una sustancia inorgánica involucra la construcción de un nombre a partir de entidades que son manipuladas de acuerdo a procedimientos que proveen información de la composición y la estructura de sus respectivas moléculas. La base de la nomenclatura son los nombres de los elementos, y a este respecto es importante destacar que la nomenclatura IUPAC si emplea raíces latinas para algunos de ellos, especialmente cuando estos están involucrados en aniones. Los nombres de los elementos son combinados con prefijos y sufijos para construir un nombre. La nomenclatura sistemática emplea principalmente prefijos numéricos que se dividen en dos ramas principales, los prefijos numerales y los prefijos numeralis. Y a su vez los prefijos numerales se dividen en dos, los orgánicos y los inorgánicos. Estos últimos dos se diferencian únicamente en los descriptores para las primeras cuatro magnitudes de repetición atómica, y de allí en adelante son iguales. Por otro lado los sufijos tienden a ser rezagos y reciclados de algunos sufijos de la nomenclatura tradicional.

Existen múltiples formas aceptadas para la construcción de los nombres: composición, sustitución, adición. Por lo que una misma sustancia puede tener más de un nombre IUPAC aceptable con diferentes grados de complejidad. Esto es especialmente verdadero en los ácidos, en los cuales tenemos nombres que indican la cantidad de átomos y otros que indican el modo en que estos se enlazan. Independiente de eso, los nombres IUPAC poseen los siguientes componentes:

4.2.1.1 Nombre o raíz

Es el nombre de los elementos involucrados, y en ocasiones se debe emplear las raíces latinas, especialmente cuando el elemento en cuestión se encuentra en un anión, y eso incluye si estamos tratando de aniones metálicos, lo cual es raro, pero es posible.

4.2.1.2 Prefijos multiplicatorios

Indican la cantidad de veces que se repite un átomo “prefijo numeral” o la cantidad de veces que se repite un grupo “prefijo numeralis”.

4.2.1.3 Indicadores de carga

Que pueden ser sufijos numéricos a la Stcok o sufijos semánticos a la tradicional.

4.2.1.4 Indicadores de familia de sustancia

Esto se conserva desde la tradicional excepto para los ácidos. Estos pueden ser palabras en nombres binomiales como en los óxidos o pueden ser sufijos indicando que se trata de un anión como en os ácidos o sales.

4.2.1.5 Otros prefijos y sufijos

Estos indican características especiales de átomos o grupos, por ejemplo que uno de los átomos posea un estado de oxidación diferente del resto.

4.2.1.6 Localizadores

Funcionan igual que en química orgánica e indican donde se encuentra algo raro en un compuesto largo.

4.2.1.7 Descriptores geométricos

Que indican si estamos hablando de cadenas lineales, ramificadas o con configuraciones geométricas más complicadas.

4.2.1.8 Puntuaciones

Que indican estados de la sustancia poco comunes o especiales como en el caso de los radicales.

4.3 Gramática

Como se inició en este relato, la nomenclatura química debe considerarse como un idioma independiente con sus propias reglas de sintaxis. Los nombres de los elementos son la base, y estos se ensamblan con otros símbolos para crear descriptores de sustancias. La sintaxis son reglas gramaticales para la construcción de expresiones con significado, en este caso, el significado hace referencia a sustancias, sean reales o teóricas. Después del nombre de elemento o raíz latinizada hay otro elemento importante en la nomenclatura y son los prefijos, sufijos o infijos. Estos son palabras o sílabas colocadas al inicio “prefijo”, en medio “infijo” o al final “sufijo” de una expresión para dar significado químico. Estas sílabas da información sobre la cantidad de átomos, la cantidad de grupos, o la carga. Sin embargo estos componentes solo funcionan para sustancias binarias simples como los óxidos, y a ocasiones en los que la cosa se complica. A continuaciones realizaremos un resumen de los componentes gramaticales de los nombres de sustancia en la nomenclatura IUPAC. Cabe destacar que el libro rojo contiene mucha información que escapa del objetivo del presente escrito, así que solo realizaré una adaptación conveniente de los símbolos que veremos en las siguientes secciones. Si desea ampliar la información lo mejor es revisar el libro rojo.


4.3.1 Nombre de elemento

Fundamento de construcción, y serán descritos en el siguiente capítulo.

4.3.2 Prefijos numerales

Indican la cantidad que se repite un determinado átomo. También se pueden emplear en grupos, pero estos generalmente son grupos que provienen de los hidruros progenitores. Como se mencionó anteriormente, estos prefijos se dividen en dos, los empleados en orgánica y en inorgánica, aunque no son todos.

4.3.3 Prefijos numeralis

Son empleados especialmente cuando se repiten grupos aniónicos en las sales ternarias. El prefijo numeralis debe ser seguido por un corchete que encierra al grupo que se repite.


4.3.4 Símbolos de agrupación

Los símbolos de agrupación son tres, paréntesis (), llaves {} y corchetes []. Para casos de agrupaciones simples, que es virtualmente todo lo que se ve en términos básicos, lo que se emplea es el paréntesis. En caso de una anidación simple el corchete encierra al paréntesis [()]. Para grupos más complejos se emplea la siguiente regla: [( )], {[( )]}, ({[( )]}), etc. En caso de que necesitemos encerrar fórmulas, el orden es el siguiente [ ], [( )], [{( )}], [({( )})], [{({( )})}], etc. Los corchetes pueden emplearse de forma inmediata en fórmulas moleculares para compuestos de coordinación. Los paréntesis también se pueden emplear como sufijos que indican cargas como en el caso de los iones: hierro(2+). Existen otros usos que serán expresados en los capítulos específicos para cada tipo de sustancia.

4.3.5 Prefijos geométricos

Determinan la configuración geométrica de una molécula larga. Los más comunes son ciclo-, catena, cis-, trans- ya que estos también son de uso común en orgánica, pero adicionalmente pueden presentarse otras configuraciones geométricas como: triangulo, quadro, tetrahedro, octahedro, closo, nido y aracno.


4.3.6 Superíndices

Los superíndices se emplean para determinar la carga y/o la radicalización de una sustancia. Los exponentes de carga emplean los símbolos positivos y negativos precedidos por la cantidad de cargas. La primera carga de ambos polos solo se presenta como exponente + o -. De allí en adelante antecede un numeral arábigo, así para dos cargas positivas el exponente es 2+, para tres es 3+. Es importante no invertir el órden +2 o +3 ya que allí ya no serían cargas reales, sino meros estados de oxidación, valla que los conceptos de parecen, pero no son lo mismo.


4.3.7 Designadores de carga en los nombres.

También con los símbolos postivo o negativo en el mismo orden anterior, pero haciendo parte de un sufijo encerrado entre paréntesis, indica la carga del ion en un nombre: hierro(3+).

4.3.8 Guiones largos

Se emplean para designar enlaces metal a metal o para separar los componentes de una sustancia hidratada.


4.3.9 Fracción estequimétrica

Permite indicar la cantidad de moléculas en un compuesto hidratado por ejemplo BF3·2H2O se denominará trifluoruro de boro – agua (1/2). También se emplea para coordinaciones homólogas al agua: BiCl3·3PCl5 trocloruro de birsmuto–pentacloruro de fósforo (1/3).


4.3.10 Puntos grandes

Los puntos grandes se emplean en el superíndice o como parte del sufijo numérico encerrado en un paréntesis para indicar la cantidad de electrones desapareados en un grupo radical. Su uso será resaltado en la sección de iones. Sin embargo si en el exponente no está acompañado por un indicador de carga su significado cambia al de ser la parte positiva en la notación de estado sólido de  Kroger–Vink.

4.3.11 Puntos medios

Los puntos medios se emplean para denotar la unión de dos especies químicas diferentes como ocurre en las sustancias hidratadas como BF3·2H2O.

4.3.12 Las comas

Al igual que en la química orgánica, las comas se emplean para separar los numerales localizadores que se emplean a su vez para señalar donde hay algo poco común en una molécula compleja.

4.3.13 Espacios

Se emplean en los nombres para separar la parte genérica de la parte específica, excepto en varias nomenclaturas de los ácidos, donde se genera un nombre monomial. Las fórmulas nunca contienen espacios.

4.3.14 Conjunciones vocales

Cuando se ensamblan los nombres con prefijos multiplicadores y quedan diptongos, incluso aquellos con la misma vocal, se los deja tal cual y no se fusiona la palabra. Por ejemplo, se consideraría un error tetragua, y por consiguiente debe emplearse prefijo y nombre completo tetraagua. Sin embargo esta regla no parece ser muy estricta ya que el nombre aceptado para el primer óxido del carbono es monóxido de carbono y no monoóxido de carbono.

4.3.15 Numerales arábigos de subíndice

Indican la atomicidad, en las fórmulas, en otras palabras, la cantidad de átomos de un determinado elemento. Los 1 no se escriben.

4.3.16 Numerales arábigos como superíndice

Indican las cargas y/o electrones radicales presentes. Los 1 no se escriben.


4.3.17 Numerales arábigos indicadores de molecularidad

Las sustancias hidratadas y homólogas vienen con valores que indican que tanta molécula de una especie química se encuentra en el complejo, esos valores son arábigos grandes a la izquierda de la molécula.

4.3.18 Indicadores isotópicos

Siendo subíndices o superíndices a la izquierda del símbolo del elemento dan información sobre la naturaleza física, como el número de masa y el numero atómico. A no ser que estemos trabajando con isótopos raros estos casi nunca se expresan, ya que se asume que se trabaja con el isótopo más común en el planeta Tierra.

4.3.19 Numerales arábigos como sufijo

Al interior del paréntesis y antes del signo de carga indican la cantidad de cargas existentes, en este casi si se escriben los 1 por ejemplo en sodio(1+). Si al interior del paréntesis no hay signo positivo o negativo y además se trata de una molécula del boro el significado cambia a indicar la cantidad de átomos de hidrógeno presentes en la molécula.

4.3.20 Indicadores de posición.

Hay dos tipos, los normales que se emplean igual que en química orgánica, y en la notación λ de los hidruros progenitores como un superíndice a la derecha, que indica la cantidad de enlaces raros de un determinado elemento central.

4.4 Tipos de nomenclatura IUPAC

Durante el desarrollo de la nomenclatura sistemática han surgido a su vez varios subsistemas para la construcción de los nombres. Cada sistema posee su propia lógica inherente. Algunos sistemas son remarcablemente más fáciles que otros y en consecuencia más aceptables. Hay que estar pendientes de no combinar los sistemas. La nomenclatura sistemática en consecuencia puede dividirse en tres sistemas de nomenclatura: composicional, substitutiva y aditiva.

4.4.1 Nomenclatura de composición

Se basa en los componentes y omite la información estructural de las sustancias. Y nuevamente podemos tener alternativas, pero la más común es la generación de nombres estequiométricos. Esta es por mucho la nomenclatura sistemática más aceptada, y la que intentaremos trabajar siempre que sea posible.

La forma más compleja de nomenclatura estequiométrica es la denominada nomenclatura del hidrógeno empleada para nombrar los ácidos oxoácidos y sus correspondientes aniones. Existen otros tipos de nomenclatura de adición, pero que más allá de la mera información estequiométrica también proporciona información sobre la configuración tridimensional de la molécula, el problema es que para usarla hay que ser muy bueno prediciendo la fórmula estructural de la sustancia, o tener acceso al índice de la fórmula estructural.


4.4.2 Nomenclatura de sustitución

Se la puede considerar como la hermana de la nomenclatura orgánica y se emplea para las sustancias homólogas al primer hidrocarburo, el metano o CH4. Dado que se trata de sustancias homólogas al metano estamos tratando con los hidruros más simples de los no metales, los cuales reciben el nombre genérico de hidruros progenitores. Aunque es una nomenclatura semejante, posee algunas diferencias notables, por lo que se la diferencia de la nomenclatura orgánica y de la nomenclatura de los hidruros del boro. Dado que se trata de una nomenclatura empleada ad hoc para los hidruros no metálicos, la veremos precisamente cuando estudiemos a estas sustancias.


4.4.3 Nomenclatura de adición

La nomenclatura aditiva trata a una especie química como una combinación de un átomo central asociado a unos ligandos, o en niveles de complejidad mayor, una molécula central rodeada de ligandos. En consecuencia es una nomenclatura diseñada específicamente para los compuestos de coordinación, los cuales no veremos en esta sección, así que si es lo que busca es conveniente ir al libro rojo.

4.5 Procedimientos generales

Para elegir cual nomenclatura usar simplemente hay que preguntarse qué es lo que se necesita. Para un nivel introductorio a la química en la cual no nos preocupamos por los hidruros no metálicos raros, simplemente es necesario estudiar la nomenclatura  de composición estequiométrica, si se desea estudiar los hidruros hay que darle a la de sustitución, y si se desea estudiar los compuestos de coordinación la mejor opción es la de adición.


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