Formulación inorgánica y nomenclatura

La fórmula molecular es la representación más simple de una sustancia química, que muestra el número exacto de átomos de cada elemento presente en una molécula. En la formulación química, utilizamos un conjunto de técnicas teóricas y heurísticas para inferir la fórmula molecular más probable de una sustancia desconocida. En química inorgánica, este proceso generalmente se basa en la correcta disposición de cargas opuestas, ya que los compuestos inorgánicos se forman cuando los iones positivos y negativos se combinan para alcanzar un equilibrio eléctrico. Esta disposición asegura que las moléculas sean estables y que sus propiedades sigan las reglas de la electroquímica.

Todas las sustancias iónicas y una gran parte de las sustancias moleculares polares pueden representarse mediante la técnica de equilibrio de carga, un enfoque que permite construir fórmulas químicas coherentes con la realidad electrónica de cada compuesto. Esta regla se fundamenta en tres principios esenciales: primero, la fórmula molecular debe coincidir con la fórmula empírica; segundo, dicha fórmula empírica se determina equilibrando las cargas eléctricas de los constituyentes; y tercero, se cumple estrictamente la ley de conservación de la carga, de modo que cualquier sustancia neutra, ya sea molecular o iónica, mantenga una carga neta cero. En este contexto, los compuestos pueden estar formados por iones reales, que generan un enlace iónico, o por cuasiiones, especies que aunque no formen estrictamente un compuesto iónico, siguen las mismas reglas de formulación y equilibrio de cargas.

A estas sustancias se les denomina sustancias de formulación binaria, ya que su estructura se basa en un binomio de polos opuestos: un polo positivo y un polo negativo. Estos polos pueden corresponder a iones monoatómicos, como Na⁺ o Cl⁻, o a grupos poliatómicos con carga global, como SO₄²⁻ o NO₃⁻, lo que amplía significativamente las posibilidades de combinación sin contradecir la regla general de equilibrio de carga. Esta conceptualización permite comprender que la neutralidad eléctrica es un principio rector que guía la formación de cualquier compuesto, independientemente de su complejidad molecular.

Regla de aspa

La aplicación práctica de esta técnica requiere siempre disponer de una [Tablas de los iones]  confiable, que identifique de manera precisa las cargas de cationes y aniones involucrados. Con esta información, es posible construir fórmulas químicas correctas, garantizando que se respeten tanto la neutralidad eléctrica como la coherencia con la fórmula empírica. Así, la técnica de equilibrio de carga se convierte en una herramienta indispensable en la química general, permitiendo tanto la predicción como la validación de estructuras químicas, y facilitando la enseñanza y comprensión de la relación entre composición, enlaces iónicos y comportamiento químico de los compuestos.

[1] Regla de aspa. Enlace a la descripción de los términos.

Figura 1. El nitruro de magnesio (Mg₃N₂) ilustra la regla de aspa, donde los cationes Mg²⁺ y aniones N³⁻ cruzan sus cargas en valor absoluto para determinar los subíndices de la fórmula empírica, asegurando la neutralidad eléctrica del compuesto. Alternar entre el lenguaje químico, los factores de conversión y el lenguaje algebraico desarrolla intuición química y rapidez en la formulación de compuestos iónicos. La carga molar de los iones, adimensional pero múltiplo de la carga elemental e, se relaciona con equivalentes por mol y la constante de Faraday (F = 96485 C), conectando estequiometría iónica con electroquímica y procesos redox y de precipitación.

Nomenclatura de moléculas formuladas por regla de aspa

La nomenclatura de muchas sustancias inorgánicas se deriva de la regla de aspa. Para las sustancias iónicas, se emplean las reglas de la nomenclatura Stock, que establecen el siguiente formato: nombre del anión seguido de nombre del catión, indicando entre paréntesis el número de oxidación o la carga del anión en números romanos.

Cl⁻ + Fe³⁺ → FeCl₃: Nombre Stock: cloruro de hierro (III). (El catión hierro tiene número de oxidación +3, indicado en romano).

O²⁻ + Cu²⁺ → CuO: Nombre Stock: óxido de cobre (II). (El catión cobre tiene número de oxidación +2).

                S²⁻ + Pb²⁺ → PbS: Nombre Stock: sulfuro de plomo (II) (El catión plomo tiene número de oxidación +2).

Para las sustancias moleculares formuladas mediante la regla de aspa, se utiliza la nomenclatura sistemática de composición, que aplica prefijos de repetición: “mono” para un anión (como en monóxido), mientras que los cationes no llevan indicador de uno y se cuentan a partir de dos repeticiones; posteriormente se usan prefijos como di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona, deca, undeca, dodeca, trideca y así sucesivamente.

CO → monóxido de carbono: Un ánion oxígeno se combina con un catión carbono, usando el prefijo “mono” para un solo átomo de oxígeno.

CO₂ → dióxido de carbono: Dos átomos de oxígeno se combinan con un átomo de carbono; se aplica el prefijo “di” para el oxígeno.

N₂O₅ → pentóxido de dinitrógeno: Cinco átomos de oxígeno y dos átomos de nitrógeno; los prefijos “penta” y “di” indican las repeticiones de átomos en la molécula.

Excepciones

La principal excepción para este sistema de nombres basado en iones son los ácidos oxoácidos, así como los haluros y anfuros disueltos en agua, que también reciben el nombre de ácidos. En el caso de los ácidos derivados de oxoaniones, se utiliza la palabra ácido seguida del nombre del ion, aplicando las terminaciones -ico o -oso según corresponda, para reflejar la variación en el número de oxígenos presentes en la molécula. Por ejemplo, si se quita un oxígeno del oxoanión original con terminación -ato, el nombre cambia a -oso; si se eliminan dos oxígenos, se forma la variante hipo-elemento-oso; y si se añade un oxígeno, se usa la terminación -ico, siguiendo la regla sistemática de modificación de nombres basada en la composición del ion.

Ácidos del cloro (Cl):

HClO – ácido hipocloroso (hipo-oso: un oxígeno menos que el ion ClO⁻, Clorato base)

HClO₂ – ácido cloroso (-oso: un oxígeno menos que ClO₃⁻, Clorato)

HClO₃ – ácido clórico (-ico: oxígeno normal, correspondiente al ClO₃⁻)

HClO₄ – ácido perclórico (añade un oxígeno: “per-ico”)

Ácidos del azufre (S):

H₂SO₃ – ácido sulfuroso (-oso: derivado de sulfato SO₃²⁻, un oxígeno menos)

H₂SO₄ – ácido sulfúrico (-ico: derivado de sulfato, número de oxígenos estándar)

H₂SO₂ – ácido hiposulfuroso (hipo-oso: dos oxígenos menos que el sulfato base)

Para los haluros y anfuros disueltos en agua, el nombre del ácido se forma usando la palabra ácido seguida del nombre antiguo del elemento con la terminación -hídrico, reflejando su comportamiento como ácidos simples.

HF – ácido fluorhídrico (ácido simple del fluor, liberador de H⁺ en solución)

HCl – ácido clorhídrico (ácido simple del cloro)

 H₂S – ácido sulfhídrico (ácido simple del azufre)

H₂Se – ácido selenhídrico (ácido simple del selenio)

[Ejercicios resueltos de formulación y nomenclaturainorgánica]

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., & Stoltzfus, M. W. (2015). Chemistry the Central Science.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry, the central science (15th ed.). Pearson.

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R., & Overby, J. (2021). Chemistry (14th ed.). McGraw-Hill.

Matamala, M., & González Tejerina, P. (1975). Química (1a ed.). Ediciones Cultural.

Seager, S. L., Slabaugh, M. M., & Hansen, M. M. (2022). Chemistry for Today (10th ed.). Cengage Learning.

Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., DeCoste, D. J., & Adams, G. (2018). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.