TEMA: OXIGENO SOBRE LOS ELEMENTOS

Introducción

La importancia del oxígeno en el proceso de reacción con metales y no metales, así como el cambio de éstos en presencia de agua. Dicho proceso, conocido como oxidación, lo podemos observar en las tuberías, en la herrería y es relevante en las industrias de la construcción y marítima, ya que ésta última tiene un gasto de millones de pesos al año para combatirla. La oxidación también tiene que ver con la combustión que usamos a diario al calentar alimentos en la estufa ó el agua para bañarse, así como la que ocurre en el motor de los automóviles y, en la síntesis de algunos medicamentos.

Reacciones de oxígeno

El oxígeno es el elemento más abundante en el planeta Tierra, constituye aproximadamente el 50% en masa de la corteza terrestre y forma el 21% en volumen de la atmósfera; es componente activo del aire, se encuentra presente en el agua y como óxidos con otros elementos.

Todo fenómeno químico puede ser representado a través de una ecuación química, que nos muestra los cambios que se llevan a cabo, así podemos describir las variaciones que se realizan cuando se oxidan los elementos metálicos y no metálicos en presencia de oxígeno y con el auxilio de la energía calorífica. 

Reacciones con los metales

Un ejemplo de las reacciones del oxígeno con un metal, es la que ocurre con el magnesio al someterlo a la reacción de oxidación en una flama, pues desprende una intensa luz blanca y se convierte en un sólido blanco muy frágil; el producto de esta reacción es un óxido metálico llamado óxido de magnesio.

2Mg(s) + O² (g) ─ 2MgO(s) + E

El producto final tiene un coeficiente 2 precediendo a la fórmula  MgO, ésta es la fórmula mínima del óxido del magnesio, si se considera que la fórmula se escribe como el resultado del entrecruzamiento de valencias, en el ejemplo (2+) para el magnesio (Mg) y (2-) para el oxígeno (O), se representa la fórmula como Mg2O2 entonces; al escribir las fórmulas, se considera la expresión mínima a través de su mínimo común divisor, en este caso al dividir 2/2=1, la fórmula de un compuesto tiene que ser eléctricamente neutra, esta condición se cumple para el óxido de magnesio MgO (2+)(2-)= 0.

Reacción con los no metales

Todo cambio químico puede ser descrito a través de una ecuación que nos muestra las transformaciones  que ocurren cuando interactúan dos o más sustancias entre sí. De esta forma podemos describir las variaciones que se realizan cuando se oxidan los elementos no metálicos en presencia de oxígeno y con el auxilio de la energía calorífica. Se puede tomar como ejemplo el carbono, cuando éste es sometido a la reacción de oxidación en la flama, se lleva a cabo su combustión y se desprende un gas llamado monóxido de carbono, en el caso de su valencia de menor valor; en la otra posibilidad cuando la valencia de intercambio del carbono es la mayor, forma el dióxido de carbono. En ambas reacciones hay desprendimiento de energía, el producto de estas reacciones son óxidos no metálicos.

2C + O² ─ CO + CO (monóxido de carbono)

Se nota que se forman dos moléculas de monóxido de carbono. La otra posibilidad es cuando el carbono actúa con la valencia de 4+, como se muestra enseguida:

C + O² ─ CO² (molécula de dióxido de carbono)

 

Ejercicio de completar la tabla  a tráves de los conocimientos obtenidos en esta sección.

Reacciones de óxido con agua

Después de la formación de los óxidos correspondientes tanto metálicos como no metálicos, es factible combinarlos con agua para formar nuevos compuestos. En el caso de los óxidos metálicos cuando interactúan con agua forman hidróxidos. Tomando como ejemplo el magnesio, se observa lo siguiente.
El óxido de magnesio en presencia de agua forma el hidróxido de magnesio.

MgO + H²O ─ Mg(OH)²

Los óxidos no metálicos en presencia de agua forman ácidos del tipo oxiácido.
Por ejemplo en el dióxido de carbono o anhídrido carbónico al reaccionar con agua, produce una molécula de ácido carbónico.

CO² + H²O ─ H²CO³ (ácido carbónico)

Se suman la cantidad de elementos que intervienen en la síntesis de los ácidos, empezando por la calidad ácido representado por los hidrógenos, después el no metal y finalmente la cantidad de oxígenos que intervienen en la esquematización simbólica de la reacción para formar ácidos.

Para escribir la fórmula de un hidróxido tienes que anotar primero el catión, en este caso el metal, después el anión, es decir, el hidróxido y por último fijarte en las valencias que les corresponden.
El OH tiene 1-.

El Li tiene 1+, Ca 2+, Al 3+

Para que el compuesto sea neutro tiene que haber tantas cargas negativas como positivas, al entrecruzar las valencias se representan las fórmulas eléctricamente neutras.

Ejercicios de completar la tabla a través de este tema y los conocimientos obtenidos de este.

Reglas de nomenclatura

Es un conjunto de reglas que se aplican para nombrar y representar con símbolos y fórmulas a los elementos y compuestos químicos. Actualmente se aceptan tres sistemas de nomenclatura donde se agrupan y nombran a los compuestos inorgánicos:

·                     Sistema de nomenclatura sistemático de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada(IUPAC).

·                     Sistema de nomenclatura funcional, clásico ó tradicional.

·                     Sistema de nomenclatura Stock.

Óxidos metálicos

Resultan de la combinación del oxígeno con metales y al reaccionar con el agua producen bases.

metal + oxígeno ─ óxido metálico o básico

Nomenclatura Stock

Se nombra con la palabra genérica óxido seguido de la preposición de enseguida el nombre del metal con el que se combinó, por ejemplo: óxido de calcio.

Ca+²  + O-² ─ Ca²O²

En este ejemplo hay posibilidad de obtener el mínimo común divisor entre los valores por lo que se obtiene: CaO -óxido de calcio-.

Ca+²  + O-² ─ CaO

Cuando el metal presenta más de una valencia se nombran con la palabra genérica óxido seguida de la preposición de y después el nombre del metal, escribiendo entre paréntesis con número romano el valor de la valencia.

Nomenclatura clásica o tradicional

Estos mismos compuestos se pueden nombrar con la palabra genérica óxido seguida del nombre del metal con el sufijo oso para el valor menor de la valencia y con el sufijo ico cuando el valor de su valencia es mayor, por ejemplo:

Ni+² O-²  con menor valencia formará NiO y se nombrará óxido niqueloso

Ni+³ O-² con mayor valencia formará Ni²O³ y se nombra óxido niquélico

Nomenclatura IUPAC

La IUPAC determina que estos compuestos se nombran a partir de la cantidad de elementos que los constituyen, por ejemplo:

NiO se nombra Monóxido de níquel y el Ni2O3 Trióxido de diníquel.

Óxidos ácidos

Son combinaciones del oxígeno con un no metal y al reaccionar con agua producen ácidos del tipo oxiácido.

no metal + oxígeno ─ +oxido no metálico u óxido ácido

Nomenclatura Stock

Se nombra con la palabra óxido seguida de la preposición de, a continuación el nombre del no metal expresando con número romano el valor de la valencia con la que interactuó con el oxígeno, por ejemplo:

C+² O-² ─ CO (óxido de carbono II)

C+4 O-2 ─ CO² (óxido de carbono IV)

Nomenclatura clásica ó tradicional

Este mismo tipo de compuestos, también se pueden nombrar con la palabra genérica anhídrido seguida del nombre del no metal con el sufijo oso para el valor de la menor valencia e ico para el valor de la mayor valencia, por ejemplo:

CO es anhídrido carbonoso

CO² es anhídrido carbónico

Cuando el no metal presenta más de dos valencias como es el caso del cloro se conservan los sufijos de la regla anterior y se utilizan además: el prefijo hipo proveniente del griego "hypo" que significa inferior o debajo, y el prefijo hiper o per del griego "hyper" que significa mayor o superior, por ejemplo:

Cl+1 O-² ─ Cl²O es anhídrido hipocloroso

Cl+³ O-² ─ Cl²O³ es anhídrido cloroso

Cl+5 O-² ─ Cl²O5 es anhídrido clórico

Cl+7 O-² ─ Cl²O7 es anhídrido perclórico

Nomenclatura IUPAC

Este tipo de compuestos se nombran a partir de la cantidad de elementos que constituyan a su representación simbólica, empleando las raíces griegas de los números correspondientes, por ejemplo:

CO monóxido de carbono

CO² dióxido de carbono

Cl²O³ trióxido de dicloro

Cl²O5 pentóxido de dicloro

Hidróxidos

Una de las principales aplicaciones de las bases o hidróxidos es en la fabricación de los jabones que usamos a diario en casa. Se forman por: 

óxido metálico + agua ─ base o hidróxido

Nomenclatura Stock

Cuando ya se tiene un óxido metálico, al combinarse con agua forma un hidróxido, también conocido como base, por ejemplo:

NiO + H²O ─ Ni(OH)²  (hidróxido de níquel II)

NiO³ +H²O ─ Ni(OH)³ (hidróxido de níquel III)

Nomenclatura clásica ó tradicional

Se conserva la misma nomenclatura para nombrar a los compuestos derivados de los óxidos metálicos formando los hidróxidos correspondientes y también se conservan los sufijos “oso” para el valor menor de la valencia e “ico” para el valor mayor, por ejemplo:

Ni(OH)² es hidróxido niqueloso

Ni(OH)³ es hidróxido niquélico

Nomenclatura IUPAC

Se conserva la misma nomenclatura, es decir, considerando la cantidad de elementos que constituyen el compuesto, por ejemplo:

Ni(OH)² es dihidróxido de níquel

Ni(OH)² es trihidróxido de níquel

Ácidos

Cuando se tiene un óxido no metálico, al combinarse con agua forma un ácido de tipo oxiácido, se llaman oxiácidos porque en su composición está presente el oxígeno y la calidad ácida será determinada por la presencia del hidrógeno.

óxido no metálico + agua ─ ácido (oxiácido)

Nomenclatura Stock

Se nombra al no metal con el sufijo ato, seguida del valor de la valencia del no metal y por último se agrega de hidrógeno.

CO + H²O ─ H²CO² carbonato (II) de hidrógeno

CO² + H²O ─ H²CO³ carbonato (IV) de hidrogeno

Nomenclatura clásica ó tradicional

Cuando los óxidos no metálicos se combinan con agua por síntesis o adición forman su ácido correspondiente, derivando su nombre del anhídrido del cual provenían, se pierde la palabra anhídrido, se cambia por ácido y conserva el nombre del anhídrido originario.

Por ejemplo, para formar los ácidos correspondientes del carbono, se parte de su óxido o anhídrido en presencia de agua, reaccionan y se produce:

CO + H²O ─ H²CO² es ácido carbonoso

CO² + H²O ─ H²CO³ es ácido carbónico

Nomenclatura IUPAC

Se conserva la misma nomenclatura, es decir, considerando la cantidad de elementos que constituyen el compuesto, por ejemplo:

CO + H²O ─ H²CO² es dioxicarbonato (II) de dihidrogeno

CO² + H²O ─ H²CO³ es trioxicarbonato (IV) de dihirogeno

Hidrácidos

Este tipo de compuestos se forman con la combinación de un hidrógeno (H+) como ión positivo y un no metal (NM-) como ión negativo.

H+  + NM- ─ HNM

Nomenclatura Stock

Se nombran con el nombre del no metal con sufijo uro seguida de la preposición de y finalmente la palabra hidrógeno, en estado natural.  Por ejemplo:

H1+ F1- ─ HF se nombra fluoruro de hidrógeno

Nomenclatura tradicional y de la IUPAC

En este caso convergen la nomenclatura clásica o tradicional y la de IUPAC, en éstas se nombran con la palabra genérica ácido seguida del nombre del no metal con el que se combinó y con el sufijo hídrico, en disolución acuosa, por ejemplo:

H+ + Cl- ─ HCl se nombra ácido clorhídrico

N²O5	Anhídrido nítrico	Óxido de nitrógeno (V)	Pentaóxido de dinitrógeno
FeO	Óxido ferroso	Óxido de hierro (II)	Monóxido de fierro
HClO	Ácido hipocloroso	Clorato (I) de hidrógeno	Monoxoclorato de hidrógeno
Al2O3	Óxido alumínico	Óxido de alumino	Trióxido de dialuminio
Co²O3	Óxido cobáltico	Óxido de cobalto (III)	Trióxido de dicobalto

H²SO4	Ácido sulfúrico	Sulfato(VI) de hidrógeno	Teraoxosulfato (VI) de hidrógeno
Na²O	Óxido sódico	Óxido de sodio	Óxido de disodio
Ba(OH)²	Hidróxido de bario	Hidróxido bárico	Hidróxido de bario
I²O5	Anhídrido yódico	Óxido de yodo(V)	Pentaóxido de diyodo
HBr	Ácido bromhídrico	Ácido bromhídrico	Bromuro de hidrógeno

Balanceo

El balanceo consiste en igualar el número de átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos, y sirve para verificar la Ley de la Conservación de la Materia (La materia no se crea ni se destruye solo se transforma).

Reactivos ─ Productos

Al + O² ─  Al²O³

Para llevarlo se tienen las siguientes reglas:

Contar el número de elementos existentes en dicha ecuación de lado de los reactivos y del lado de los productos, empezando por: metales, no metales, dejando para el final al oxígeno e hidrógeno (en caso de que la ecuación los contenga).

Al hacer el conteo de cada lado, se recomienda indicar con coeficientes la igualación de la cantidad de átomos de los elementos que intervienen en la representación de una reacción química, por ejemplo:

  Se aprecia la presencia de un aluminio de lado de los reactivos y dos del lado de los productos, por lo que es necesario colocar un coeficiente de dos en el aluminio del lado de los reactivos para igualar la cantidad del metal aluminio en ambos lados de la ecuación.

A continuación contar el no metal, oxígeno de ambos lados de la ecuación, por inspección se observa que del lado de los reactivos se requiere un coeficiente tres y de dos en el compuesto óxido de aluminio con el fin de igualar la cantidad de oxígenos tanto de reactivo como de producto.

Se contabiliza nuevamente el aluminio, observando que se alteró en cantidad de átomos de este elemento, por lo que ahora es necesario tener cuatro aluminios del lado de los reactivos en lugar de dos, con el fin de equilibrar la cantidad de átomos del elemento aluminio en reactivos y en productos.

 Para comprobar la igualdad de la cantidad de átomos de los elementos que intervienen en la representación de la reacción química, se recomienda volver a contar la cantidad de cada uno de ellos. 

Ejercicios de los conocimientos aprendidos en este tema.

Bibliográfia o referencia de consulta :http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/u2/oxigeno_elementos