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Química avanzada (AP Chemistry)

Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 1

Lección 2: Compuestos e iones
Ciencia
Química avanzada (AP Chemistry)
Átomos, iones y compuestos
Compuestos e iones
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Iones poliatómicos

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Cómo nombrar los compuestos iónicos que contienen iones poliatómicos comunes.
En este artículo, analizaremos los iones poliatómicos. El prefijo poli- significa muchos, por lo que un ion poliatómico es aquel que contiene más de un átomo. Esto distingue los iones poliatómicos de los iones monoatómicos, que solo contienen un átomo. Los ejemplos de iones poliatómicos incluyen start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, y muchísimos más. En este artículo suponemos que tienes un conocimiento básico de iones monoatómicos, así como las convenciones de nomenclatura de compuestos iónicos y la escritura de sus fórmulas químicas.
Para una revisión sobre estos temas, véase este artículo sobre iones monoatómicos y nomenclatura de compuestos iónicos.
¡Los iones poliatómicos están en todas partes! El gis está hecho de carbonato de calcio, start text, C, a, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, que contiene cationes de calcio start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, y aniones carbonato, start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, que son iones poliatómicos. Crédito de la imagen: Alice en Flickr, CC BY-NC-ND 2.0

La estructura de los iones poliatómicos

Podemos pensar en los iones poliatómicos al compararlos con los iones monoatómicos. Un ion monoatómico es un átomo que se convirtió en un ion al ganar o perder electrones. El ion tiene una carga neta porque el número total de electrones no está balanceado con el número total de protones en el núcleo. Así, al comparar con el átomo neutro, tenemos electrones adicionales, en caso del anión con carga negativa, o bien electrones insuficientes, en caso de un catión con carga positiva. Por ejemplo, un átomo neutro de cloro tiene un número atómico de 17, es decir, tiene 17 protones y 17 electrones. El átomo neutro a veces gana un electrón adicional para convertirse en un anión cloruro, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript:
space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #11accd, start text, C, l, end text, end color #11accd, space, space, space, plus, space, space, space, e, start superscript, minus, end superscript, space, space, space, right arrow, space, space, space, start color #aa87ff, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #aa87ff
space, space, space, space, start color #11accd, 17, start text, e, l, e, c, t, r, o, n, e, s, end text, end color #11accd, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #aa87ff, 18, start text, e, l, e, c, t, r, o, n, e, s, end text, end color #aa87ff
space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, e, s, end text, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, e, s, end text
Después de ganar un electrón, el anión cloruro tiene 17 protones y 18 electrones. Puesto que hay un electrón adicional en comparación con el número de protones, el ion tiene una carga neta de 1-.
De manera similar, podemos pensar en un ion poliatómico como una molécula que ha sido ionizada al ganar o perder electrones. En un ion poliatómico, el grupo de átomos unidos covalentemente tiene una carga neta debido a que el número total de electrones en la molécula no es igual a su número total de protones. Cuando se dibujan las estructuras de Lewis, la carga general de un ion poliatómico es igual a la suma de las cargas formales de cada átomo del ion.
Estructura de Lewis del hidróxido
La estructura de Lewis para el ion hidróxido. Los puntos alrededor de start text, O, end text representan seis pares de electrones solitarios, y la línea entre start text, H, end text y start text, O, end text representa un enlace covalente que contiene dos electrones que se comparten. La carga general del ion poliatómico es 1-, que se indica arriba a la derecha fuera del paréntesis. Crédito de la imagen: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Por ejemplo, consideremos el ion poliatómico start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, conocido como hidróxido. A la izquierda vemos la estructura de puntos del ion hidróxido. Contiene un átomo de oxígeno y uno de hidrógeno. La línea entre ellos representa el enlace covalente, que incluye dos electrones que comparten start text, H, end text y start text, O, end text. Los puntos alrededor del start text, O, end text representan pares solos de electrones. En el hidróxido, el oxígeno tiene tres pares de electrones solos, lo que equivale a seis pares de electrones en total.
La carga neta del ion hidróxido se indica al colocar toda la estructura de puntos entre corchetes, con la carga arriba a la derecha. Vemos que el hidróxido tiene una carga de 1-, es decir que el ion tiene un electrón más de los protones en el núcleo de un átomo de hidrógeno más un átomo de oxígeno.
Verificación de conceptos: ¿cuántos protones y electrones hay en un ion hidróxido?

Iones poliatómicos comunes

¡Los iones poliatómicos están en todas partes! Los iones bicarbonato, start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, ayudan a mantener el pH de nuestra sangre, mientras que los fosfatos, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 3, minus, end superscript, son sumamente importantes en varios procesos metabólicos. El estar familiarizado con los nombres, cargas y fórmulas de los iones poliatómicos más comunes te ayudará a reconocer compuestos iónicos y predecir su reactividad. La siguiente tabla menciona algunos de los iones poliatómicos más comunes.
FoˊrmulaNameFoˊrmulaNombreHg22+Mercurio(I)SCN−TiocianatoNH4+AmoniacoCO32−CarbonatoNO2−NitritoHCO3−Hidrogenocarbonato (bicarbonato*)NO3−NitratoClO−HipocloritoSO32−SulfitoClO2−CloritoSO42−SulfatoClO3−CloratoHSO4−Hidrogenosulfato (bisulfato*)ClO4−PercloratoOH−HidroˊxidoC2H3O2−(o CH3COO−)AcetatoCN−CianuroMnO4−PermanganatoPO43−FosfatoCr2O72−DicromatoHPO42−HidrogenofosfatoCrO42−CromatoH2PO4−DihidrogenofosfatoO22−PeroˊxidoC2O42−Oxalato \begin{array}{c c | c c} \textbf{Fórmula} & \textbf{Name} & \textbf{Fórmula} & \textbf{Nombre}\\ \hline \text{Hg}_2^{2+} & \text{Mercurio(I)} & \text{SCN}^- & \text{Tiocianato} \\ \text{NH}_4^+ & \text{Amoniaco} & \text{CO}_3^{2-} & \text{Carbonato} \\ \text{NO}_2^- & \text{Nitrito} & \text{HCO}_3^- & \text{Hidrogenocarbonato (bicarbonato*)} \\ \text{NO}_3^- & \text{Nitrato} & \text{ClO}^- & \text{Hipoclorito} \\ \text{SO}_3^{2-} & \text{Sulfito} & \text{ClO}_2^- & \text{Clorito} \\ \text{SO}_4^{2-} & \text{Sulfato} & \text{ClO}_3^- & \text{Clorato} \\ \text{HSO}_4^- & \text{Hidrogenosulfato (bisulfato*)} & \text{ClO}_4^- & \text{Perclorato} \\ \text{OH}^- & \text{Hidróxido} & \text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-(\text{o CH}_3\text{COO}^{-})& \text{Acetato} \\ \text{CN}^- & \text{Cianuro} & \text{MnO}_4^- & \text{Permanganato} \\ \text{PO}_4^{3-} & \text{Fosfato} & \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} & \text{Dicromato} \\ \text{HPO}_4^{2-} & \text{Hidrogenofosfato} & \text{CrO}_4^{2-} & \text{Cromato} \\ \text{H}_2\text{PO}_4^- & \text{Dihidrogenofosfato} & \text{O}_2^{2-} & \text{Peróxido} \\ & & \text{C}_2\text{O}_4^{2-} & \text{Oxalato} \end{array}
* Un nombre informal pero de uso común.
Nos referiremos a los iones poliatómicos en esta tabla por lo que resta del artículo.

Nombres y fórmulas químicas de compuestos con iones poliatómicos

Probablemente puedas encontrar iones poliatomicos ¡en tu cocina! El polvo para hornear es el nombre común del bicarbonato de sodio, start text, N, a, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, que contiene el ion bicarbonato start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript. Crédito de la imagen: pixabay, CC0 1.0
Ahora que tenemos una referencia para muchos de los iones poliatómicos comunes, veamos cómo nombrar y escribir las fórmulas químicas de los compuestos que los contienen. Hay que tener en cuenta dos cosas principales:
  1. Si un compuesto tiene más de un ion poliatómico del mismo tipo, debemos colocar paréntesis alrededor de la fórmula del ion antes de usar un subíndice para indicar cuántos iones de ese tipo hay en el compuesto.
  2. La carga general del compuesto iónico debe ser neutra. Es decir, la suma de las cargas de cationes y aniones debe ser cero. Podemos usar esta regla para averiguar la fórmula de un compuesto iónico cuando sabemos la carga del anión y el catión. Esta regla también puede ser útil para deducir la carga de un ion cuando se conoce la fórmula química del compuesto iónico.
Consideremos algunos ejemplos.

Ejemplo 1: encontrar la fórmula química a partir del nombre del compuesto

¿Cuál es la fórmula química del hidróxido de calcio?
El calcio es un metal alcalinotérreo, grupo 2, de la tabla periódica, por lo que forma iones con carga 2+. De nuestra tabla, sabemos que la fórmula del hidróxido es start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript y que tiene carga 1-. Necesitaremos dos iones hidróxido para cancelar exactamente la carga 2+ en el start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript. Al escribir la fórmula, incluimos paréntesis alrededor de start text, O, H, end text seguido del subíndice 2, para dejar claro que hay dos iones hidróxido por cada catión de start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript. Así, la fórmula química del compuesto es start text, C, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript.
Verificación de conceptos: ¿por qué la fórmula start text, C, a, O, H, end text, start subscript, 2, end subscript no es correcta para el hidróxido de calcio?

Ejemplo 2: nomenclatura de compuestos iónicos que contienen iones poliatómicos

¿Cómo se llama el compuesto con la fórmula start text, N, i, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?
Al dar nombre a los compuestos iónicos, ayuda descomponer primero la formula en cationes y aniones. En este compuesto, el catión se basa en el níquel. El níquel es un metal de transición que puede formar varios tipos de cationes con cargas diferentes. Esto significa que debemos averiguar la carga del ion níquel en este compuesto en particular para que podamos especificarlo al nombrar el compuesto. Por suerte, sabemos la carga del anión: el fosfato es un ion poliatómico que siempre tiene carga 3-. Dado que la carga general de un compuesto iónico es cero, podemos usar la fórmula química y la carga del fosfato para calcular la carga del ion níquel:
Carga neta=0=(# cationes×carga de los cationes)+(# aniones×carga de los aniones)
Si despejamos esta ecuación, vemos que la suma de las cargas de los cationes debe ser igual a minus, 1 por la suma de las cargas de los aniones.
# cationes×carga de los cationes=−1×(# aniones×carga de los aniones)
Podemos sustituir los valores conocidos, a partir de la fórmula química, del número de cationes y aniones, así como la carga aniónica, y luego resolver para encontrar la carga del níquel:
3×carga de los cationes=−1×(2×3−)=6+carga de los cationes=6+3=2+\begin{aligned}\text{3}\times\greenD{\text{carga de los cationes}}&=-1\times (\text{2}\times{3-})=6+ \\ \\ \greenD{\text{carga de los cationes}}&=\dfrac{6+}{3}=2+\end{aligned}
Ahora ya sabemos que el catión en nuestro compuesto es níquel(II). Para nombrar todo el compuesto, comenzamos con el nombre del anión, seguido por el nombre del catión, incluyendo la carga entre paréntesis, y con números romanos:
Por lo tanto, el nombre del compuesto es fosfato de níquel(II).

Ejemplo 3: descomponer un compuesto iónico en iones

¿Cuáles son los iones que constituyen el compuesto iónico start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?
Especifica la fórmula, carga y número de cada ion.
Al analizar la fórmula de un compuesto iónico, primero buscamos las fórmulas de los iones conocidos. En este caso, observamos que el start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript, permanganato, es uno de los iones poliatómicos mencionados en nuestra lista arriba. En este compuesto, vemos que tenemos dos iones de permanganato.
Puesto que el permanganato lleva una carga 1-, significa que está contribuyendo al compuesto iónico una carga neta de 2, times, left parenthesis, 1minus, right parenthesis, equals, 2minus. Recuerda que en todos los compuestos iónicos, la carga neta del compuesto debe ser cero. Por lo tanto, el calcio debe estar presente como el catión start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript para poder balancear la carga neta 2- de los dos iones de start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript.
Para verificar nuestro razonamiento, podemos preguntarnos: "¿el calcio forma normalmente cationes con carga 2+?" Dado que el start text, C, a, end text es un metal del grupo 2, típicamente perderá dos electrones para formar cationes 2+. Entonces, nuestra respuesta es congruente con nuestro conocimiento de la reactividad química, ¡viva!
Por lo tanto, el compuesto iónico start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript contiene un catión de start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript y dos aniones de start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript.
A menudo es útil poder descomponer un compuesto iónico en sus iones constituyentes. Un ejemplo de esto sería cuando un compuesto iónico se disuelve en agua para una reacción. Muchos compuestos iónicos son solubles en agua y sus iones constituyentes se disocian en solución. Los iones disociados entonces pueden ir y participar en su propia química independientemente de los demás iones en el compuesto iónico original.

Conclusión

Así como los iones se forman cuando los átomos neutros ganan o pierden electrones, un ion poliatómico se forma cuando una molécula neutra gana o pierde electrones. Por lo tanto, un ion poliatómico es un grupo de átomos unidos covalentemente que tiene una carga neta debido a que su número total de electrones no es igual al número total de protones en la molécula. En la estructura de puntos de Lewis de un ion poliatómico, la suma de cargas formales de todos los átomos debe ser igual a la carga neta del ion.
Estar familiarizado con los iones poliatómicos más comunes será útil para reconocer los compuestos iónicos y predecir su reactividad. Aunque aprender todos los iones poliatómicos puede parecer abrumador, existen pautas para las fórmulas, nombres y cargas de muchos iones. Estas pautas se pueden aprender, de manera que no tienes que simplemente memorizar todos los iones.
Extra: una vez que conozcas los iones poliatómicos, puedes jugar el juego "Encuentra el ion poliatómico", que implica buscar ejemplos de compuestos que contienen iones poliatómicos en la vida cotidiana. En este artículo dimos los ejemplos del polvo para hornear y el gis. ¿Puedes encontrar más? Pista: revisa los ingredientes de tu crema para el cuerpo, champú o pasta para dientes. ¡No dudes compartir con los demás en la sección de comentarios a continuación!

¡Inténtalo!

Problema 1
¿Cuál es la fórmula química del hidrógenofosfato de litio?
Escoge 1 respuesta:

Problema 2
¿Cómo se llama el compuesto con la fórmula química left parenthesis, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, start text, S, end text ?
Escoge 1 respuesta:

Problema 3
¿Cuáles son los iones constituyentes en el compuesto iónico start text, F, e, C, r, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 7, end subscript?
Especifica la fórmula, carga y número de cada ion.
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