Ejemplo resuelto: Escribiendo fórmulas empíricas para compuestos iónicos

Tratemos de obtener la fórmula empírica para  algunos compuestos iónicos más complejos.   Digamos que estamos pensando en óxido de hierro,  en realidad esta es una imagen de óxido de hierro,   no es un óxido de hierro cualquiera, es óxido de  hierro 3. Sabemos que será un compuesto iónico   porque se forma entre un metal, el hierro, y un  no metal, el oxígeno. Ahora, cuando hablamos de   compuestos iónicos formados con lo que a menudo  se conoce como metales de transición -que son   estos metales que tenemos aquí, y podemos ver  que el hierro está justo aquí-, pueden perder   un número distinto de electrones; algunas veces a  esto se le denomina estado de oxidación. Entonces,   estos números romanos nos dicen esencialmente  cuántos electrones han perdido. Otra forma de   verlo es que podemos pensar que esta es su carga:  si un átomo de hierro neutro pierde 3 electrones,   entonces tendrá una carga 3 positiva. Ahora, esto  nos dice que es un óxido, es decir, un compuesto   iónico que se forma con una versión iónica de  oxígeno. Si observamos el oxígeno que tenemos   aquí, vemos que tiene 8 electrones en total,  pero en esa segunda capa tiene 6 electrones,   6 electrones de valencia; quiere llegar a 8, por  lo que normalmente el oxígeno tomará 2 electrones   de otro elemento. De modo que cuando se trata  de óxidos, normalmente tiene que ver con que   el oxígeno toma 2 electrones de otro elemento,  es decir, tiene una carga negativa de 2. Ahora   sabemos que estas dos cosas deben combinarse de  manera que todo el compuesto iónico tenga una   carga neutra, así que ¿cómo puede suceder  eso? Bueno, pensémoslo de esta manera:   si tenemos 2 hierros y 3 oxígenos, entonces las  cargas se cancelan. Déjenme escribir eso. Si   tenemos 2 hierros y 3 oxígenos, la carga total del  hierro va a ser 2 x 3 positivo, que es 6 positivo,   y la carga total de los oxígenos va a ser igual  a 3 x 2 negativo, que es igual a 6 negativo;   así que tenemos 6 positivo y 6 negativo, termina  siendo neutral. Pero ahora podrías preguntar:   "¿Cómo te diste cuenta de eso?" Bueno, podríamos  decir que con un poco de intuición, pero también   existe algo conocido como Técnica de cruce, que en  realidad sólo consiste en que si tenemos este tipo   de situación, donde sabemos que el hierro 3 tiene  una carga positiva de 3 y el oxígeno normalmente   tiene una carga negativa de 2 o una carga 2  negativa, bueno, entonces podemos intercambiar   las cargas. De modo que si el oxígeno tiene una  carga negativa de 2 entonces tendremos 2 hierros,   y el hierro tiene una carga positiva de 3, o  3 positivo, entonces vamos a tener 3 oxígenos.   A esto a menudo se le llama Truco cruzado, pero  quiero que entiendan la razón por la que funciona:   1 sólo hierro y 1 sólo oxígeno no se cancelarán,  pero si tenemos 2 hierros tenemos una carga   positiva de 6 y necesitamos 3 oxígenos para  contrarrestar eso, para obtener óxido de   hierro 3 neutro. Hagamos otro ejemplo. Digamos  que aquí tenemos óxido de calcio. Una vez más,   ¿qué tipo de ión tiende a formar el calcio? Bueno,  vemos el calcio justo aquí y a todos los elementos   de esta segunda columna les es más fácil llegar a  una capa externa completa perdiendo 2 electrones,   por lo que al perder 2 electrones el ión calcio  normalmente tendrá una carga positiva de 2. Ya   hemos hablado de óxidos, que normalmente tendrán  una carga negativa de 2. Ahora, si aplicamos   automáticamente la Técnica del cruce, diríamos  "Está bien, tenemos una carga negativa de 2 para   el oxígeno", así que pondremos 2 calcios aquí  y luego una carga positiva de 2 para el calcio,   así que pondremos 2 oxígenos aquí. Podríamos  decir que tal vez esa sea la fórmula empírica,   pero queremos que la fórmula empírica sea lo  más simple posible, así que vemos que ambos   son divisibles entre 2. Podemos usar el método  que aprendimos en la secundaria para reducir   fracciones, podríamos dividir ambos entre 2 para  obtener óxido de calcio, como este, que es la   fórmula empírica real del óxido de calcio. Ahora,  a mi cerebro no le gusta hacer el Truco del cruce,   porque al hacerlo en realidad no estamos pensando  en lo que está pasando. Lo que me gusta decir es   "Bueno, tenemos calcio, oxígeno, 2 positivo, 2  negativo, automáticamente podemos cancelar ambas   cargas y obtendríamos directamente el óxido de  calcio". Ahora, lo último que enfatizaré es que   los elementos que están en una misma columna en  la tabla periódica a menudo se pueden intercambiar   en estos compuestos iónicos. Por ejemplo, existe  óxido de calcio, pero el sulfuro de calcio también   es otro compuesto iónico, y el azufre, debido a  que está en la misma columna de la tabla periódica   que el oxígeno, también tiende a formar un ion  negativo con una carga negativa de 2; de modo que   la fórmula empírica para el sulfuro de calcio, muy  similar al del óxido de calcio, va a ser CA, y por   cada calcio tienes 1 azufre, 2 cargas positivas  o una carga positiva de 2 y una carga negativa de   2 justo aquí. Asimismo, tenemos cloruro de sodio,  cloruro de sodio, y también podemos tener fluoruro   de sodio o podríamos tener fluoruro de litio  o cloruro de litio y podemos seguir y seguir.