Óxidos e hidróxidos
Lo que vas a aprender
- Clasificar un óxido como básico o ácido según el elemento que se une al oxígeno.
- Escribir la fórmula de un óxido o de un hidróxido a partir de los números de oxidación, y comprobarla con la suma.
- Nombrar óxidos e hidróxidos con la nomenclatura sistemática y con la de stock, y pasar del nombre a la fórmula.
- Escribir la ecuación balanceada de formación de un hidróxido a partir de un óxido básico y agua.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
El dióxido de carbono que exhalas, la cal viva que se usa en construcción y la capa rojiza que aparece sobre una reja vieja tienen algo en común: son compuestos del oxígeno con otro elemento, es decir, óxidos. Cuando un óxido de un metal reacciona con agua aparece otra familia, la de los hidróxidos, que son bases.
Cada uno de esos compuestos tiene un nombre que cualquier químico del mundo entiende igual, porque se forma con reglas de la IUPAC. Con esas reglas, el nombre te dice la fórmula y la fórmula te dice el nombre, sin memorizar listas.
Antes de empezar necesitas calcular números de oxidación con la regla de la suma (la lección anterior) y saber ubicar en la tabla periódica los metales y los no metales.
Explicación
Los óxidos
Un óxido es un compuesto de dos elementos en el que uno es el oxígeno, con número de oxidación −2. Según quién acompañe al oxígeno, hay dos clases:
- Óxidos básicos: el oxígeno se une a un metal (CaO, Na₂O, Fe₂O₃). Los que reaccionan con agua forman hidróxidos, que son bases; de ahí su nombre.
- Óxidos ácidos: el oxígeno se une a un no metal (CO₂, SO₃, N₂O₅). Los que reaccionan con agua forman ácidos, como verás en la próxima lección. En textos viejos se llaman anhídridos; la IUPAC ya no usa ese nombre.
Para escribir la fórmula de un óxido de un metal se buscan los números de átomos que hacen que la suma de los números de oxidación dé cero. Un truco rápido es cruzar los números: el del metal pasa a ser el subíndice del oxígeno y el del oxígeno (sin signo) pasa a ser el subíndice del metal. Con el aluminio (+3) sale Al₂O₃. Si los dos subíndices se pueden dividir por un mismo número, se simplifican: con el calcio (+2) saldría Ca₂O₂, que se escribe CaO. En los óxidos de no metales, que son moléculas, la fórmula se escribe como es la molécula y no se simplifica por costumbre.
Nombrar óxidos: dos nomenclaturas de la IUPAC
Sistemática (con prefijos). Dice cuántos átomos hay de cada elemento con los prefijos mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), hexa (6) y hepta (7). Se nombra primero el oxígeno y luego el otro elemento:
- CO₂: dióxido de carbono; N₂O₅: pentaóxido de dinitrógeno; Fe₂O₃: trióxido de dihierro.
- El prefijo mono se usa para el oxígeno cuando hay uno solo: CO es monóxido de carbono. Para el segundo elemento no se usa: se dice «dióxido de carbono», no «dióxido de monocarbono».
- Las vocales no se quitan (pentaóxido, heptaóxido). La única contracción aceptada es monóxido, en vez de «monoóxido».
De stock. Se dice «óxido de» y el nombre del elemento, y enseguida, entre paréntesis y en números romanos, su número de oxidación: FeO es óxido de hierro(II) y Fe₂O₃ es óxido de hierro(III). El paréntesis va pegado al nombre, sin espacio.
Dos advertencias que evitan los errores más comunes:
- El número romano es el número de oxidación, no el subíndice. En el Fe₂O₃ hay dos hierros, pero el nombre lleva (III), porque cada hierro tiene +3.
- El número romano solo se escribe si el elemento puede tener más de un número de oxidación. El sodio, el calcio y el aluminio tienen uno solo, así que se dice «óxido de sodio», «óxido de calcio», «óxido de aluminio», sin paréntesis.
La de stock se usa sobre todo con los metales; para los óxidos de no metales, la sistemática es la más clara, porque en ellos un mismo número de oxidación puede aparecer en moléculas distintas.
La tradicional, que aún se ve. En etiquetas y textos viejos encontrarás nombres con las terminaciones -oso (el número de oxidación menor) e -ico (el mayor): óxido ferroso es FeO y óxido férrico es Fe₂O₃. El problema es que «-ico» no dice cuánto vale el número, solo que es el mayor de dos; por eso la IUPAC ya no la recomienda.
Los hidróxidos
Cuando un óxido básico reacciona con agua se forma un hidróxido: un metal unido a uno o más grupos OH. El grupo OH es el ion hidróxido, OH⁻: el oxígeno aporta −2 y el hidrógeno +1, así que el grupo entero aporta −1. Por eso el metal lleva tantos grupos OH como indica su número de oxidación: el sodio (+1) forma NaOH, el calcio (+2) forma Ca(OH)₂ y el hierro con +3 forma Fe(OH)₃. El paréntesis indica que el subíndice multiplica al oxígeno y al hidrógeno.
Los hidróxidos se nombran igual que los óxidos, cambiando la palabra:
- Stock: Fe(OH)₃ es hidróxido de hierro(III); NaOH es hidróxido de sodio.
- Sistemática: Fe(OH)₃ es trihidróxido de hierro.
- Tradicional: Fe(OH)₃ es hidróxido férrico, y Fe(OH)₂, hidróxido ferroso.
Del nombre a la fórmula se va al revés: «hidróxido de cobre(II)» dice que el cobre tiene +2, así que lleva dos grupos OH, Cu(OH)₂. Siempre se puede comprobar con la suma.
Ejemplo resuelto
De la fórmula al nombre
Nombra el Fe₂O₃ con la nomenclatura de stock y con la sistemática.
Ver la solución paso a paso
Contamos los átomos: hay dos de hierro
$$\text{átomos de Fe en }\mathrm{Fe_{2}O_{3}} = 2$$
y tres de oxígeno.
$$\text{átomos de O en }\mathrm{Fe_{2}O_{3}} = 3$$
Llamamos $x$ al número de oxidación del hierro. Cada oxígeno tiene −2 y la suma da cero:
$$2x + 3 \cdot \left(-2\right) = 0$$
Despejamos:
$$x = 3$$
El hierro puede tener +2 o +3, así que el nombre de stock lleva el número romano: óxido de hierro(III). Con prefijos, tres oxígenos y dos hierros: trióxido de dihierro.
Respuesta: Óxido de hierro(III), o trióxido de dihierro.
Ejemplo resuelto
Del nombre a la fórmula
Escribe la fórmula del óxido de aluminio y la ecuación balanceada de su formación a partir del aluminio y del oxígeno, O₂.
Ver la solución paso a paso
El aluminio tiene +3 y el oxígeno −2. Cruzando los números salen dos aluminios y tres oxígenos. Comprobamos que la suma da cero:
$$2 \cdot 3 + 3 \cdot \left(-2\right) = 0$$
La fórmula es Al₂O₃. Ahora la ecuación: si escribimos Al + O₂ → Al₂O₃ sin balancear, hay dos oxígenos a la izquierda y tres a la derecha. El menor múltiplo común de 2 y 3 es 6: con 3 O₂ a la izquierda y 2 Al₂O₃ a la derecha hay seis oxígenos en cada lado, y entonces hacen falta cuatro aluminios:
$$\mathrm{4Al + 3O_{2} \rightarrow 2Al_{2}O_{3}}$$
Contamos los aluminios del producto para confirmarlo:
$$2 \cdot \text{átomos de Al en }\mathrm{Al_{2}O_{3}} = 4$$
Respuesta: Al₂O₃; 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
Ejemplo resuelto
Un óxido básico con agua
Escribe la ecuación balanceada de la reacción del óxido de sodio con agua y nombra el producto.
Ver la solución paso a paso
El sodio tiene +1 y el oxígeno −2, así que el óxido es Na₂O:
$$2 \cdot 1 + 1 \cdot \left(-2\right) = 0$$
Con agua forma el hidróxido del sodio. Como el sodio tiene +1, lleva un solo grupo OH: NaOH. Si escribimos Na₂O + H₂O → NaOH sin balancear, quedan dos sodios a la izquierda y uno a la derecha. Con un 2 delante del NaOH se igualan todos los elementos:
$$\mathrm{Na_{2}O + H_{2}O \rightarrow 2NaOH}$$
El sodio solo tiene un número de oxidación, así que el producto se llama hidróxido de sodio, sin número romano.
Respuesta: Na₂O + H₂O → 2NaOH; el producto es el hidróxido de sodio.
Práctica
El Cu₂O se nombra con la nomenclatura de stock. ¿Qué número de oxidación indica el número romano de su nombre?
Un oxígeno aporta −2 y se reparte entre dos cobres: cada uno tiene +1. El nombre es óxido de cobre(I). El 2 del subíndice no es el número romano.
¿Cuál es el número de oxidación del plomo en el PbO₂? Con él se escribe su nombre de stock.
Dos oxígenos aportan −4, así que el plomo tiene +4: es el óxido de plomo(IV), o dióxido de plomo.
¿Cuál es el número de oxidación del nitrógeno en el N₂O₅?
Cinco oxígenos aportan −10, que se reparten entre dos nitrógenos: cada uno tiene +5. Su nombre sistemático es pentaóxido de dinitrógeno.
¿Cuántos átomos de oxígeno hay en una molécula de pentaóxido de difósforo?
Penta quiere decir cinco: la fórmula es P₂O₅, con cinco oxígenos y dos fósforos.
¿Cuál es el número de oxidación del hierro en el Fe(OH)₂?
Cada grupo OH aporta −1 y hay dos, así que el hierro tiene +2: es el hidróxido de hierro(II).
En la formación del óxido de aluminio, 4Al + 3O₂ → ? Al₂O₃, ¿qué coeficiente va en lugar del signo de interrogación?
Hay cuatro aluminios a la izquierda y cada Al₂O₃ tiene dos: hacen falta dos. Con eso también hay seis oxígenos a cada lado.
¿Verdadero o falso? Esta ecuación de formación del hidróxido de calcio está balanceada: $\mathrm{CaO + H_{2}O \rightarrow Ca(OH)_{2}}$
A cada lado hay un calcio, dos oxígenos y dos hidrógenos.
¿Verdadero o falso? Esta ecuación está balanceada: $\mathrm{K_{2}O + H_{2}O \rightarrow KOH}$
A la izquierda hay dos potasios y a la derecha uno. Con 2KOH queda balanceada.
¿Cuál de estos compuestos es un óxido ácido?
El azufre es un no metal, así que su óxido es ácido. El calcio, el sodio y el hierro son metales: sus óxidos son básicos.
¿Cuál es el nombre sistemático del CO?
Hay un oxígeno, así que se dice monóxido. El prefijo mono no se usa para el segundo elemento.
Reto
Une cada fórmula con su nombre.
Lee los subíndices y calcula el número de oxidación del metal antes de elegir.
Reto
Lleva cada compuesto a su familia.
Mira quién acompaña al oxígeno: un metal, un no metal o grupos OH.
Reto
Abre el candado con los números romanos.
Cada pista da un dígito: el número de oxidación del metal, que es el número romano de su nombre de stock.
Cierre
En resumen
Un óxido es un compuesto del oxígeno (−2) con otro elemento; si el elemento es un metal el óxido es básico, y si es un no metal, ácido.
La fórmula de un óxido de metal se obtiene buscando que la suma de los números de oxidación dé cero, y se simplifica si se puede.
En la nomenclatura sistemática los prefijos dicen cuántos átomos hay; mono se usa para el oxígeno (monóxido) y no para el segundo elemento.
En la de stock, el número romano es el número de oxidación del elemento, no su subíndice, y solo se escribe si el elemento puede tener más de uno.
Un óxido básico con agua forma un hidróxido; el metal lleva tantos grupos OH como su número de oxidación.
Vocabulario
- Óxido
Compuesto binario formado por oxígeno, con número de oxidación −2, y otro elemento.
- Óxido básico
Óxido de un metal. Si reacciona con agua, forma un hidróxido.
- Óxido ácido
Óxido de un no metal. Si reacciona con agua, forma un oxácido.
- Hidróxido
Compuesto formado por un metal y uno o más grupos OH, el ion hidróxido OH⁻.
- Nomenclatura de stock
Forma de nombrar que indica con un número romano entre paréntesis el número de oxidación del elemento, cuando ese elemento puede tener más de uno.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Muestre una puntilla oxidada o una foto de una reja vieja y pregunte qué elementos creen que hay en lo rojizo. Escriba FeO y Fe₂O₃ y recuerde que ya saben calcular el número del hierro en cada uno.
- Explicación · 20 min — Óxidos básicos y ácidos con la tabla periódica a la vista. Las dos nomenclaturas en dos columnas del tablero, con los mismos cinco compuestos, y después los tres ejemplos.
- Práctica · 15 min — Preguntas y retos en parejas. Antes de aceptar un nombre de stock, pida que digan en voz alta la suma que comprueba el número romano.
- Cierre · 5 min — Cada estudiante escribe la fórmula de un óxido y de un hidróxido de un metal que se le asigne, con sus dos nombres.
Preguntas para el salón
- ¿Por qué el Fe₂O₃ se llama óxido de hierro(III) si tiene dos hierros?
- ¿Por qué no se escribe «óxido de sodio(I)»?
- Si un óxido con agua da una base, ¿qué esperan que dé el óxido de un no metal con agua?
Errores típicos
- Poner como número romano el subíndice del metal (llamar al Fe₂O₃ óxido de hierro(II)). Pida siempre la suma de comprobación: con +2 en el Fe₂O₃ la suma da −2, no cero.
- Escribir el número romano para metales con un solo número de oxidación, como en «hidróxido de calcio(II)». Haga una lista corta en la pared de los metales que sí necesitan el número (hierro, cobre, plomo, níquel, manganeso, cromo) y de los que no (grupos 1 y 2, aluminio).
- Usar mono para el segundo elemento («monóxido de monocarbono») o quitar vocales en otros prefijos. Compare CO y CO₂ en el tablero y señale que el carbono nunca lleva prefijo en esos nombres.
- Olvidar el paréntesis en los hidróxidos con varios OH (escribir CaOH2). Cuente con ellos los oxígenos y los hidrógenos con y sin paréntesis y muestre que sin él la fórmula dice otra cosa.
Tarea sugerida
Escribir la fórmula y los nombres de stock y sistemático de cuatro óxidos (de cobre con +1 y +2, de níquel con +2 y de plomo con +4) y la ecuación balanceada de formación del hidróxido de potasio a partir de su óxido.