Ácidos
Lo que vas a aprender
- Distinguir un hidrácido de un oxácido por su fórmula.
- Escribir la ecuación balanceada de formación de un oxácido a partir de un óxido ácido y agua, y de un hidrácido a partir de sus elementos.
- Calcular el número de oxidación del elemento central de un oxácido y usarlo para elegir su nombre.
- Nombrar hidrácidos y oxácidos comunes con los nombres que acepta la IUPAC.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
En el estómago hay ácido clorhídrico, en la batería de un carro hay ácido sulfúrico y en una gaseosa hay ácido carbónico. Son sustancias muy distintas, pero las tres son ácidos, y sus nombres siguen un patrón que, una vez entendido, te deja leer la fórmula de cualquier ácido común y escribirla a partir del nombre.
Además, ya conoces la mitad de la historia. En la lección anterior viste que los óxidos de los no metales se llaman óxidos ácidos. Aquí verás por qué: con agua, forman ácidos.
Antes de empezar necesitas calcular números de oxidación con la regla de la suma, saber qué es un óxido ácido y balancear una ecuación sencilla contando átomos.
Explicación
Qué tienen en común los ácidos
Para la nomenclatura, un ácido es un compuesto que tiene hidrógeno y que, disuelto en agua, puede liberar ese hidrógeno como ion H⁺. Por eso en la fórmula de un ácido el hidrógeno va primero: HCl, H₂S, HNO₃, H₂SO₄. En todos ellos el hidrógeno tiene número de oxidación +1, porque está unido a no metales.
Hay dos familias, según tengan oxígeno o no.
Hidrácidos: hidrógeno y un no metal
Los hidrácidos se forman con hidrógeno y un no metal de los grupos 17 (flúor, cloro, bromo, yodo) o 16 (azufre). No tienen oxígeno. El no metal tiene su número de oxidación negativo: −1 los del grupo 17 y −2 el azufre. Con la regla de la suma sale la fórmula: con el cloro, un hidrógeno (HCl); con el azufre, dos (H₂S).
Se forman por la unión directa de los elementos, por ejemplo hidrógeno con cloro. Tienen dos nombres, según cómo estén:
- Como sustancia pura, sin agua, se nombran con la terminación -uro del no metal y «de hidrógeno»: cloruro de hidrógeno (HCl), sulfuro de hidrógeno (H₂S).
- Disueltos en agua, que es cuando actúan como ácidos, se nombran «ácido» más la raíz del no metal con la terminación -hídrico: ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico, ácido bromhídrico, ácido yodhídrico, ácido sulfhídrico.
Oxácidos: un óxido ácido más agua
Los oxácidos tienen tres elementos: hidrógeno, un no metal (el elemento central) y oxígeno. Se forman cuando un óxido ácido reacciona con agua:
$$\text{óxido ácido} + \text{agua} \rightarrow \text{oxácido}$$
Para escribir la fórmula del ácido se suman los átomos del óxido y del agua, en el orden H, elemento central, O. Si todos los subíndices son pares, se dividen entre 2 y se pone un 2 delante del ácido en la ecuación. Así, el pentaóxido de dinitrógeno con agua da H₂N₂O₆, que se simplifica a HNO₃, y la ecuación queda con dos HNO₃. El fósforo es un caso especial: su ácido más común se forma con tres moléculas de agua por cada P₂O₅.
Hay un detalle muy útil: el elemento central conserva su número de oxidación al pasar del óxido al ácido. El agua solo aporta H con +1 y O con −2, que se compensan entre sí. Por eso, si el azufre tiene +6 en el SO₃, también tiene +6 en el H₂SO₄ que se forma.
Los nombres de los oxácidos
Para los oxácidos comunes, la IUPAC acepta los nombres de siempre, que son los que se usan en los laboratorios y en las etiquetas. Esos nombres siguen la lógica de las terminaciones -oso e -ico según el número de oxidación del elemento central:
- Si el elemento tiene dos números de oxidación posibles en sus oxácidos, el menor lleva -oso y el mayor -ico. El azufre con +4 forma el ácido sulfuroso, H₂SO₃, y con +6 el ácido sulfúrico, H₂SO₄. El nitrógeno con +3 forma el ácido nitroso, HNO₂, y con +5 el ácido nítrico, HNO₃.
- Si tiene cuatro, como el cloro, se agregan los prefijos hipo- (para el menor) y per- (para el mayor): con +1, ácido hipocloroso (HClO); con +3, ácido cloroso (HClO₂); con +5, ácido clórico (HClO₃); con +7, ácido perclórico (HClO₄). El bromo y el yodo siguen la misma serie.
- El carbono, con +4, forma el ácido carbónico, H₂CO₃, y el fósforo, con +5, el ácido fosfórico, H₃PO₄.
Fíjate en que no hay que memorizar el número: se calcula con la regla de la suma, y el número decide el nombre.
La IUPAC tiene también una nomenclatura sistemática para los oxácidos, la de hidrógeno, que describe la estructura: el H₂SO₄ se llama dihidrogeno(tetraoxidosulfato). Es precisa, pero larga, y en el colegio casi no se usa. En algunos libros verás nombres como «ácido tetraoxosulfúrico(VI)»: son de una propuesta antigua que las recomendaciones actuales de la IUPAC ya no usan.
Ejemplo resuelto
Del óxido al ácido sulfúrico
Escribe la ecuación de formación del ácido que da el SO₃ con agua, comprueba que está balanceada y nombra el ácido.
Ver la solución paso a paso
Sumamos los átomos del SO₃ y del H₂O, en el orden H, S, O: dos hidrógenos, un azufre y cuatro oxígenos. El ácido es H₂SO₄:
$$\mathrm{SO_{3} + H_{2}O \rightarrow H_{2}SO_{4}}$$
Para elegir el nombre calculamos el número de oxidación del azufre en el óxido; llamamos $x$ al del azufre:
$$x + 3 \cdot \left(-2\right) = 0$$
Despejamos:
$$x = 6$$
En el ácido el azufre conserva ese número:
$$2 \cdot 1 + 1 \cdot 6 + 4 \cdot \left(-2\right) = 0$$
+6 es el mayor de los dos números del azufre en sus oxácidos, así que el nombre lleva -ico: ácido sulfúrico.
Respuesta: SO₃ + H₂O → H₂SO₄; es el ácido sulfúrico.
Ejemplo resuelto
Cuando hay que simplificar
Escribe la ecuación balanceada de formación del ácido que da el N₂O₅ con agua y nombra el ácido.
Ver la solución paso a paso
Sumamos los átomos del N₂O₅ y del H₂O. Quedan dos hidrógenos, dos nitrógenos y seis oxígenos: H₂N₂O₆. Todos los subíndices son pares, así que dividimos entre 2 y el ácido es HNO₃. Para conservar los átomos ponemos un 2 delante:
$$\mathrm{N_{2}O_{5} + H_{2}O \rightarrow 2HNO_{3}}$$
Contamos los oxígenos del producto para confirmarlo; son los cinco del óxido y uno del agua:
$$2 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{HNO_{3}} = 5 + 1$$
Calculamos el número del nitrógeno en el ácido:
$$1 + x + 3 \cdot \left(-2\right) = 0$$
Despejamos:
$$x = 5$$
+5 es el mayor de los dos números del nitrógeno en sus oxácidos: ácido nítrico.
Respuesta: N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃; es el ácido nítrico.
Ejemplo resuelto
Un hidrácido a partir de sus elementos
Escribe la ecuación balanceada de formación del cloruro de hidrógeno a partir del H₂ y del Cl₂, y la fórmula del sulfuro de hidrógeno.
Ver la solución paso a paso
El hidrógeno y el cloro forman moléculas de dos átomos. Cada HCl lleva uno de cada uno, así que de una molécula de cada elemento salen dos de HCl:
$$\mathrm{H_{2} + Cl_{2} \rightarrow 2HCl}$$
En el sulfuro de hidrógeno, el azufre tiene −2 y cada hidrógeno +1, así que hacen falta dos hidrógenos:
$$2 \cdot 1 + 1 \cdot \left(-2\right) = 0$$
La fórmula es H₂S. Disuelto en agua, el HCl se llama ácido clorhídrico y el H₂S, ácido sulfhídrico.
Respuesta: H₂ + Cl₂ → 2HCl; el sulfuro de hidrógeno es H₂S.
Práctica
¿Cuál es el número de oxidación del bromo en el HBrO₃?
1 + x − 6 = 0, así que el bromo tiene +5. En la serie del bromo, +5 lleva -ico: es el ácido brómico.
¿Cuál es el número de oxidación del yodo en el HIO? Escribe el número con su signo si es negativo.
1 + x − 2 = 0, así que el yodo tiene +1, el menor de su serie: es el ácido hipoyodoso.
¿Cuál es el número de oxidación del nitrógeno en el HNO₂? Escribe el número con su signo si es negativo.
1 + x − 4 = 0, así que el nitrógeno tiene +3, el menor de sus dos: es el ácido nitroso.
¿Cuál es el número de oxidación del azufre en el H₂S? Escribe el número con su signo si es negativo.
Los dos hidrógenos suman +2, así que el azufre tiene −2. En los hidrácidos el no metal tiene su número negativo.
El CO₂ reacciona con H₂O y forma un oxácido. ¿Cuántos átomos de oxígeno tiene la fórmula de ese ácido?
Dos oxígenos del óxido y uno del agua: el ácido es H₂CO₃, el ácido carbónico.
En la formación del ácido fosfórico, P₂O₅ + 3H₂O → ? H₃PO₄, ¿qué coeficiente va en lugar del signo de interrogación?
Hay dos fósforos a la izquierda y cada H₃PO₄ tiene uno: hacen falta dos. Así también quedan seis hidrógenos y ocho oxígenos a cada lado.
¿Verdadero o falso? Esta ecuación de formación del ácido sulfuroso está balanceada: $\mathrm{SO_{2} + H_{2}O \rightarrow H_{2}SO_{3}}$
A cada lado hay dos hidrógenos, un azufre y tres oxígenos.
¿Verdadero o falso? Esta ecuación de formación del ácido perclórico está balanceada: $\mathrm{Cl_{2}O_{7} + H_{2}O \rightarrow HClO_{4}}$
A la izquierda hay dos cloros y a la derecha uno. Con 2HClO₄ quedan dos cloros, dos hidrógenos y ocho oxígenos a cada lado.
¿Qué nombre recibe el HCl disuelto en agua?
El HCl no tiene oxígeno: es un hidrácido, y en agua se nombra con -hídrico. Los otros tres nombres son de oxácidos del cloro.
¿Qué diferencia a un oxácido de un hidrácido?
Los dos tienen hidrógeno y un no metal. El oxácido, además, tiene oxígeno, porque se forma a partir de un óxido ácido y agua.
Reto
¿Hidrácido u oxácido?
Mira si la fórmula tiene oxígeno.
Reto
El código de la familia del cloro.
Cada pista da un dígito: el número de oxidación del cloro en ese ácido.
Reto
Del óxido al ácido sulfuroso.
Elige en cada espacio el valor correcto. Recuerda que el elemento central conserva su número de oxidación.
Cierre
En resumen
Un ácido tiene hidrógeno que en agua se libera como H⁺; en su fórmula el hidrógeno va primero y tiene +1.
Los hidrácidos tienen hidrógeno y un no metal, sin oxígeno; puros se nombran «-uro de hidrógeno» y en agua, «ácido …hídrico».
Un oxácido se forma con un óxido ácido y agua; se suman los átomos y, si todos los subíndices son pares, se simplifica.
El elemento central conserva su número de oxidación del óxido al ácido, y ese número decide el nombre (hipo-…-oso, -oso, -ico, per-…-ico).
La IUPAC acepta los nombres de siempre para los oxácidos comunes; su nomenclatura sistemática, la de hidrógeno, es precisa pero larga.
Vocabulario
- Ácido
Compuesto con hidrógeno que, disuelto en agua, libera iones H⁺. En su fórmula el hidrógeno se escribe primero.
- Hidrácido
Ácido formado por hidrógeno y un no metal, sin oxígeno; por ejemplo, el HCl.
- Oxácido
Ácido formado por hidrógeno, un no metal y oxígeno; por ejemplo, el H₂SO₄.
- Elemento central
En un oxácido, el no metal distinto del hidrógeno y del oxígeno; su número de oxidación decide el nombre.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Escriba HCl, H₂SO₄ y H₂CO₃ y pregunte qué tienen en común las tres fórmulas y en qué se diferencia la primera de las otras dos.
- Explicación · 20 min — Hidrácidos y oxácidos; la suma de óxido y agua hecha en el tablero, con la simplificación del nitrógeno. La serie del cloro en una tabla de cuatro filas con su número de oxidación al lado.
- Práctica · 15 min — Preguntas y retos en parejas. Pida que antes de dar un nombre escriban la suma que da el número del elemento central.
- Cierre · 5 min — Cada estudiante escribe la ecuación de formación del ácido carbónico y explica con el número de oxidación por qué termina en -ico.
Preguntas para el salón
- ¿Por qué el azufre tiene el mismo número de oxidación en el SO₃ y en el H₂SO₄?
- Si el cloro tiene cuatro ácidos con oxígeno, ¿cómo sabe cuál es el «-oso» y cuál el «hipo-…-oso»?
- ¿Por qué el HCl tiene dos nombres distintos?
Errores típicos
- Confundir ácido clorhídrico (HCl) con ácido clórico (HClO₃). Señale que -hídrico es para los que no tienen oxígeno; ponga las dos fórmulas juntas y pregunte cuál tiene oxígeno.
- Sumar el óxido y el agua y no simplificar (escribir H₂N₂O₆). Pida que revisen siempre si todos los subíndices son pares, y que el coeficiente de la ecuación compense la simplificación.
- Elegir -oso o -ico de memoria, sin calcular el número de oxidación. Exija la suma escrita; con el número a la vista, el nombre sale de la serie.
- Balancear cambiando subíndices en vez de coeficientes. Recuerde que cambiar un subíndice cambia la sustancia: H₂SO₄ y H₂SO₃ son dos ácidos distintos.
Tarea sugerida
Escribir las ecuaciones de formación del ácido carbónico, del ácido nitroso y del ácido hipocloroso a partir de sus óxidos (CO₂, N₂O₃ y Cl₂O), balancearlas y comprobar el número de oxidación del elemento central en el óxido y en el ácido.