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Reaccciones 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. Reacciona tanto con metales como con no metales y, entre los no metales es el segundo en reactividad química, después del flúor.

Existen dos alótropos del oxígeno, el más común es la molécula diatómica O₂, el otro es el ozono que es una molécula triatómica, O₃.

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. A continuación se muestra un ejemplo de cada uno de estos.

 

Reaccion con un metal

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.

 

 

A nivel molecular lo que ocurre  es lo siguiente:

 

 

El producto final tiene un coeficiente 2 precediendo a la fórmula  MgO, ésta es la fórmula mínima del óxido del magnesio, pero ¿a qué se debe?

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 ¿por qué se escribe simplemente como MgO?

Porque 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 .

 

Como observas en el ejemplo del modelo molecular, en esta reacción se obtienen dos moléculas de óxido de magnesio.

 

 

 

Reaccion con un no metal

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.

 

A nivel molecular lo que ocurre es lo siguiente:

 

 

Observarás 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:

 

 

 

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. Retomando el ejemplo del magnesio, se observa lo siguiente.

El óxido de magnesio en presencia de agua forma el hidróxido de magnesio.

 

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.

 

Observa que sólo 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.

 

Recuerda que:

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.

Para nombrar el compuesto tienes que poner primero el anión en este caso el hidróxido, seguido de la preposición "de" y el nombre del metal.

 

 

 

Reglas de nomenclatura

La nomenclatura química 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 estequimétrico ó sistemático de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, (IUPAC).
• Sistema de nomenclatura funcional, clásico ó tradicional.
• Sistema de nomenclatura Stock.

OXIDOS METALICOS

 

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

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.

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

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, por ejemplo:

Nomenclatura clásica ó 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:

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

 

 OXIDOS ACIDOS

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

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:

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:

 

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 oper del griego "hyper" quesignifica mayor o superior, por ejemplo:

 

 

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:

 

Dependiendo del número de valencias que presente el no metal, por ejemplo el carbono tiene dos valencias positivas 2+ y 4+, cuando actúa con el número de valencia 2+ al combinarse con el oxígeno 2-, se forma el monóxido de carbono, como se aprecia en la siguiente representación:

Cuando la combinación se lleva a cabo con la valencia 4+, resulta:

 HIDROXIDOS

 

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

¿Cómo se forman y nombran los hidróxidos?

 

 

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

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:

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

Para aprender a escribir los modelos o las fórmulas de los hidróxidos con facilidad, puedes acudir a un recurso didáctico sencillo: combinar directamente el metal en forma de ion positivo con el radical hidroxilo con valencia 1-  (OH)^1-, como se muestra a continuación:

 ACIDO

 

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.
Estos tipos de compuestos son los que producen la lluvia ácida, ya que son productos de desecho de la industria y de vehículos de combustión interna (automotores), debido a que se combinan con la humedad y agua del ambiente.

 

 

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.

Nomenclatura clásica ó tradicional
Si observas, 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:

 

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

 

 HIDRAXIDO

 

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

 

 

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:

Nomenclatura tradicional e IUAPAC
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:

 

 

 

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).

Para escribir y balancear una ecuación química de manera correcta, es necesario tener presente las siguientes recomendaciones:

• Revisar que la ecuación química esté completa y correctamente escrita.
• Observar si se encuentra balanceada.
• Balancear primero los metales, los no metales y al final el oxígeno y el hidrógeno presentes en la ecuación química.
• Escribir los números requeridos como coeficiente al inicio de cada compuesto.
• Contar el número de átomos multiplicando el coeficiente con los respectivos subíndices de las fórmulas y sumar los átomos que estén de un mismo lado de la ecuación.
• Verificar el balanceo final y reajustar si es necesario.

A continuación veremos los pasos a seguir para que realices un balanceo de ecuaciones químicas.
Observa que la ecuación química esté completa y bien escrita.

 

 

Balanceo de un fenómeno de neutralización

 un fenómeno de neutralización, se refiere a cuando, reacciona un ácido y una base, para formar una sal y agua.

• Observar que la ecuación química esté completa y bien escrita.
• Contar el número de elementos existentes en dicha ecuación del lado de los reactivos y después los correspondientes a los productos, empezando por: metales, no metales, dejando para el final al oxígeno e hidrógeno.
• 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.

Dalton y el primer modelo atómico

 

El inicio de la Teoría atómica fue de gran importancia para la ciencia, con ello se pretendía comprender el comportamiento de las sustancias durante los experimentos y así darles una explicación. Dalton es el iniciador de esta revolución científica. A continuación revisaremos su trabajo.

Datos biográficos

Químico y físico británico (1766 - 1844) que conjuntó las ideas que hasta el momento se tenían sobre la estructura de la materia.
De los árabes tomó sus principios: creían que la transformación de un elemento en otro sería posible mediante un elíxir y producirían radiaciones (hay semejanza con el concepto de las reacciones nucleares) y los utilizó como operaciones unitarias (transferencias, cambio de energía y materiales en procesos físicos y físicoquímicos); de los persas retomó el concepto de volatilidad para los procesos de cambio de estado, de Lavoisier, el concepto de lo permanente para la conservación de la materia; de Leucipo la palabra “átomo” y lo asocia con el de “elemento” de Boyle; todo lo anterior le permitió elaborar una serie de hipótesis de trabajo que explicaban su posición ideológica sobre la estructura de la materia que llamó postulados, es el inicio de la Teoría atómica.

Creo 4 postulados:

Primer postulado

Las sustancias se pueden dividir hasta partículas indivisibles y separadas llamadas átomos.

Segundo postulado

Los átomos de un mismo elemento son iguales esencialmente en masa y propiedades, los de otros elementos tienen diferente masa y no se pueden crear o destruir.
En la imagen del lado izquierdo se presentan las marcas arbitrarias o signos que Dalton eligió para representar los diversos elementos químicos. En la imagen del lado derecho están los compuestos que se forman a partir de los elementos.

 

Tercer postulado

Al combinarse dos o más átomos forman un compuesto y la fracción más pequeña de éste es un átomo compuesto, integrado por átomos compuestos idénticos en una relación numérica sencilla de átomos de cada elemento que lo conforma.
Este ejemplo ocurre cuando se combina el azufre y el oxígeno.

 

Cuarto postulado

En una reacción química, los átomos se reacomodan para formar nuevos compuestos.

Importancia

La teoría atómica de Dalton puede explicar la ley de la conservación de la materia de Lavoisier: “Durante una reacción química las sustancias que intervienen no se crean ni se destruyen, sólo se transforman y producen productos”. Observa las siguientes imágenes:

En la imagen de la izquierda se aprecia una balanza, en la que hay unas pesas y del otro lado un trozo de madera que comienza a encenderse. Y en la imagen de la derecha al calcinarse la madera sigue pesando lo mismo que al comienzo, es decir la madera se transformó.

Limitaciones

Dalton pensaba que al combinar un volumen de cloro con uno de hidrógeno obtendría dos volúmenes de cloruro de hidrógeno y que debía existir el mismo número de átomos de cada elemento. Sin embargo, cuando Joseph Louis Gay-Lussac sintetizó agua comprobó que las cantidades no correspondían al modelo propuesto por Dalton.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fórmulas de óxidos metálicos

1.------En este ejercicio combinarás los elementos metálicos con el oxigeno para que formes sus óxidos correspondientes.

 

Ejercicio de completar

 

Combina los siguientes elementos metálicos con el oxígeno: Co, Ca, K, Al, Cu.

Consulta la tabla periódica para observar su valencia (recuerda que algunos de los elementos tienen dos
valencias, elige una) y de acuerdo a su valor combínala para obtener la fórmula del óxido correspondiente. También presta atención en:

1. El subíndice (repasa el intercambio de valencias).
2. Para el nombre recuerda que se utiliza la palabra genérica “óxido” seguida de la preposición “de” y el nombre del metal con la valencia (entre paréntesis y en números romanos). Revisa el ejemplo que te damos del óxido de cobalto.
3. Coloca la fórmula y el nombre en los cuadros correspondientes (escribe los subíndices con números normales. Ejemplo: CO₂ quedaría como "CO2").
4. Al concluir da clic en el botón Verificar para que compares tus respuestas.

Oxígeno combinado con

Fórmula

Nombre

Ca

Ca2oO2

oxido de calcio

CaO

Óxido de calcio

Co³⁺

CO2O3

oxido de cobalto (III)

Co₂O₃

Óxido de cobalto (III)

K

K2O

oxido de potasio

K₂O

Óxido de potasio

Al

Al2O3

oxido de aluminio

Al₂O₃

Óxido de aluminio

Cu^{1+, 2+}

C2O1 C2O2

oxido de cobre oxido de cobre (II)

Cu₂O
CuO

Óxido de cobre (I)
Óxido de cobre (II)    

Hidróxidos y ácidos

Al realizar este ejercicio podrás ejercitar la formación de hidróxidos y ácidos a partir de la combinación de óxidos metálicos y no metálicos con el agua.

 

Ejercicio de arrastrar

 

2.------A continuación se presentan tres metales que debes combinar con el radical (OH)^- para formar hidróxidos:
 Entrecruza las valencias y arrastra la opción correcta al lugar que corresponde.
 Una vez que hayas terminado de arrastrar las valencias, podrás consultar la retroalimentación que aparecerá de forma automática.

 

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Recuerda que:

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.
Para nombrar el compuesto tienes que poner primero el anión en este caso el hidróxido, seguido de la preposición "de" y el nombre del metal.

 

Te sugerimos que revises el Laboratorio Virtual para complementar el tema.


3.----A continuación se presenta el Laboratorio Virtual. En él podrás observar las reacciones del oxígeno con metales y no metales, y los productos formados con el agua.
     

 

REFERENCIA:

 

http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/u2/oxigeno_elementos