Casos especiales de oxácidos: meta, orto y piro
En una planta de fertilizantes de Santa Cruz se parte de compuestos de fósforo para abonar cultivos de soya y de caña. Con el mismo anhídrido, $\mathrm{P_2O_5}$, se pueden obtener tres ácidos distintos: $\mathrm{HPO_3}$, $\mathrm{H_4P_2O_7}$ y $\mathrm{H_3PO_4}$. ¿Qué cambia entre uno y otro y por qué llevan nombres diferentes? La respuesta está en cuánta agua se combina con el anhídrido.
Del anhídrido al oxácido
Un oxácido se forma cuando un anhídrido (no metal + oxígeno) reacciona con agua:
$$\text{anhídrido} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \text{oxácido}$$Por ejemplo, el anhídrido carbónico forma el ácido carbónico:
$$\mathrm{CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3}$$Y el anhídrido sulfúrico forma el ácido sulfúrico:
$$\mathrm{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}$$En estos casos basta una molécula de agua. Pero algunos no metales (fósforo, arsénico, silicio y boro) pueden combinarse con más de una cantidad de agua. Cada cantidad da un ácido diferente, y los prefijos meta, piro y orto indican cuál es.
Explica con tus palabras qué significan los prefijos meta, piro y orto en un oxácido: cuántas moléculas de agua se combinan, en cada caso, con el anhídrido de fósforo…
Explica con tus palabras qué significan los prefijos meta, piro y orto en un oxácido: cuántas moléculas de agua se combinan, en cada caso, con el anhídrido de fósforo $\mathrm{P_2O_5}$. Escribe además la fórmula del ácido ortoarsénico.
Meta, piro y orto en el fósforo y el arsénico
El fósforo con valencia $5+$ forma el anhídrido fosfórico $\mathrm{P_2O_5}$. Según cuántas moléculas de agua se le sumen, resulta:
-
Meta: anhídrido + 1 $\mathrm{H_2O}$. Es el ácido con menos hidrógenos.
-
Piro: anhídrido + 2 $\mathrm{H_2O}$.
-
Orto: anhídrido + 3 $\mathrm{H_2O}$. Es el que tiene más agua incorporada.
Las tres ecuaciones balanceadas son:
$$\mathrm{P_2O_5 + H_2O \rightarrow 2\,HPO_3} \quad \text{(ácido metafosfórico)}$$ $$\mathrm{P_2O_5 + 2\,H_2O \rightarrow H_4P_2O_7} \quad \text{(ácido pirofosfórico)}$$ $$\mathrm{P_2O_5 + 3\,H_2O \rightarrow 2\,H_3PO_4} \quad \text{(ácido ortofosfórico)}$$Fíjate en que el piro es el único que conserva los dos átomos de fósforo en la fórmula. Los otros dos se escriben con uno solo, porque la ecuación se balancea con coeficiente 2.
El arsénico con valencia $5+$ sigue exactamente la misma lógica con $\mathrm{As_2O_5}$: ácido metaarsénico $\mathrm{HAsO_3}$, ácido piroarsénico $\mathrm{H_4As_2O_7}$ y ácido ortoarsénico $\mathrm{H_3AsO_4}$.
Nombra los siguientes oxácidos del fósforo con el prefijo que corresponde (meta, piro u orto): $\mathrm{HPO_3}$, $\mathrm{H_4P_2O_7}$ y $\mathrm{H_3PO_4}$. Indica qué…
Nombra los siguientes oxácidos del fósforo con el prefijo que corresponde (meta, piro u orto): $\mathrm{HPO_3}$, $\mathrm{H_4P_2O_7}$ y $\mathrm{H_3PO_4}$. Indica qué ácido tiene más hidrógenos en su fórmula.
A partir del anhídrido fosfórico $\mathrm{P_2O_5}$ se pueden obtener tres ácidos al reaccionar con distinta cantidad de agua. Escribe y balancea las tres ecuaciones que…
A partir del anhídrido fosfórico $\mathrm{P_2O_5}$ se pueden obtener tres ácidos al reaccionar con distinta cantidad de agua. Escribe y balancea las tres ecuaciones que producen el ácido metafosfórico, el ácido pirofosfórico y el ácido ortofosfórico. Indica cuántas moléculas de agua participan en cada una.
El arsénico con $5+$ forma tres oxácidos a partir de $\mathrm{As_2O_5}$ y agua. Escribe las fórmulas del ácido metaarsénico, del ácido piroarsénico y del ácido…
El arsénico con $5+$ forma tres oxácidos a partir de $\mathrm{As_2O_5}$ y agua. Escribe las fórmulas del ácido metaarsénico, del ácido piroarsénico y del ácido ortoarsénico. Comprueba en cada una que el arsénico tiene estado de oxidación $+5$ y plantea las ecuaciones de su formación. Explica por qué el ácido metasilícico $\mathrm{H_2SiO_3}$ sigue la misma lógica que el metafosfórico.
Silicio y boro
Las rocas y la arena de nuestro territorio están llenas de silicio. Con valencia $4+$ forma el anhídrido silícico $\mathrm{SiO_2}$, que da dos ácidos:
$$\mathrm{SiO_2 + H_2O \rightarrow H_2SiO_3} \quad \text{(ácido metasilícico)}$$ $$\mathrm{SiO_2 + 2\,H_2O \rightarrow H_4SiO_4} \quad \text{(ácido ortosilícico)}$$El boro, con valencia $3+$, forma el anhídrido bórico $\mathrm{B_2O_3}$ (el boro del Altiplano se encuentra como bórax en los salares):
$$\mathrm{B_2O_3 + H_2O \rightarrow 2\,HBO_2} \quad \text{(ácido metabórico)}$$ $$\mathrm{B_2O_3 + 3\,H_2O \rightarrow 2\,H_3BO_3} \quad \text{(ácido ortobórico)}$$Aquí la regla es la misma: meta es la menor cantidad de agua y orto la mayor. Lo único que cambia es cuántas moléculas de agua hacen falta para llegar al orto: 2 en el silicio (porque tiene valencia 4) y 3 en el boro.
| No metal | Anhídrido | Meta | Orto |
|---|---|---|---|
| Fósforo (5+) | $\mathrm{P_2O_5}$ | $\mathrm{HPO_3}$ | $\mathrm{H_3PO_4}$ |
| Arsénico (5+) | $\mathrm{As_2O_5}$ | $\mathrm{HAsO_3}$ | $\mathrm{H_3AsO_4}$ |
| Silicio (4+) | $\mathrm{SiO_2}$ | $\mathrm{H_2SiO_3}$ | $\mathrm{H_4SiO_4}$ |
| Boro (3+) | $\mathrm{B_2O_3}$ | $\mathrm{HBO_2}$ | $\mathrm{H_3BO_3}$ |
Escribe las fórmulas de estos oxácidos: ácido metasilícico, ácido ortosilícico, ácido metabórico y ácido ortobórico. Recuerda que en el silicio actúa con $4+$ y en el…
Escribe las fórmulas de estos oxácidos: ácido metasilícico, ácido ortosilícico, ácido metabórico y ácido ortobórico. Recuerda que en el silicio actúa con $4+$ y en el boro con $3+$.
El piro: dos orto menos un agua
Hay otra forma de entender el ácido piro, y explica por qué lleva dos átomos de fósforo: se obtiene al unir dos moléculas de ácido orto y quitar una molécula de agua.
$$\mathrm{2\,H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O}$$Compruébalo contando átomos: a la izquierda hay 6 H, 2 P y 8 O. A la derecha, $\mathrm{H_4P_2O_7}$ más $\mathrm{H_2O}$ suman 6 H, 2 P y 8 O. Es lo mismo.
Un estudiante afirma: «El ácido pirofosfórico $\mathrm{H_4P_2O_7}$ se obtiene simplemente sumando dos moléculas de ácido ortofosfórico». Analiza la afirmación: escribe…
Un estudiante afirma: «El ácido pirofosfórico $\mathrm{H_4P_2O_7}$ se obtiene simplemente sumando dos moléculas de ácido ortofosfórico». Analiza la afirmación: escribe la ecuación balanceada que relaciona dos moléculas de $\mathrm{H_3PO_4}$ con una de $\mathrm{H_4P_2O_7}$ y explica qué se pierde. Luego argumenta cómo derivarías, a partir del ácido ortofosfórico, un tioácido y un peroxoácido, y escribe sus fórmulas.
Derivados de los oxácidos: tioácidos y peroxoácidos
A partir de un oxácido se pueden «fabricar» otros ácidos cambiando una pequeña parte de la molécula. El programa de 3.° los llama derivados de los oxácidos. Aquí veremos los dos más importantes.
Tioácidos
Un tioácido se forma al sustituir un átomo de oxígeno por uno de azufre en un oxácido. Los demás átomos (el hidrógeno y el no metal central) permanecen igual.
$$\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow \mathrm{H_2S_2O_3} \quad \text{(ácido tiosulfúrico)}$$ $$\mathrm{H_3PO_4} \rightarrow \mathrm{H_3PO_3S} \quad \text{(ácido ortotiofosfórico)}$$La valencia se conserva: en el tiosulfúrico, $2(+1) + 2x + 3(-2) = 0$ da $x = +2$ de promedio por azufre, pero lo importante es que la suma de átomos de oxígeno más azufre sigue siendo la misma que en el ácido de origen: el $\mathrm{H_2SO_4}$ tiene 4 O y 1 S (5 en total) y el $\mathrm{H_2S_2O_3}$ tiene 3 O y 2 S (5 en total).
Peroxoácidos
Un peroxoácido tiene un átomo de oxígeno más que el oxácido de origen. Ese oxígeno extra forma un grupo peroxo, $-\mathrm{O-O}-$, igual que el que hay en el agua oxigenada $\mathrm{H_2O_2}$.
$$\mathrm{HNO_3} \rightarrow \mathrm{HNO_4} \quad \text{(ácido peroxonítrico)}$$ $$\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow \mathrm{H_2SO_5} \quad \text{(ácido peroxosulfúrico)}$$ $$\mathrm{H_2CO_3} \rightarrow \mathrm{H_2CO_4} \quad \text{(ácido peroxocarbónico)}$$En la fórmula, el peroxoácido se distingue por tener un O más y los mismos H y el mismo no metal.
Los sulfoácidos son derivados en los que un grupo $-\mathrm{OH}$ del oxácido se cambia por un grupo $-\mathrm{SH}$ (azufre unido a hidrógeno). Por ejemplo, el ácido sulfoacético o los ácidos sulfónicos orgánicos. Para este curso basta reconocer la idea: el azufre entra en lugar de parte del grupo oxigenado.
Hay otros derivados: los halogenoácidos, que son los oxácidos de los halógenos con prefijos hipo- y per-, como $\mathrm{HClO}$ (ácido hipocloroso), $\mathrm{HClO_3}$ (ácido clórico) y $\mathrm{HClO_4}$ (ácido perclórico). La lavandina que usamos en casa contiene su sal, el hipoclorito de sodio, $\mathrm{NaClO}$.
Los tioácidos se forman al sustituir átomos de oxígeno de un oxácido por átomos de azufre. Partiendo de $\mathrm{H_2SO_4}$, escribe la fórmula del ácido tiosulfúrico (un…
Los tioácidos se forman al sustituir átomos de oxígeno de un oxácido por átomos de azufre. Partiendo de $\mathrm{H_2SO_4}$, escribe la fórmula del ácido tiosulfúrico (un oxígeno sustituido). Partiendo de $\mathrm{H_3PO_4}$, escribe la fórmula del ácido ortotiofosfórico con un oxígeno sustituido. Explica qué parte de la molécula cambia y qué parte permanece igual.
Los peroxoácidos tienen un átomo de oxígeno más que el oxácido de origen. Escribe las fórmulas del ácido peroxonítrico (de $\mathrm{HNO_3}$), del ácido peroxosulfúrico…
Los peroxoácidos tienen un átomo de oxígeno más que el oxácido de origen. Escribe las fórmulas del ácido peroxonítrico (de $\mathrm{HNO_3}$), del ácido peroxosulfúrico (de $\mathrm{H_2SO_4}$) y del ácido peroxocarbónico (de $\mathrm{H_2CO_3}$). Explica en qué se diferencia, en la fórmula, un ácido de su peroxoácido y qué relación tiene esto con el agua oxigenada $\mathrm{H_2O_2}$.
Vuelve al principio: el mismo $\mathrm{P_2O_5}$ da tres ácidos distintos porque se combina con 1 (meta), 2 (piro) o 3 (orto) moléculas de agua.
Resumen
-
Un oxácido se forma con anhídrido + agua. En P, As, Si y B hay varios ácidos según la cantidad de agua.
-
Meta = anhídrido + 1 $\mathrm{H_2O}$; piro = + 2 $\mathrm{H_2O}$; orto = + 3 $\mathrm{H_2O}$ (en P y As).
-
Fósforo: $\mathrm{HPO_3}$, $\mathrm{H_4P_2O_7}$, $\mathrm{H_3PO_4}$. Arsénico igual. Silicio: $\mathrm{H_2SiO_3}$ y $\mathrm{H_4SiO_4}$. Boro: $\mathrm{HBO_2}$ y $\mathrm{H_3BO_3}$.
-
El piro resulta de $\mathrm{2\,H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O}$: se pierde una molécula de agua.
-
Tioácido: un O se sustituye por S. Peroxoácido: un O más (grupo peroxo, como en $\mathrm{H_2O_2}$).
-
Comprueba siempre que la suma de valencias dé cero.