Exercicis: Nomenclatura IUPAC: substàncies simples, ions monoatòmics i compostos binaris

El ferro d'un pont ($\text{Fe}$) i el diòxid de carboni que traiem en respirar ($\text{CO}_2$): una de les dues és una substància simple i l'altra és una substància composta. La figura mostra els seus models de partícules.

Quina és quina? Explica la diferència entre totes dues.

Molts extintors estan carregats amb el gas $\text{CO}_2$. Anomenant-lo amb els prefixos grecs (mono-, di-, tri-) segons el nombre d'àtoms d'oxigen que porta, com s'anomena aquest gas?

Utilitzant els prefixos mono-, di- i tri-, escriu la fórmula d'aquestes dues substàncies: monòxid de carboni i diòxid de carboni. Quina diferència hi ha entre les dues molècules?

Quan un metall s'uneix a un no-metall, el compost s'anomena posant primer el no-metall amb la terminació -ur i després el nom del metall. Aplica la regla i anomena la sal de cuina, $\text{NaCl}$, i també el compost $\text{CaS}$.

Quan un àtom de sodi perd un electró es converteix en $\text{Na}^+$. La figura mostra el procés.

1. a) Explica què és un ió.
2. b) El $\text{Na}^+$ té càrrega positiva o negativa?
3. c) Com es diu aquest ió?

Anomena aquests tres ions monoatòmics: $\text{Cl}^-$, $\text{Ca}^{2+}$ i $\text{O}^{2-}$. Pista: els ions positius conserven el nom de l'àtom (per exemple, l'ió $\text{Na}^+$ s'anomena ió sodi) i els negatius acaben en -ur (per exemple, l'ió $\text{S}^{2-}$ s'anomena ió sulfur).

L'oxigen ($\text{O}_2$), el nitrogen ($\text{N}_2$), el ferro ($\text{Fe}$) i l'heli ($\text{He}$) són substàncies simples. Fixa't en les seves fórmules i digues quines formen molècules, quines estan formades per àtoms solts i si alguna no encaixa en cap dels dos casos.

Els compostos de l'oxigen amb un altre element s'anomenen òxids i s'anomenen «òxid de» seguit del nom de l'altre element. La llet de magnèsia de les farmàcies conté $\text{MgO}$: anomena-la. Anomena també el compost $\text{Na}_2\text{O}$.

L'òxid rogenc que apareix en una bicicleta vella és $\text{Fe}_2\text{O}_3$, i en aquest el ferro actua amb valència $3$. Anomena'l de les dues maneres: utilitzant els prefixos mono-, di-, tri- i utilitzant la valència del ferro escrita entre parèntesis en nombres romans.

La fluorita, un mineral de colors vistosos, és $\text{CaF}_2$.

1. a) Anomena aquest compost (recorda la terminació -ur).
2. b) Ara a la inversa: escriu la fórmula del sulfur de sodi, que porta dos àtoms de sodi per cada àtom de sofre.

Als teus ossos, el calci està present com a $\text{Ca}^{2+}$.

1. a) Què significa aquest $2+$?
2. b) Quants electrons ha perdut l'àtom de calci?
3. c) Com s'anomena aquest ió?

La troilita, un mineral present en molts meteorits, té per fórmula $\text{FeS}$, i en aquest el ferro actua amb valència $2$.

1. a) Anomena-la amb la nomenclatura de Stock (la valència entre parèntesis i en nombres romans).
2. b) Anomena-la també utilitzant prefixos.

Quan l'hidrogen es combina amb un metall, el compost s'anomena hidrur. Anomena aquests dos compostos: $\text{NaH}$ i $\text{CaH}_2$.

Relaciona cada fórmula amb el seu nom correcte:

1. a) $\text{Na}_2\text{O}$
2. b) $\text{CO}_2$
3. c) $\text{FeS}$
4. d) $\text{CaF}_2$

1) sulfur de ferro(II)

2) diòxid de carboni

3) fluorur de calci

4) òxid de sodi

La sal comuna està formada per ions $\text{Na}^+$ i ions $\text{Cl}^-$ ordenats en una xarxa. La figura mostra un tros d'aquesta xarxa.

1. a) Explica per què cal el mateix nombre d'ions de cada tipus perquè la sal sigui neutra.
2. b) Escriu la fórmula de la sal i raona per què no pot ser $\text{Na}_2\text{Cl}$.

L'alumini forma sempre l'ió $\text{Al}^{3+}$ i l'oxigen forma l'ió $\text{O}^{2-}$.

1. a) Esbrina quants ions de cada tipus calen perquè la càrrega total de l'òxid d'alumini sigui zero.
2. b) Escriu la fórmula de l'òxid d'alumini.

El calci forma l'ió $\text{Ca}^{2+}$ i el fluor forma l'ió $\text{F}^-$.

1. a) Raona quants ions fluorur calen per cada ió calci perquè la càrrega total sigui zero.
2. b) Escriu la fórmula del fluorur de calci.
3. c) Anomena'l també utilitzant prefixos.

El ferro pot formar dos ions diferents: $\text{Fe}^{2+}$ i $\text{Fe}^{3+}$.

1. a) Escriu la fórmula de l'òxid de ferro(II), format per $\text{Fe}^{2+}$ i $\text{O}^{2-}$.
2. b) Escriu la fórmula de l'òxid de ferro(III).
3. c) Anomena els dos òxids utilitzant prefixos.

A la natura existeixen les sals $\text{NaCl}$ i $\text{CaCl}_2$, però mai no s'ha trobat una sal $\text{NaCl}_2$. Fes servir les càrregues dels ions $\text{Na}^+$, $\text{Ca}^{2+}$ i $\text{Cl}^-$ per justificar per què la fórmula $\text{NaCl}_2$ és impossible i les altres dues sí que poden existir.

Classifica cada substància en substància simple, òxid, hidrur o sal binària, i escriu-ne el nom:

1. a) $\text{O}_2$
2. b) $\text{Na}_2\text{O}$
3. c) $\text{CaH}_2$
4. d) $\text{FeS}$
5. e) $\text{N}_2$
6. f) $\text{MgO}$

El magnesi és al grup $2$ de la taula periòdica, igual que el calci, i el clor és al grup $17$, igual que el fluor.

1. a) Prediu quin ió formarà el magnesi i quin formarà el clor.
2. b) Escriu la fórmula del clorur de magnesi.
3. c) Explica d'on has tret les càrregues que has utilitzat.

En el seu examen, la Amina va escriure aquests noms. Corregiu cadascun i explica l'error que ha comès:

1. a) $\text{NaCl}$: «clor de sodi»
2. b) $\text{Fe}_2\text{O}_3$: «òxid de ferro(II)»
3. c) $\text{CO}_2$: «monòxid de carboni»

Els prefixos mono-, di-, tri- indiquen quants àtoms de cada element hi ha a la fórmula.

1. a) Escriu la fórmula del triòxid de dialumini.
2. b) Escriu la fórmula del monòxid de carboni.
3. c) El triòxid de dialumini s'anomena també, simplement, òxid d'alumini. Sabent que l'alumini només forma l'ió $\text{Al}^{3+}$, raona per què en aquest cas es poden ometre els prefixos sense que hi hagi confusió.

Al magatzem d'una fàbrica de productes de neteja hi ha tres flascons etiquetats com a $\text{NaF}$, $\text{CaCl}_2$ i «òxid de zinc».

1. a) Anomena els compostos $\text{NaF}$ i $\text{CaCl}_2$.
2. b) Escriu la fórmula de l'òxid de zinc sabent que el zinc forma l'ió $\text{Zn}^{2+}$ i l'oxigen l'ió $\text{O}^{2-}$.
3. c) Justifica amb les càrregues dels ions per què aquest òxid no pot tenir per fórmula $\text{Zn}_2\text{O}$.

Repte del tema. Quanta química amaguen els aliments de la teva cuina? Converteix-te en auditor químic i redacta un informe científic analitzant les substàncies del teu rebost.

1. Exploració química: Identifica en etiquetes tres substàncies reals: una de simple (ex. $O_2$ en envasos), un ió monoatòmic (ex. $F^-$ o $Na^+$ en aigua o dentifrici) i un compost binari (ex. $NaCl$). Escriu les seves fórmules, els seus noms sistemàtics IUPAC i situa els seus elements a la taula periòdica (grup i període).

2. Laboratori a casa: Amb una bàscula de cuina (incertesa $\pm 1\text{ g}$), mesura la massa d'1, 2, 3, 4 i 5 cullerades petites de sal comuna ($NaCl$). Registra les dades en una taula reflectint la incertesa experimental i traça la gràfica de massa enfront de nombre de cullerades.

3. Tractament quantitatiu: Calcula la massa molecular del $NaCl$ a partir de les masses atòmiques ($M_{\text{Na}} = 23,0\text{ u}$; $M_{\text{Cl}} = 35,5\text{ u}$). A partir del pendent de la teva gràfica, calcula la massa mitjana d'una cullerada petita i estima quantes unitats fórmula de sal conté.

Es valorarà:

• Correcció en les fórmules, nomenclatura IUPAC i localització a la taula periòdica.

• Rigor en la presa de mesures casolanes, expressió de la incertesa i traçat de la gràfica.

• Precisió en els càlculs de masses atòmiques i moleculars aplicats a les dades obtingudes.