Reacciones y ecuaciones de combinaciones binarias
El portón de hierro de una casa de Luque se llena de herrumbre con la humedad y las lluvias de verano. En la obra de al lado, el albañil apaga cal viva con agua y la mezcla hierve. En las dos escenas hay un óxido de por medio. ¿Qué es exactamente un óxido? ¿Por qué el hierro puede formar más de uno? ¿Y qué tienen en común el óxido, la sal de la cocina y el gas de la garrafa? Todos son compuestos binarios: están formados por solo dos elementos. En esta página aprendés a escribir y balancear sus ecuaciones de formación y a ponerles nombre.
Cómo se escribe una ecuación de formación
Un compuesto binario se puede obtener combinando directamente sus dos elementos. La ecuación que lo describe se llama ecuación de formación: a la izquierda están los elementos y a la derecha, el compuesto. Se trata de una reacción de composición.
Los pasos son siempre los mismos:
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Escribí los elementos como existen. Los gases diatómicos van con subíndice 2: $H_2$, $O_2$, $N_2$, $F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$. Los metales y el azufre van con un solo átomo: $Na$, $Mg$, $Fe$, $S$.
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Escribí la fórmula del producto con los números de oxidación. Se cruzan: el número del metal pasa como subíndice del no metal, y viceversa, y se simplifica si se puede.
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Balanceá por tanteo, de modo que haya la misma cantidad de átomos de cada elemento a ambos lados.
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Verificá contando átomos y nombrá el producto.
Cada regla tiene su porqué: el compuesto es neutro, así que las cargas positivas y negativas se tienen que compensar. Por eso el aluminio ($+3$) y el oxígeno ($-2$) necesitan $2$ átomos de Al y $3$ de O: $2 \cdot (+3) + 3 \cdot (-2) = 0$.
Podés probar a balancear una ecuación sencilla con este interactivo:
Óxidos básicos, óxidos ácidos y peróxidos
Cuando un elemento se combina con el oxígeno se obtiene un óxido. Según el tipo de elemento, hay dos familias:
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Óxido básico: metal + oxígeno. Ejemplos: $Na_2O$, $MgO$, $CaO$, $Fe_2O_3$.
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Óxido ácido (en la nomenclatura tradicional, anhídrido): no metal + oxígeno. Ejemplos: $CO_2$, $SO_2$, $SO_3$, $N_2O_5$.
Los nombres se forman así:
| Fórmula | Tradicional | Moderna (Stock) | Moderna (sistemática) |
|---|---|---|---|
| $MgO$ | óxido de magnesio | óxido de magnesio | monóxido de magnesio |
| $Al_2O_3$ | óxido de aluminio | óxido de aluminio | trióxido de dialuminio |
| $FeO$ | óxido ferroso | óxido de hierro(II) | monóxido de hierro |
| $Fe_2O_3$ | óxido férrico | óxido de hierro(III) | trióxido de dihierro |
| $SO_2$ | anhídrido sulfuroso | óxido de azufre(IV) | dióxido de azufre |
| $SO_3$ | anhídrido sulfúrico | óxido de azufre(VI) | trióxido de azufre |
Cuando un elemento tiene dos números de oxidación, la tradicional usa -oso para el menor y -ico para el mayor. La de Stock pone el número de oxidación en romanos entre paréntesis. La sistemática usa prefijos (mono-, di-, tri-, tetra-, penta-) para indicar los átomos de cada elemento.
Peróxidos
Algunos metales muy reactivos (los del grupo 1, el calcio, el bario) forman, además del óxido, un peróxido. En él, el oxígeno tiene número de oxidación $-1$ y aparece como el grupo $O_2^{2-}$, con dos átomos de oxígeno unidos. Ese grupo no se simplifica.
Ejemplo con sodio:
$$4\,Na + O_2 \rightarrow 2\,Na_2O \qquad \text{(óxido de sodio, } O: -2\text{)}$$ $$2\,Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2 \qquad \text{(peróxido de sodio, } O: -1\text{)}$$Verificación del peróxido: $2\cdot(+1) + 2\cdot(-1) = 0$. Fijate que la fórmula es $Na_2O_2$ y no $NaO$: el grupo $O_2$ se mantiene entero.
Escribí la ecuación balanceada de formación del óxido básico que se obtiene al reaccionar el magnesio con el oxígeno, y nombrá el producto.
Escribí la ecuación balanceada de formación del óxido básico que se obtiene al reaccionar el magnesio con el oxígeno, y nombrá el producto.
Escribí la ecuación balanceada de formación del óxido ácido que resulta de combinar el azufre (con número de oxidación $+4$) con el oxígeno, y nombrá el producto.
Escribí la ecuación balanceada de formación del óxido ácido que resulta de combinar el azufre (con número de oxidación $+4$) con el oxígeno, y nombrá el producto.
Mateo tiene que distinguir un óxido de un peróxido. Escribí la fórmula y la ecuación balanceada de formación del óxido de sodio y del peróxido de sodio a partir de sus…
Mateo tiene que distinguir un óxido de un peróxido. Escribí la fórmula y la ecuación balanceada de formación del óxido de sodio y del peróxido de sodio a partir de sus elementos, y explicá en qué se diferencian en el número de oxidación del oxígeno.
Óxidos con agua: hidróxidos y ácidos
Los óxidos reaccionan con el agua de forma distinta según su familia:
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Óxido básico + agua → hidróxido (una base).
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Óxido ácido + agua → ácido oxácido.
Ejemplos:
$$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 \qquad \text{(la cal viva se apaga y da cal apagada)}$$ $$SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3 \qquad \text{(ácido sulfuroso)}$$La cal apagada es la que usa el albañil: por eso la mezcla se calienta, ya que la reacción libera mucha energía.
El hierro puede formar dos óxidos con números de oxidación $+2$ y $+3$. Escribí las ecuaciones balanceadas de formación de ambos a partir de sus elementos, nombralos y…
El hierro puede formar dos óxidos con números de oxidación $+2$ y $+3$. Escribí las ecuaciones balanceadas de formación de ambos a partir de sus elementos, nombralos y luego planteá la reacción de cada uno con agua indicando si es esperable que formen hidróxidos, justificando con la naturaleza de los óxidos.
Hidruros, hidrácidos y compuestos especiales
Cuando el hidrógeno se combina con otro elemento se forma un hidruro en sentido amplio. Hay tres casos que hay que distinguir.
1. Hidruros metálicos. Metal + hidrógeno. Aquí el hidrógeno tiene número de oxidación $-1$.
$$Ca + H_2 \rightarrow CaH_2 \qquad \text{hidruro de calcio (dihidruro de calcio)}$$2. Hidrácidos. Son hidruros de no metales de los grupos 16 y 17 (S, Se, F, Cl, Br, I), con el hidrógeno en $+1$. Tienen dos nombres según el estado:
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En estado gaseoso (puro): se nombran con la terminación -uro más «de hidrógeno».
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Disueltos en agua: se nombran como ácido ...hídrico.
De la misma manera: $H_2 + S \rightarrow H_2S$ da sulfuro de hidrógeno, que disuelto en agua es el ácido sulfhídrico. La lavandina y la sal gruesa no tienen nada que ver con esto, pero el ácido clorhídrico sí aparece en el estómago, en el jugo gástrico.
3. Compuestos especiales. Son hidruros de no metales de los grupos 13, 14 y 15 (N, P, C, B...). Tienen nombres comunes y no son ácidos:
| Fórmula | Nombre común | Nombre sistemático |
|---|---|---|
| $NH_3$ | amoníaco | trihidruro de nitrógeno |
| $PH_3$ | fosfina | trihidruro de fósforo |
| $CH_4$ | metano | tetrahidruro de carbono |
El amoníaco, disuelto en agua, da una solución básica: $NH_3 + H_2O \rightarrow NH_4^+ + OH^-$. El metano ($CH_4$) es el componente principal del gas natural.
Escribí la ecuación balanceada de formación del ácido hidrácido que se obtiene al combinar hidrógeno con cloro, y nombrá el producto tanto en estado gaseoso como…
Escribí la ecuación balanceada de formación del ácido hidrácido que se obtiene al combinar hidrógeno con cloro, y nombrá el producto tanto en estado gaseoso como disuelto en agua.
Se hace burbujear amoníaco, $NH_3$, y sulfuro de hidrógeno, $H_2S$, en agua. Explicá a qué familia de compuestos pertenece cada uno, escribí la ecuación balanceada de…
Se hace burbujear amoníaco, $NH_3$, y sulfuro de hidrógeno, $H_2S$, en agua. Explicá a qué familia de compuestos pertenece cada uno, escribí la ecuación balanceada de formación del $H_2S$ a partir de sus elementos y la ecuación de su disolución en agua indicando cómo se llama el ácido resultante.
Sales binarias
Una sal binaria está formada por un metal y un no metal (sin oxígeno ni hidrógeno): $NaCl$, $KBr$, $CaF_2$, $FeCl_3$. Se nombra con el no metal terminado en -uro seguido del nombre del metal: cloruro de sodio, bromuro de potasio, fluoruro de calcio.
Hay dos caminos principales para obtenerlas:
Vía 1: síntesis directa (composición). Metal + no metal.
$$2\,Na + Cl_2 \rightarrow 2\,NaCl$$Vía 2: neutralización (doble descomposición). Ácido hidrácido + hidróxido → sal binaria + agua.
$$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$$Las dos llevan a la misma sal, pero no son el mismo tipo de reacción. En la síntesis hay dos reactivos y un único producto. En la neutralización los dos compuestos intercambian sus partes (el $H$ del ácido se une al $OH$ de la base y el metal se une al no metal) y además aparece agua.
| Síntesis | Neutralización | |
|---|---|---|
| Reactivos | metal + no metal | hidrácido + hidróxido |
| Productos | solo la sal | sal + agua |
| Tipo | composición | doble descomposición |
Para el nombre en nomenclatura moderna se puede usar la sistemática ($FeCl_3$: tricloruro de hierro) o Stock ($FeCl_3$: cloruro de hierro(III)). En la tradicional es cloruro férrico.
Escribí las ecuaciones balanceadas de formación de los siguientes compuestos a partir de sus elementos, y nombralos: a) óxido de aluminio b) cloruro de sodio c) hidruro…
Escribí las ecuaciones balanceadas de formación de los siguientes compuestos a partir de sus elementos, y nombralos:
- a) óxido de aluminio
- b) cloruro de sodio
- c) hidruro de calcio
Una sal binaria puede obtenerse de distintas maneras. Para el bromuro de potasio, escribí y balanceá: (a) la síntesis a partir de sus elementos, (b) la reacción entre el…
Una sal binaria puede obtenerse de distintas maneras. Para el bromuro de potasio, escribí y balanceá: (a) la síntesis a partir de sus elementos, (b) la reacción entre el ácido hidrácido correspondiente y el hidróxido de potasio. Compará ambas vías indicando qué otros productos aparecen y qué tipo de reacción es cada una.
Resumen
Una ecuación de formación une los elementos para dar un compuesto binario: se escribe la fórmula con los números de oxidación y se balancea cambiando solo coeficientes. Metal + O₂ da óxido básico y no metal + O₂ da óxido ácido (anhídrido); el peróxido conserva el grupo $O_2^{2-}$ con oxígeno en $-1$. Los óxidos básicos solubles dan hidróxidos con agua y los ácidos dan ácidos oxácidos. El hidrógeno forma hidruros metálicos (H en $-1$), hidrácidos (con dos nombres: gas en -uro, solución en ácido ...hídrico) y compuestos especiales como $NH_3$, $PH_3$ y $CH_4$. Las sales binarias se obtienen por síntesis (composición) o por neutralización de un hidrácido con un hidróxido (doble descomposición, con agua como producto adicional).
Volvé al principio: la herrumbre del portón es óxido de hierro, y el hierro forma dos óxidos distintos, $FeO$ y $Fe_2O_3$, según su número de oxidación ($+2$ o $+3$). La cal viva es $CaO$, un óxido básico soluble: al apagarla con agua da $Ca(OH)_2$.