Un oxiácido , oxoácido o ácido ternario es un ácido que contiene oxígeno . Específicamente, es un compuesto que contiene hidrógeno, oxígeno y al menos otro elemento , con al menos un átomo de hidrógeno unido al oxígeno que puede disociarse para producir el catión H + y el anión del ácido. [1]
Según la teoría original de Lavoisier , todos los ácidos contenían oxígeno, que recibió su nombre del griego ὀξύς ( oxys : ácido, agudo) y la raíz -γενής ( -genes : creador). Más tarde se descubrió que algunos ácidos, en particular el ácido clorhídrico , no contenían oxígeno, por lo que los ácidos se dividieron en oxoácidos y estos nuevos hidroácidos .
Todos los oxiácidos tienen el hidrógeno ácido unido a un átomo de oxígeno, por lo que la fuerza del enlace (longitud) no es un factor, como ocurre con los hidruros binarios de no metales. En cambio, la electronegatividad del átomo central y la cantidad de átomos de oxígeno determinan la acidez del oxiácido. En el caso de los oxiácidos con el mismo átomo central, la fuerza del ácido aumenta con la cantidad de átomos de oxígeno unidos a él. Con la misma cantidad de átomos de oxígeno unidos a él, la fuerza del ácido aumenta con el aumento de la electronegatividad del átomo central.
En comparación con las sales de sus formas desprotonadas (una clase de compuestos conocidos como oxianiones ), los oxiácidos son generalmente menos estables, y muchos de ellos solo existen formalmente como especies hipotéticas, o solo existen en solución y no se pueden aislar en forma pura. Hay varias razones generales para esto: (1) pueden condensarse para formar oligómeros (p. ej., H 2 CrO 4 a H 2 Cr 2 O 7 ), o deshidratarse completamente para formar el anhídrido (p. ej., H 2 CO 3 a CO 2 ), (2) pueden desproporcionarse a un compuesto de mayor y otro de menor estado de oxidación (p. ej., HClO 2 a HClO y HClO 3 ), o (3) pueden existir casi en su totalidad como otra forma tautomérica más estable (p. ej., el ácido fosforoso P(OH) 3 existe casi en su totalidad como ácido fosfónico HP(=O)(OH) 2 ). Sin embargo, el ácido perclórico (HClO 4 ), el ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) y el ácido nítrico (HNO 3 ) son algunos oxiácidos comunes que se preparan con relativa facilidad como sustancias puras.
Los ácidos imídicos se crean reemplazando =O por =NR en un oxiácido. [2]
Una molécula de oxiácido contiene la estructura X−O−H, donde otros átomos o grupos de átomos pueden estar conectados al átomo central X. En una solución , dicha molécula puede disociarse en iones de dos formas distintas:
Si el átomo central X es fuertemente electronegativo , entonces atrae fuertemente los electrones del átomo de oxígeno. En ese caso, el enlace entre el átomo de oxígeno y el de hidrógeno es débil, y el compuesto se ioniza fácilmente de la manera de la primera de las dos ecuaciones químicas anteriores. En este caso, el compuesto XOH es un ácido, porque libera un protón , es decir, un ion hidrógeno. Por ejemplo, el nitrógeno , el azufre y el cloro son elementos fuertemente electronegativos y, por lo tanto , el ácido nítrico , el ácido sulfúrico y el ácido perclórico son ácidos fuertes .
Sin embargo, si la electronegatividad de X es baja, entonces el compuesto se disocia en iones según la última ecuación química, y XOH es un hidróxido alcalino . Ejemplos de tales compuestos son el hidróxido de sodio NaOH y el hidróxido de calcio Ca(OH) 2 . [3] Sin embargo, debido a la alta electronegatividad del oxígeno, la mayoría de las oxobases comunes, como el hidróxido de sodio, aunque son fuertemente básicas en agua, son solo moderadamente básicas en comparación con otras bases. Por ejemplo, el pKa del ácido conjugado del hidróxido de sodio , el agua , es 14,0, mientras que el del amida de sodio , el amoníaco , está más cerca de 40, lo que hace que el hidróxido de sodio sea una base mucho más débil que el amida de sodio. [3]
Si la electronegatividad de X está en algún punto intermedio, el compuesto puede ser anfótero y, en ese caso, puede disociarse en iones de ambas formas: en el primer caso, al reaccionar con bases y, en el segundo, al reaccionar con ácidos. Algunos ejemplos de esto incluyen los alcoholes alifáticos , como el etanol . [3]
Los oxiácidos inorgánicos suelen tener una fórmula química de tipo H m XO n , donde X es un átomo que funciona como átomo central , mientras que los parámetros m y n dependen del estado de oxidación del elemento X. En la mayoría de los casos, el elemento X es un no metal , pero algunos metales , por ejemplo el cromo y el manganeso , pueden formar oxiácidos cuando se encuentran en sus estados de oxidación más altos . [3]
Cuando los oxiácidos se calientan, muchos de ellos se disocian en agua y en el anhídrido del ácido. En la mayoría de los casos, dichos anhídridos son óxidos de no metales. Por ejemplo, el dióxido de carbono , CO 2 , es el anhídrido del ácido carbónico , H 2 CO 3 , y el trióxido de azufre , SO 3 , es el anhídrido del ácido sulfúrico , H 2 SO 4 . Estos anhídridos reaccionan rápidamente con el agua y forman de nuevo esos oxiácidos. [4]
Muchos ácidos orgánicos , como los ácidos carboxílicos y los fenoles , son oxiácidos. [3] Sin embargo, su estructura molecular es mucho más complicada que la de los oxiácidos inorgánicos.
La mayoría de los ácidos que se encuentran comúnmente son oxiácidos. [3] De hecho, en el siglo XVIII, Lavoisier asumió que todos los ácidos contienen oxígeno y que el oxígeno causa su acidez. Debido a esto, le dio a este elemento su nombre, oxygenium , derivado del griego y que significa acidificante , que todavía se usa, en una forma más o menos modificada, en la mayoría de los idiomas. [5] Más tarde, sin embargo, Humphry Davy demostró que el llamado ácido muriático no contenía oxígeno, a pesar de ser un ácido fuerte ; en cambio, es una solución de cloruro de hidrógeno , HCl. [6] Estos ácidos que no contienen oxígeno se conocen hoy en día como hidroácidos.
Muchos oxiácidos inorgánicos reciben tradicionalmente nombres que terminan con la palabra ácido y que también contienen, de forma algo modificada, el nombre del elemento que contienen además de hidrógeno y oxígeno. Ejemplos conocidos de tales ácidos son el ácido sulfúrico , el ácido nítrico y el ácido fosfórico .
Esta práctica está plenamente establecida y la IUPAC ha aceptado dichos nombres. A la luz de la nomenclatura química actual , esta práctica es una excepción, porque los nombres sistemáticos de los compuestos se forman de acuerdo con los elementos que contienen y su estructura molecular, no de acuerdo con otras propiedades (por ejemplo, la acidez ) que tengan. [7]
La IUPAC, sin embargo, recomienda no llamar a futuros compuestos aún no descubiertos con un nombre que termine con la palabra ácido . [7] De hecho, los ácidos pueden llamarse con nombres formados añadiendo la palabra hidrógeno delante del anión correspondiente ; por ejemplo, el ácido sulfúrico podría llamarse también sulfato de hidrógeno (o sulfato de dihidrógeno ). [8] De hecho, el nombre totalmente sistemático del ácido sulfúrico, según las reglas de la IUPAC, sería dihidroxidioxidosulfuro y el del ion sulfato, tetraoxidosulfato(2−) , [9] Sin embargo, estos nombres casi nunca se utilizan.
Sin embargo, el mismo elemento puede formar más de un ácido cuando se combina con hidrógeno y oxígeno. En tales casos, la práctica inglesa para distinguir tales ácidos es usar el sufijo -ic en el nombre del elemento en el nombre del ácido que contiene más átomos de oxígeno, y el sufijo -ous en el nombre del elemento en el nombre del ácido que contiene menos átomos de oxígeno. Así, por ejemplo, ácido sulfúrico es H 2 SO 4 , y ácido sulfuroso , H 2 SO 3 . Análogamente, ácido nítrico es HNO 3 , y ácido nitroso , HNO 2 . Si hay más de dos oxiácidos que tienen el mismo elemento como átomo central, entonces, en algunos casos, los ácidos se distinguen agregando el prefijo per- o hipo- a sus nombres. El prefijo per- , sin embargo, se usa solo cuando el átomo central es un halógeno o un elemento del grupo 7 . [8] Por ejemplo, el cloro tiene los cuatro oxiácidos siguientes:
Algunos átomos elementales pueden existir en un estado de oxidación lo suficientemente alto como para que puedan contener un átomo de oxígeno más con doble enlace que los ácidos perhálicos. En ese caso, a cualquier ácido que haga referencia a dicho elemento se le asigna el prefijo hiper- . Actualmente, el único ácido conocido con este prefijo es el ácido hiperruténico, H 2 RuO 5 .
El sufijo -ito aparece en nombres de aniones y sales derivadas de ácidos cuyos nombres terminan en el sufijo -oso . Por otro lado, el sufijo -ato aparece en nombres de aniones y sales derivadas de ácidos cuyos nombres terminan en el sufijo -ico . Los prefijos hipo- y per- aparecen en el nombre de aniones y sales; por ejemplo, el ion ClO−
4se llama perclorato . [8]
En algunos casos, los prefijos orto- y para- aparecen en los nombres de algunos oxiácidos y sus aniones derivados. En tales casos, el ácido para es lo que se puede considerar como el remanente del ácido orto- si se separa una molécula de agua de la molécula de ácido orto- . Por ejemplo, el ácido fosfórico , H 3 PO 4 , a veces se ha llamado ácido ortofosfórico , para distinguirlo del ácido metafosfórico , HPO 3 . [8] Sin embargo, de acuerdo con las reglas actuales de la IUPAC , el prefijo orto- solo debe usarse en los nombres de ácido ortohotellúrico y ácido ortoperyódico , y sus aniones y sales correspondientes. [10]
En la siguiente tabla, la fórmula y el nombre del anión se refieren a lo que queda del ácido cuando pierde todos sus átomos de hidrógeno como protones. Muchos de estos ácidos, sin embargo, son polipróticos y, en tales casos, también existen uno o más aniones intermedios. En el nombre de tales aniones, se agrega el prefijo hidrógeno- (en la nomenclatura antigua bi- ), con prefijos numerales si es necesario. Por ejemplo, SO2−
4es el anión sulfato y HSO−
4, el anión hidrogenosulfato (o bisulfato). De manera similar, PO3−
4es fosfato , HPO2−
4es hidrogenofosfato y H
2correos−
4es dihidrogenofosfato.
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