Un compuesto químico es una sustancia química formada por muchas moléculas idénticas (o entidades moleculares ) que contienen átomos de más de un elemento químico unidos por enlaces químicos . Por lo tanto, una molécula formada por átomos de un solo elemento no es un compuesto. Un compuesto puede transformarse en una sustancia diferente mediante una reacción química , que puede implicar interacciones con otras sustancias. En este proceso, los enlaces entre átomos pueden romperse y/o pueden formarse nuevos enlaces.
Existen cuatro tipos principales de compuestos, que se distinguen por la forma en que se unen los átomos que los constituyen. Los compuestos moleculares se mantienen unidos por enlaces covalentes ; los compuestos iónicos se mantienen unidos por enlaces iónicos ; los compuestos intermetálicos se mantienen unidos por enlaces metálicos ; los complejos de coordinación se mantienen unidos por enlaces covalentes coordinados . Los compuestos no estequiométricos constituyen un caso marginal controvertido.
Una fórmula química especifica el número de átomos de cada elemento en una molécula compuesta, utilizando los símbolos químicos estándar con subíndices numéricos . Muchos compuestos químicos tienen un identificador de número CAS único asignado por el Chemical Abstracts Service . A nivel mundial, se han registrado para producción y uso más de 350.000 compuestos químicos (incluidas mezclas de sustancias químicas). [1]
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El término "compuesto" (con un significado similar al moderno) se ha utilizado al menos desde 1661, cuando se publicó The Sceptical Chymist de Robert Boyle . En este libro, Boyle utilizó de diversas formas los términos "compuesto", [2] "cuerpo compuesto", [3] "cuerpo perfectamente mezclado" [4] y "concreto". [5] Los "cuerpos perfectamente mezclados" incluían, por ejemplo, el oro, [4] el plomo, [4] el mercurio [2] y el vino. [6] Si bien la distinción entre compuesto y mezcla no es tan clara, la distinción entre elemento y compuesto es un tema central.
El azogue... con agua fuerte se convertirá en un... polvo blanco... con azufre formará un cinabrio rojo sangre y volátil. Y, sin embargo, de todos estos compuestos exóticos, podemos recuperar el mismo mercurio corriente. [7]
Boyle utilizó el concepto de "corpúsculos" —o "átomos", [8] como también los llamaba— para explicar cómo un número limitado de elementos podía combinarse en un gran número de compuestos:
Si asignamos a los corpúsculos de los que se compone cada elemento un tamaño y una forma peculiares... dichos corpúsculos pueden estar mezclados en proporciones tan diversas y... conectados de tantas... maneras, que un número casi increíble de... concretos pueden estar compuestos de ellos. [5]
En su Logick , publicada en 1724, el ministro y lógico inglés Isaac Watts dio una definición temprana de elemento químico y contrastó elemento con compuesto químico en términos claros y modernos. [9]
Entre las Sustancias, algunas se llaman Simples, algunas son Compuestas... Las Sustancias Simples... son usualmente llamadas Elementos, de los cuales todos los otros Cuerpos están compuestos: Los Elementos son tales Sustancias que no pueden ser resueltas, o reducidas, en dos o más Sustancias de diferentes Clases. ... Los seguidores de Aristóteles hicieron que Fuego, Aire, Tierra y Agua fueran los cuatro Elementos, de los cuales todas las Cosas terrenales estaban compuestas; y supusieron que los Cielos eran una Quintaesencia, o quinto tipo de Cuerpo, distinto de todos estos: Pero, desde que la Filosofía experimental... ha sido mejor entendida, esta Doctrina ha sido abundantemente refutada. Los Químicos hacen que el Espíritu, la Sal, el Azufre, el Agua y la Tierra sean sus cinco Elementos, porque pueden reducir todas las Cosas terrestres a estos cinco: Esto parece acercarse más a la Verdad; aunque no todos están de acuerdo... Las Sustancias Compuestas están hechas de dos o más Sustancias simples... Así una Aguja es un Cuerpo simple, estando hecha solamente de Acero; pero una espada o un cuchillo es un compuesto porque su... Mango está hecho de materiales diferentes a la hoja.
Cualquier sustancia que consiste en dos o más tipos diferentes de átomos ( elementos químicos ) en una proporción estequiométrica fija puede denominarse compuesto químico ; el concepto se entiende más fácilmente cuando se consideran sustancias químicas puras . [10] : 15 [11] [12] De estar compuestos de proporciones fijas de dos o más tipos de átomos, se deduce que los compuestos químicos se pueden convertir, a través de una reacción química , en compuestos o sustancias que tienen cada uno menos átomos. [13] Una fórmula química es una forma de expresar información sobre las proporciones de átomos que constituyen un compuesto químico particular, utilizando símbolos químicos para los elementos químicos y subíndices para indicar el número de átomos involucrados. Por ejemplo, el agua está compuesta de dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno : la fórmula química es H 2 O. En el caso de compuestos no estequiométricos , las proporciones pueden ser reproducibles con respecto a su preparación, y dar proporciones fijas de sus elementos componentes, pero proporciones que no son integrales [por ejemplo, para el hidruro de paladio , PdH x (0,02 < x < 0,58)]. [14]
Los compuestos químicos tienen una estructura química única y definida que se mantiene unida en una disposición espacial definida por enlaces químicos . Los compuestos químicos pueden ser compuestos moleculares unidos por enlaces covalentes , sales unidas por enlaces iónicos , compuestos intermetálicos unidos por enlaces metálicos o el subconjunto de complejos químicos que se mantienen unidos por enlaces covalentes coordinados . [15] Los elementos químicos puros generalmente no se consideran compuestos químicos, ya que no cumplen con el requisito de dos o más átomos, aunque a menudo consisten en moléculas compuestas por múltiples átomos (como en la molécula diatómica H 2 o la molécula poliatómica S 8 , etc.). [15] Muchos compuestos químicos tienen un identificador numérico único asignado por el Chemical Abstracts Service (CAS): su número CAS .
Existe una nomenclatura variable y a veces inconsistente que diferencia las sustancias, que incluyen ejemplos verdaderamente no estequiométricos, de los compuestos químicos, que requieren proporciones fijas. Muchas sustancias químicas sólidas (por ejemplo, muchos minerales de silicato) son sustancias químicas, pero no tienen fórmulas simples que reflejen la unión química de los elementos entre sí en proporciones fijas; aun así, estas sustancias cristalinas a menudo se denominan " compuestos no estequiométricos ". Se puede argumentar que están relacionados con, en lugar de ser compuestos químicos, en la medida en que la variabilidad en sus composiciones a menudo se debe a la presencia de elementos extraños atrapados dentro de la estructura cristalina de un compuesto químico verdadero conocido de otro modo , o debido a perturbaciones en la estructura relativa al compuesto conocido que surgen debido a un exceso o déficit de los elementos constituyentes en lugares de su estructura; tales sustancias no estequiométricas forman la mayor parte de la corteza y el manto de la Tierra. Otros compuestos considerados químicamente idénticos pueden tener cantidades variables de isótopos pesados o ligeros de los elementos constituyentes, lo que cambia ligeramente la proporción de elementos por masa.
Una molécula es un grupo eléctricamente neutro de dos o más átomos unidos por enlaces químicos. [16] [17] [18] Una molécula puede ser homonuclear , es decir, que consta de átomos de un elemento químico, como los dos átomos de la molécula de oxígeno (O 2 ); o puede ser heteronuclear , un compuesto químico compuesto por más de un elemento, como el agua (dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno; H 2 O). Una molécula es la unidad más pequeña de una sustancia que aún conserva todas las propiedades físicas y químicas de esa sustancia. [19]
Un compuesto iónico es un compuesto químico formado por iones unidos por fuerzas electrostáticas denominadas enlace iónico . El compuesto es neutro en general, pero consta de iones con carga positiva llamados cationes e iones con carga negativa llamados aniones . Estos pueden ser iones simples como el sodio (Na + ) y el cloruro (Cl − ) en el cloruro de sodio , o especies poliatómicas como el amonio ( NH+
4) y carbonato ( CO2−
3) iones en carbonato de amonio . Los iones individuales dentro de un compuesto iónico suelen tener múltiples vecinos más cercanos, por lo que no se los considera parte de moléculas, sino parte de una red tridimensional continua, generalmente en una estructura cristalina .
Los compuestos iónicos que contienen iones básicos hidróxido (OH − ) u óxido (O 2− ) se clasifican como bases. Los compuestos iónicos sin estos iones también se conocen como sales y pueden formarse mediante reacciones ácido-base . Los compuestos iónicos también pueden producirse a partir de sus iones constituyentes por evaporación de su disolvente , precipitación , congelación , una reacción en estado sólido o la reacción de transferencia de electrones de metales reactivos con no metales reactivos, como los gases halógenos .
Los compuestos iónicos suelen tener puntos de fusión y ebullición elevados , y son duros y frágiles . Como sólidos, casi siempre son aislantes eléctricos , pero cuando se funden o se disuelven se vuelven altamente conductores , porque los iones se movilizan.
Un compuesto intermetálico es un tipo de aleación metálica que forma un compuesto ordenado en estado sólido entre dos o más elementos metálicos. Los intermetálicos son generalmente duros y frágiles, con buenas propiedades mecánicas a alta temperatura. [20] [21] [22] Se pueden clasificar como compuestos intermetálicos estequiométricos o no estequiométricos. [20]
Un complejo de coordinación consiste en un átomo o ion central, que generalmente es metálico y se denomina centro de coordinación , y un conjunto circundante de moléculas o iones unidos, que a su vez se conocen como ligandos o agentes complejantes. [23] [24] [25] Muchos compuestos que contienen metales, especialmente los de metales de transición , son complejos de coordinación. [26] Un complejo de coordinación cuyo centro es un átomo de metal se denomina complejo metálico de elemento de bloque d.
Los compuestos se mantienen unidos mediante distintos tipos de enlaces y fuerzas. Las diferencias en los tipos de enlaces en los compuestos difieren según los tipos de elementos presentes en el compuesto.
Las fuerzas de dispersión de London son las fuerzas más débiles de todas las fuerzas intermoleculares . Son fuerzas de atracción temporales que se forman cuando los electrones de dos átomos adyacentes se posicionan de manera que crean un dipolo temporal . Además, las fuerzas de dispersión de London son responsables de condensar sustancias no polares en líquidos y de congelarlas aún más hasta un estado sólido dependiendo de qué tan baja sea la temperatura del entorno. [27]
Un enlace covalente , también conocido como enlace molecular, implica el intercambio de electrones entre dos átomos. Principalmente, este tipo de enlace se produce entre elementos que se encuentran cerca uno del otro en la tabla periódica de elementos , aunque se observa entre algunos metales y no metales. Esto se debe al mecanismo de este tipo de enlace. Los elementos que se encuentran cerca uno del otro en la tabla periódica tienden a tener electronegatividades similares, lo que significa que tienen una afinidad similar por los electrones. Dado que ninguno de los elementos tiene una afinidad más fuerte para donar o ganar electrones, hace que los elementos compartan electrones, por lo que ambos elementos tienen un octeto más estable .
El enlace iónico se produce cuando los electrones de valencia se transfieren completamente entre elementos. A diferencia del enlace covalente, este enlace químico crea dos iones con cargas opuestas. Los metales en el enlace iónico suelen perder sus electrones de valencia, convirtiéndose en un catión con carga positiva . El no metal ganará los electrones del metal, convirtiendo al no metal en un anión con carga negativa . Como se ha descrito, los enlaces iónicos se producen entre un donante de electrones, normalmente un metal, y un aceptor de electrones, que suele ser un no metal. [28]
La unión de hidrógeno se produce cuando un átomo de hidrógeno unido a un átomo electronegativo forma una conexión electrostática con otro átomo electronegativo a través de dipolos o cargas en interacción. [29] [30] [31]
Un compuesto puede convertirse en una composición química diferente mediante la interacción con un segundo compuesto químico a través de una reacción química . En este proceso, los enlaces entre átomos se rompen en ambos compuestos que interactúan y luego se reforman los enlaces para que se formen nuevas asociaciones entre átomos. Esquemáticamente, esta reacción podría describirse como AB + CD → AD + CB , donde A, B, C y D son átomos únicos; y AB, AD, CD y CB son compuestos únicos.
