Un oxiácido , oxoácido o ácido ternario es un ácido que contiene oxígeno . En concreto, 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 el 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 lo es con los hidruros binarios no metálicos. Más bien, la electronegatividad del átomo central y el número de átomos de oxígeno determinan la acidez del oxiácido. Para 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, la fuerza del ácido aumenta al aumentar 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 sólo existen formalmente como especies hipotéticas, o sólo existen en solución y no pueden aislarse en forma pura. Hay varias razones generales para esto: (1) pueden condensarse para formar oligómeros (por ejemplo, H 2 CrO 4 a H 2 Cr 2 O 7 ), o deshidratarse completamente para formar el anhídrido (por ejemplo, H 2 CO 3 a CO 2 ), (2) pueden desproporcionarse entre 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 por completo como otra forma tautomérica más estable ( por ejemplo, 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 con =NR en un oxiácido. [2]
Una molécula de oxiácido contiene la estructura X−O−H, donde otros átomos o grupos de átomos se pueden conectar al átomo central X. En una solución , dicha molécula se puede disociar en iones de dos maneras 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 como ocurre con 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 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 hidróxido de sodio NaOH e 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 el agua, son sólo moderadamente básicas en comparación con otras bases. Por ejemplo, el pKa del ácido conjugado del hidróxido de sodio , agua , es 15,7, mientras que el de la amida de sodio , amoníaco , está más cerca de 40, lo que hace que el hidróxido de sodio sea una base mucho más débil que la 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 maneras, en el primer caso al reaccionar con bases , y en el segundo caso al reaccionar con ácidos. Ejemplos de esto incluyen alcoholes alifáticos , como el etanol . [3]
Los oxiácidos inorgánicos suelen tener una fórmula química del tipo H m XO n , donde X es un átomo que funciona como átomo central , mientras que los parámetros myn 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 se calientan los oxiácidos, muchos de ellos se disocian en agua y el anhídrido del ácido. En la mayoría de los casos, estos 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 vuelven a formar 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. Por esta razón, le dio a este elemento su nombre, oxigenio , derivado del griego y que significa productor de ácido , 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] Los ácidos que no contienen oxígeno se conocen hoy en día como hidroácidos.
Muchos oxiácidos inorgánicos reciben tradicionalmente nombres que terminan en la palabra ácido y que también contienen, de forma algo modificada, el nombre del elemento que contienen además de hidrógeno y oxígeno. Ejemplos bien 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 según los elementos que contienen y su estructura molecular, no según otras propiedades (por ejemplo, acidez ) que tengan. [7]
La IUPAC, sin embargo, recomienda no llamar a compuestos futuros aún no descubiertos con un nombre que termine con la palabra ácido . [7] De hecho, los ácidos pueden denominarse con nombres formados añadiendo la palabra hidrógeno delante del anión correspondiente ; por ejemplo, el ácido sulfúrico también podría denominarse sulfato de hidrógeno (o sulfato de dihidrógeno ). [8] De hecho, el nombre completamente sistemático del ácido sulfúrico, según las reglas de la IUPAC, sería dihidroxidodioxidosulfuro y el del ion sulfato, tetraoxidosulfato(2-) , [9] Sin embargo, tales 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 dichos ácidos es utilizar 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 de el ácido que contiene menos átomos de oxígeno. Así, por ejemplo, el ácido sulfúrico es H 2 SO 4 , y el ácido sulfuroso , H 2 SO 3 . De manera análoga, el ácido nítrico es HNO 3 y el ácido nitroso , HNO 2 . Si hay más de dos oxiácidos que tienen el mismo elemento que el átomo central, entonces, en algunos casos, los ácidos se distinguen añadiendo el prefijo per- o hipo- a sus nombres. El prefijo per- , sin embargo, se utiliza sólo 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 contener un átomo de oxígeno con doble enlace más que los ácidos perhálicos. En ese caso, cualquier ácido relacionado con dicho elemento recibe el prefijo hiper- . Actualmente, el único ácido conocido con este prefijo es el ácido hiperrutenico, H 2 RuO 5 .
El sufijo -ite aparece en nombres de aniones y sales derivadas de ácidos cuyos nombres terminan en el sufijo -ous . Por otro lado, el sufijo -ate aparece en nombres de aniones y sales derivadas de ácidos cuyos nombres terminan en el sufijo -ic . 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 paraácido es lo que se puede considerar como resto del ortoácido si se separa una molécula de agua de la molécula de ortoácido . Por ejemplo, al ácido fosfórico , H 3 PO 4 , a veces se le 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 nombres de ácido ortotelúrico y ácido ortoperiódico , y sus correspondientes aniones y sales. [10]
En la siguiente tabla, la fórmula y el nombre del anión hacen referencia a lo que queda del ácido cuando pierde todos sus átomos de hidrógeno en forma de 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 anterior bi- ), con prefijos numéricos si es necesario. Por ejemplo, así2-4
es el anión sulfato , y HSO−
4, el anión hidrogenosulfato (o bisulfato). De manera similar, PO3-4
es fosfato , HPO2-4
es hidrogenofosfato, y H
2correos−
4es dihidrogenofosfato.
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