Las funciones químicas inorgánicas permiten clasificar los compuestos inorgánicos en grupos que comparten estructura y propiedades similares o análogas. Por ejemplo, la función hidróxido reúne los compuestos cuya estructura está formada por un metal y uno o más grupos —OH. Además de tener estructura similar, tienen propiedades parecidas, pues los hidróxidos son alcalinos, corrosivos, sólidos y reaccionan con ácidos para formar sales.
El concepto de función química está asociado al de grupo funcional. Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que identifica una función química y que es responsable de su comportamiento. Siguiendo con el ejemplo anterior, el grupo funcional de los hidróxidos es el grupo —OH. Sin embargo, los grupos funcionales, en química inorgánica, no están tan definidos y organizados como en química orgánica. Esto se debe a la gran variedad de sustancias inorgánicas que existe.
Principales funciones químicas inorgánicas
Las principales funciones inorgánicas son: óxido, base o hidróxido, acido, sal, hidruro y peróxido. La figura 1, muestra la relación entre ellas.
Función óxido
Los óxidos son compuestos binarios formados por oxígeno y cualquier otro elemento. Los óxidos son de dos clases: óxidos ácidos y óxidos básicos. El descubrimiento del oxígeno por parte de Lavoisier y sus experimentos con la combustión, fueron fundamentales para comprender la naturaleza de los óxidos.
Óxidos ácidos
Los óxidos ácidos, también conocidos como anhídridos o óxidos no metálicos. Son compuestos binarios formados por la combinación de oxígeno con un no metal.
Los anhídridos se forman a través de una reacción de síntesis o combinación directa. La reacción general es:
No metal + oxígeno → óxido ácido
Por ejemplo, C + O2 → CO2
Propiedades de los óxidos ácidos
- Físicas: A temperatura ambiente, la mayoría son gaseosos (como el CO2 o el SO2). Algunos, como el P2O5, son sólidos. Son solubles en agua.
- Químicas: Su propiedad, más sobre saliente, es que al reaccionar con el agua (H₂O), forman ácidos oxácidos. Además, reaccionan con las bases para formar sales. Por ejemplo,
SO3 + H2O → H2SO4. Óxido sulfúrico más agua, produce ácido sulfúrico.
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 +H2O. Dióxido de carbono más hidróxido de sodio, produce carbonato de sodio más agua.
La tabla 1, muestra la fórmula y la nomenclatura de algunos óxidos del carbono, nitrógeno y azufre.
👉 Dato curioso: El dióxido de carbono (CO₂) es un reactivo crucial en la fotosíntesis. Además, es un gas de efecto invernadero. Es el gas que se usa en las bebidas y en estado sólido se conoce como hielo seco.
Óxidos básicos
Son compuestos binarios formados por la combinación del oxígeno con un metal. Se conocen, también, como óxidos metálicos.
Se forman por reacción directa de un metal con el oxígeno. A este proceso lo conocemos comúnmente como corrosión. Como lo que ocurre con una varilla de hierro expuesta a la intemperie. La reacción general es:
Metal + oxígeno → óxido básico
Por ejemplo, 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3.
Propiedades de los óxidos básicos
- Físicas: A temperatura ambiente, casi todos los óxidos básicos son sólidos con una amplia gama de colores. Suelen tener puntos de fusión y ebullición muy elevados. No son volátiles. Algunos son solubles en agua.
- Químicas: Su propiedad definitoria es que reaccionan con el agua (H₂O) para formar bases o hidróxidos. Además, reaccionan con los ácidos, en una reacción de neutralización, para formar sal y agua. Por ejemplo,
Na2O + H2O → 2NaOH. Óxido de sodio más agua, produce hidróxido de sodio.
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O. Óxido de cobre II más ácido clorhídrico, produce cloruro de cobre II más agua.
La tabla 2, muestra la fórmula y la nomenclatura de algunos óxidos básicos.
👉 Dato curioso: El óxido de zinc (ZnO) se usa en bloqueadores solares por su capacidad para reflejar los rayos UV. También, es un ingrediente clave en pomadas para tratar irritaciones de la piel (como la pomada para bebé).
Función ácido
Según la definición de Brönsted-Lowry, un ácido es una sustancia capaz de ceder protones (H+). En las funciones químicas inorgánicas, las fórmulas de todos los ácidos inician con el hidrógeno (H2SO4, HCl, HNO3, etc.). Hay dos clases de ácidos: los oxácidos y los hidrácidos.
Oxácidos (Los ácidos que llevan oxígeno)
Los ácidos oxácidos son compuestos ternarios formados por hidrógeno, un no y oxígeno. La fórmula general de los ácidos oxácidos es HaXbOc, donde X es el no metal y a, b, c, son los subíndices de cada elemento.
¿Cómo se forman los ácidos oxácidos? Se forman cuando un óxido ácido (anhídrido) reacciona con agua. La reacción general es:
Oxido ácido + agua → ácido oxácido.
Por ejemplo, el pentóxido de dinitrógeno (N2O5) reacciona con agua para formar ácido nítrico (HNO3). La reacción es:
N2O5 + H2O → 2HNO3.
Propiedades de los ácidos oxácidos
Físicas: A temperatura ambiente, la mayoría son líquidos (como el H₂SO₄) o sólidos solubles en agua (como el H₃PO₄). Sus disoluciones acuosas tienen una textura áspera y aceitosa al tacto (nunca deben tocarse) y son electrólitos fuertes (conducen la electricidad muy bien). Además, enrojecen el papel tornasol y tienen sabor agrio.
Químicas: los ácidos oxácidos se caracterizan por:
1 – Reaccionar con metales activos para formar sal y liberar hidrógeno gaseoso (H₂). Así como,
2H3PO4 + 3Mg → Mg3(PO4)2 + 3H2. Ácido fosfórico reacciona con magnesio, formando fosfato de magnesio (sal) y liberando hidrógeno.
2 – Reaccionar con bases (hidróxidos) para formar sal y agua. Por ejemplo,
HClO + NaOH → NaClO + H2O. En esta reacción, el ácido hipocloroso reacciona con hidróxido de sodio, formando hipoclorito de sodio (sal) y agua.
3 – Reaccionar con óxidos básicos para formar sal. En el caso de,
2H3PO4 + 3CaO → Ca3(PO4)2 +3H2O. El ácido fosfórico reacciona con óxido de calcio (cal viva) para producir fosfato de calcio. Esta reacción es importante en la producción de fertilizantes.
4 – Reaccionar con carbonatos y bicarbonatos para liberar dióxido de carbono (CO₂).
H2SO4 + 2NaHCO3 → Na2SO4 + 2CO2 +2H2O. En esta reacción, el ácido sulfúrico reacciona con bicarbonato de sodio, para formar sulfato de sodio (sal) y agua, liberando gas carbónico.
Para ilustrar, la tabla 3 muestra 10 ejemplos de ácidos oxácidos con su respectiva fórmula y nomenclatura tradicional.
Ácidos hidrácidos: (Los ácidos sin oxígeno)
Los ácidos hidrácidos son compuestos binarios formados por la combinación de hidrógeno con un no metal de los grupos VIA (16) y VIIA (17). En estos compuestos, el no metal muestra su menor estado de oxidación.
Es importante aclarar que estos compuestos en estado puro, son gases sin carácter ácido y se les considera más bien como hidruros no metálicos. Sin embargo, en agua se disocian liberando iones de hidrógeno H+, y es a esta solución a la que llamamos ácido hidrácido. Por ejemplo,
H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) (cloruro de hidrógeno)
HCl(g) + H2O → HCl(ac) (ácido clorhídrico)
Propiedades de los hidrácidos
Físicas: a temperatura ambiente, los compuestos puros (HCl, H₂S, etc.) son gases. Sus soluciones acuosas (ac) son, en su mayoría, líquidos con olores penetrantes y desagradables (especialmente el H₂S, que huele a huevo podrido). Son electrólitos fuertes (conducen bien la electricidad ya que se ionizan por completo).
Químicas: Comparten las reacciones típicas con los oxácidos: enrojecen el papel tornasol, tienen sabor agrio y reaccionan con metales activos, bases y carbonatos. No obstante, son generalmente más volátiles y menos estables que los ácidos oxácidos. Una propiedad distintiva es que, al reaccionar con los metales, liberan hidrógeno y forman una sal binaria en este caso. Por ejemplo,
2HCl(ac) + Zn → ZnCL2 + H2(g). El ácido clorhídrico reacciona con zinc, formando cloruro de zinc (sal binaria) e hidrógeno gaseoso.
La nomenclatura de los ácidos hidrácidos es sencilla: se usa la palabra «ácido» seguida del nombre del no metal con la terminación «hídrico«. La tabla 4 muestra 5 ejemplos de ácidos hidrácidos.
Función hidróxido
Los hidróxidos son compuestos ternarios formados por la unión de un catión metálico (M⁺) con uno o más aniones hidróxido (OH⁻). Su fórmula general es M(OH)ₙ, donde «n» es la valencia del metal. El grupo OH⁻ también se denomina hidroxilo.
Los hidróxidos se forman por la reacción de los óxidos metálicos (o básicos) con el agua. Por ejemplo,
Na2O + H2O →2NaOH El óxido de sodio reacciona con agua, para formar hidróxido de sodio.
CaO + H2O → Ca(OH)2. El óxido de calcio reacciona con agua, para formar hidróxido de calcio.
Propiedades de los hidróxidos
- Químicas:
- Los hidróxidos de los metales alcalinos son solubles en agua (LiOH, NaOH, KOH, etc.). Algunos alcalinotérreos como el Ca(OH)₂ tienen solubilidad media. El resto son insolubles.
- Sus soluciones acuosas tienen una textura jabonosa o resbaladiza al tacto. Son electrólitos fuertes (los solubles conducen muy bien la electricidad).
- Físicas:
- Reaccionan con ácidos para formar sal y agua en una reacción de neutralización. Por ejemplo,
NaOH + HCl → NaCl + H2O hidróxido de sodio reacciona con ácido clorhídrico, formando cloruro de sodio y agua. - Reaccionan con óxidos ácidos para formar sal. Verbigracia,
2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O Hidróxido de sodio reacciona con dióxido de carbono, para formar carbonato de sodio y agua. - Cambian el color de los indicadores: vuelven azul el papel tornasol rojo y le dan un color rosado-fucsia a la fenolftaleína.
- Reaccionan con ácidos para formar sal y agua en una reacción de neutralización. Por ejemplo,
10 ejemplos de hidróxidos
La nomenclatura de los hidróxidos es sencilla. Se usa la palabra «hidróxido de» seguida del nombre del metal. Si el metal tiene más de una valencia, se usa el sistema de Stock (números romanos). La tabla 5 muestra 10 ejemplos.
👉 ¡Dato Curioso! El hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂), es el ingrediente activo de la leche de magnesia, un antiácido común. Cuando lo ingieres, una pequeña cantidad reacciona con el ácido clorhídrico del estómago en una reacción de neutralización, que alivia la acidez estomacal. La reacción es: Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O. Hidróxido de magnesio reacciona con ácido clorhídrico, formando cloruro de magnesio y agua. Es un ejemplo perfecto de una reacción química ocurriendo dentro del cuerpo.
Función sal
La función sal es, entre las funciones inorgánicas, la de mayor número de compuestos debido a la gran diversidad de combinaciones entre cationes y aniones.
Las sales son compuestos iónicos resultantes, principalmente, de la reacción de neutralización entre un ácido y una base (hidróxido). Por lo tanto, están formadas por un catión (que proviene de la base) y un anión (que proviene del ácido). Dicho de otra manera, una sal tiene en su estructura, por lo menos, un metal y un no metal.
¿Cómo se Forman las sales?
Las sales son abundantes en la naturaleza. Sin embargo, las sales se obtienen, en laboratorio, mediante varias reacciones químicas. Las más importantes son:
- Ácido + Hidróxido → Sal + Agua. Por ejemplo,
HCl + NaOH → NaCl + H2O (el ácido clorhídrico reacciona con hidróxido de sodio, produciendo cloruro de sodio y agua) - Ácido + Metal → Sal + Hidrógeno. Verbigracia,
2HNO3 + Zn → Zn(NO3)2 + H2 (el ácido nítrico reacciona con Zinc, para obtener nitrato de zinc e Hidrógeno) - Ácido + Óxido Básico → Sal + Agua. Por ejemplo,
H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O (el ácido sulfúrico se combina con Óxido de cobre (II) y produce Sulfato de cobre (II) más Agua) - Hidróxido + Óxido Ácido → Sal + Agua A manera de ejemplo,
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (el hidróxido de sodio reacciona con dióxido de carbono, para formar carbonato de sodio y agua)
Propiedades de las sales
- Físicas: A temperatura ambiente, la gran mayoría son sólidos cristalinos con altos puntos de fusión y ebullición. Sus cristales pueden ser de muchos colores. Muchas son solubles en agua.
- Químicas: Sus disoluciones acuosas pueden ser neutras, ácidas o básicas, dependiendo de los iones que las formen. Conducen la electricidad cuando están disueltas en agua.
Clasificación de las Sales
Hay varias clases de sales organizadas según su composición y su comportamiento.
1 – Clasificación por su Comportamiento Químico (pH en disolución)
Esta es la clasificación más importante para predecir cómo reaccionarán.
2 – Clasificación por su Estructura y Composición
Esta se fija en los iones que forman la sal y su estructura cristalina.
Función hidruro (la más extraña de las funciones inorgánicas)
Los hidruros son compuestos binarios formados por la unión del hidrógeno con otro elemento, metal (hidruros metálicos) o no metal (hidruros no metálicos). En el caso de los hidruros metálicos, el hidrógeno presenta número de oxidación -1. Esto los convierte en agentes reductores, porque tienden a ceder electrones a otras sustancias.
En cuanto a la nomenclatura, los hidruros formados por metales se nombran iniciando con hidruro de … el nombre del metal correspondiente. Por ejemplo, NaH (hidruro de sodio). Por su parte, los hidruros no metálicos suelen tener nombres especiales. Son ejemplos de ello, NH3 (amoniaco) y PH3 (fosfina).
Los hidruros tienen usos muy particulares. El hidruro de calcio (CaH2), por ejemplo, se usa como agente secante extremadamente potente. El hidruro de litio y aluminio (LiAlH4), es un reactivo fundamental en laboratorios para sintetizar moléculas orgánicas, ya que es un poderoso agente reductor. La fosfina se usa en control de plagas y en la fabricación de componentes electrónicos.
Función peróxido
Los peróxidos son compuestos que se caracterizan por tener átomos de oxígeno con número de oxidación -1. Son oxidantes porque liberan oxígeno con facilidad. A diferencia de las fórmulas de otras funciones inorgánicas, las fórmulas de los peróxidos no se simplifican. En consecuencia, se escribe H2O2 o Na2O2. El peróxido de hidrógeno H2O2, conocido como agua oxigenada, se usa como desinfectante y blanqueador. Por su parte, el peróxido de sodio Na2O2, es un agente oxidante de tipo industrial.
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