Formulación y nomenclatura: los oxoácidos

Si los hidróxidos se caracterizan por presentar un carácter más o menos básico, los oxoácidos, como su propio nombre indica, destacan por tener un comportamiento ácido. Hasta en su nombre redunda la acidez, pues deriva de la palabra griega oxýs, que significa ácido. Aunque, en realidad, se añade este sufijo para remarcar la presencia de oxígeno en el compuesto, un elemento que no aparece en los otros ácidos inorgánicos ya estudiados, los hidrácidos.

Según las teorías de Arrhenius y de Brönsted-Lowry, un ácido es una sustancia capaz de ceder protones al medio.

• Hidrácidos: combinaciones binarias de hidrógeno y un no metal de los grupos 16 (calcógenos: S, Se, Te) o 17 (halógenos: F, Cl, Br, I).

• Oxoácidos: compuestos ternarios de hidrógeno, oxígeno y un elemento electronegativo, generalmente no metálico.

Actualmente la IUPAC considera los hidrácidos meros hidruros, y utiliza la denominación ácidos inorgánicos de manera exclusiva para los oxoácidos, aunque en la bibliografía lo podemos encontrar indistintamente con una u otra clasificación.

Formulación de los oxoácidos

La fórmula general de los oxoácidos es H_aN_bO_c, siendo N un elemento electronegativo (no metálico, en la mayoría de los casos).

En estos compuestos:

• El hidrógeno actúa con número de oxidación I.

• El oxígeno actúa con número de oxidación –II.

• El elemento electronegativo, generalmente no metálico, actúa con un número de oxidación positivo, n, que puede deducirse a partir de los subíndices a, b y c, si tenemos en cuenta que la suma de los números de oxidación positivos debe compensar la de los números negativos:

¿Y de qué manera se asignan los subíndices que acompañan a cada elemento? En general, podemos considerar que todo oxoácido procede de un óxido al que se le añade una molécula de agua. ¿Os acordáis que los óxidos no metálicos se denominaban tradicionalmente anhídridos? La palabra anhídrido proviene del griego ánydros ‘que no tiene agua’, por lo que añadiendo dos hidrógenos y un oxígeno a un óxido obtendremos su correspondiente oxoácido. Eso sí, tiene que ser un óxido de un no metal (aunque también puede darse con algún metal de transición en un estado de oxidación alto). Veamos unos ejemplos:

• Con el monóxido de carbono o anhídrido carbonoso: CO + H₂O = H₂CO₂. Puede comprobarse que, tanto en el óxido como en el oxoácido, el número de oxidación del carbono es II (para contrarrestar las cuatro cargas negativas que aportan los oxígenos hacen falta, además de las dos cargas positivas de los hidrógenos, otras dos cargas positivas que aportaría el carbono).

• Con el dióxido de carbono o anhídrido carbónico: CO₂ + H₂O = H₂CO₃. En este caso, el número de oxidación del carbono es IV (los tres oxígenos aportan seis cargas negativas, que se anulan con las dos cargas positivas de los hidrógenos y con cuatro cargas positivas del carbono).

• Con el trióxido de azufre o anhídrido sulfúrico: SO₃ + H₂O = H₂SO₄. En los dos compuestos el número de oxidación del azufre es VI (las ocho cargas negativas de los oxígenos se anulan con las dos cargas positivas de los hidrógenos y las que aporte el azufre, que tienen que ser seis).

• Con el heptaóxido de dicloro o anhídrido perclórico: Cl₂O₇ + H₂O = H₂Cl₂O₈ = HClO₄. El cloro actúa, en ambos, con su mayor número de oxidación, VII (las siete cargas positivas del cloro más la carga positiva del hidrógeno igualan las ocho cargas negativas que aportan los cuatro oxígenos).

Nomenclatura tradicional de los oxoácidos

La nomenclatura tradicional está tan extendida en los oxoácidos, y de ella derivan tantos nombres, que es casi imposible sustituirla, de manera que la IUPAC no puede evitar aceptarla y usarla. Es, por tanto, la que vamos a detallar en este momento, y relegaremos otras nomenclaturas pues solo pueden ser del interés de estudiantes de niveles más avanzados de química. En ella se utilizan las mismas reglas que para la nomenclatura de los anhídridos:

En la nomenclatura tradicional los oxoácidos se nombran como ácidos del elemento en cuestión, a cuyo nombre se le pueden añadir los prefijos hipo–/per– y los sufijos –oso/–ico, para indicar el estado de oxidación con el que participa. 

• Cuando el elemento no metálico tiene un único número de oxidación, a la raíz del nombre se le añade la terminación –ico.

• Para aquellos no metales con dos números de oxidación, se añade la terminación –oso a la raíz del nombre cuando actúa con el número de oxidación menor, y la terminación –ico cuando se trata del mayor.

• Si el no metal tiene tres números de oxidación, se añade el prefijo hipo– y el sufijo –oso para el menor, únicamente el sufijo –oso para el intermedio, y el sufijo –ico para el mayor.

• En el caso de actuar con cuatro números de oxidación distintos, se utiliza el sufijo –oso para los dos primeros y el sufijo –ico para los demás, añadiendo el prefijo hipo– al menor de todos y el prefijo per– al más alto.

Según esto, los ejemplos previamente utilizados se nombrarían así:

• El ácido derivado del monóxido de carbono o anhídrido carbonoso es H₂CO₂. por lo que su nombre sería ácido carbonoso, ya que actúa con su número de oxidación menor (II).

• El ácido derivado del dióxido de carbono o anhídrido carbónico es H₂CO₃. En este caso, el carbono actúa con su número de oxidación mayor (IV), por lo que su nombre es ácido carbónico.

• El ácido derivado del trióxido de azufre o anhídrido sulfúrico es H₂SO₄, y su nombre es ácido sulfúrico, pues el azufre actúa con su número de oxidación más alto (VI).

• El ácido derivado del heptaóxido de dicloro o anhídrido perclórico es HClO₄. Como el cloro actúa con el número de oxidación más alto (VII) de los cuatro posibles, no solo es necesario el sufijo –ico, sino también el prefijo per–, por lo que su nombre es ácido perclórico.

A continuación se recogen las fórmulas y nombres de los oxoácidos de los elementos más representativos de cada grupo del bloque no metálico de la tabla periódica:

También existen algunos oxoácidos de metales de transición. Los más importantes son los que se forman con el cromo y el manganeso, en sus estados de oxidación más altos:

Para saber más: Las formas meta y orto 

Hasta el momento hemos visto los distintos oxoácidos que puede dar un mismo elemento con cada uno de sus números de oxidación. Pero también es posible encontrar oxoácidos que, estando el elemento no metálico en un mismo estado de oxidación, se diferencian en el grado de hidratación que presentan:

• Todos los ácidos mencionados anteriormente se obtienen por adición de una molécula de agua al correspondiente anhídrido. Estas se denominan formas meta, y cuando es necesario distinguirlas de otros ácidos más hidratados se debe incorporar el prefijo meta– al nombre.

• Los ácidos que tienen un mayor grado de hidratación, con una o dos moléculas de aguas adicionales respecto a la forma meta, se conocen como formas orto, y se añade el prefijo orto– al nombre para distinguirlas de las anteriores.

Son ejemplos típicos los oxoácidos del fósforo, cuando este actúa con número de oxidación V:

De la misma manera obtenemos los oxoácidos del arsénico y el antimonio (del mismo grupo que el fósforo):

El boro y el silicio también forman oxoácidos con una molécula de agua adicional:

La forma orto de los oxoácidos de P, Ar, Sb, B y Si es más estable, y por ello es la más común y el prefijo puede (y suele) eliminarse del nombre. 

En el caso de los oxoácidos de los elementos 16 y 17 la forma orto posee dos moléculas de agua más que la correspondiente forma meta (fíjate que en los anteriores era solo una molécula). Así ocurre con el telurio y el yodo:

La forma meta de los oxoácidos de Te y I es la más estable, por eso, en este caso, es la que suele prescindir del prefijo.

Para saber un poco más: Las formas piro- o di-

Estos ácidos se forman por la unión (condensación) de dos moléculas del oxoácido precursor, con pérdida de una molécula de agua. En ellos simplemente hay que añadir el prefijo di– al nombre del ácido (antiguamente se usaba el prefijo piro–). Esto puede darse en el azufre, el fósforo y el cromo: