Características de la química inorgánica
La química inorgánica estudia las propiedades de los elementos que no tienen origen biológico. Utiliza para ello diferentes métodos de análisis y mecanismos de reacción. Las mediciones proporcionan información importante para los modelos teóricos.
La materia objeto de análisis está constituida por moléculas de sales, metales y minerales, y éstas por dos o más átomos, máximo ocho. Estructuras más simples que las halladas en la materia orgánica.
Los compuestos inorgánicos se encuentran en forma de minerales en la naturaleza. También como biomoléculas o moléculas constituyentes de los seres vivos.
Aplicaciones
La riqueza de una nación es su capacidad de producir, y antiguamente se medía por su capacidad de producir ácido sulfúrico. Tal vez es la razón por la que la materia corrosiva es el compuesto químico que más se mueve en el mundo. Se emplea en la industria, en la fabricación de fertilizantes para la agricultura y para la síntesis de otros ácidos y sulfatos.
A partir de la química inorgánica industrial se elabora oxígeno, nitrógeno, dióxido de titanio, amoniaco, nitrato de amonio, sulfato de amonio, sulfato de aluminio, hidrógeno, cloro, ácido clorhídrico, hidróxido de sodio, silicato de sodio y clorato de sodio, entre otros compuestos de gran demanda en Europa, Asia y Estados Unidos de América.
La química mineral formula teorías y un conjunto de técnicas de gran aplicación en la industria metalúrgica. Se emplean para la extracción, transformación y uso de los metales. Elementos de provecho en los campos de la construcción, electricidad y electrónica, entre otros.
El avance de la química inorgánica ha permitido el diseño y manipulación de la materia en niveles microscópicos, nanotecnología. Esto genera repercusiones favorables al desarrollo de la medicina y preservación del medio ambiente.
Desde el descubrimiento de la radioactividad, la química inorgánica contribuye a la salud, a partir del diagnóstico y tratamiento efectivo de enfermedades. Se emplea también en la producción de combustible.
¿Qué describe?
La química inorgánica descriptiva se enfoca en las propiedades de la materia. Y al estudiar los compuestos inorgánicos los clasifica en: compuestos de coordinación, compuestos del grupo principal, compuestos de metales de transición, organometálicos, clústers, bioinorgánicos y en estado sólido. Clasificación que responde algunas veces a la ubicación del elemento del compuesto más pesado en la tabla periódica. Y otras, a sus similitudes estructurales. La química toma en cuenta además un conjunto de teorías, de las que se alimenta y que ella completa.
Historia
La química es una ciencia natural, centra su interés en la naturaleza, en las leyes que rigen el universo. Inicialmente fue vista como una corriente filosófica y no como ciencia, por carecer de mediciones y métodos experimentales. Crecidamente, en los siglos XVI y XVII la llamada revolución científica creó el método para dar aval a lo observado. Y que hasta entonces había sido sometido al solo razonamiento formal.
La química nace con los trabajos del estudioso francés Antoine Lavoisier y el descubrimiento del oxígeno. Y se afianza con el desarrollo de la tabla periódica de los elementos por parte del ruso Dmitri Ivánovich Mendeléiev.
Ahora bien, el nombre de química inorgánica surge como contraparte de la química orgánica, encargada de estudiar los compuestos de carbono. El carbono se obtenía entonces únicamente de los seres vivos, de una fuente orgánica, hoy también se obtiene de manera artificial.
La química inorgánica era conocida en principio como la química de la materia inorgánica, creyendo que sólo los compuestos orgánicos tenían fuerza vital. Luego los compuestos inorgánicos fueron clasificados según su función, atendiendo al comportamiento característico de cada grupo.
Conceptos claves
- Compuestos inorgánicos: Están formados por dos o más elementos de la tabla periódica. Su componente principal es el agua. Pueden o no contener carbono.
- Compuestos iónicos: Constituidos por dos sustancias con diferentes electronegatividades.
- Cationes: Iones con carga eléctrica positiva.
- Aniones: Iones con carga eléctrica negativa.
- Enlaces iónicos: Unión de átomos de elementos metálicos con átomos de elementos no metálicos, en la que se da la transferencia permanente de electrones. El enlace iónico produce un ion, molécula cargada electromagnéticamente.
- Estado de oxidación: Grado de oxidación del átomo de un compuesto o sustancia química.
- Ligando: Ión o molécula que se une a un átomo metálico central para formar un complejo de coordinación.
- Potencial de ionización: Energía necesaria para separar un electrón –en su estado esencial- de un átomo neutro
- Afinidad electrónica: O electroafinidad, es la energía liberada cuando el átomo neutro atrae a un electrón para formar un ion negativo.
- Óxidos: Compuesto químico formado por un átomo de oxígeno y un átomo de otro elemento.
- Carbonatos: Sales del ácido carbónico.
- Sulfatos: Sales o ésteres del ácido sulfúrico.
- Haluros: Compuesto que contiene un átomo de halógeno y otro de un elemento o grupo funcional con menos electronegatividad.
- Reacciones rédox: Reacción química de reducción-oxidación. El traspaso de electrones produce un cambio en los estados de oxidación.
- Química ácido-base: Reacción de neutralización. Un ácido y una base producen sal y agua. Establece el equilibrio químico.
- Teoría ABDB: Es el modelo ácido -base -duro –blando, explica la firmeza de los compuestos y mecanismos de reacción.
Segmentos de la química inorgánica
La química inorgánica se divide en tres segmentos o ramas: química organometálica, química de clústers y química bioinorgánica.
- La química organometálica es una disciplina compartida con la química orgánica, fisicoquímica y electroquímica. Tiene aplicación tecnológica en multiplicidad de industrias.
- La química de clústers estudia el conjunto de átomos y moléculas que mide entre una molécula y un cuerpo sólido masivo. La estequiometria y nuclearidad de los cluster (racimo de átomos o moléculas) es diversa.
- Química bioinorgánica estudia cómo un rasgo o actividad de los metales contribuye a una actividad o dinámica compleja de un organismo. Es decir, la función o rol biológico de los elementos inorgánicos.
Grupos funcionales
Se denomina grupo funcional a la serie de compuestos que poseen una función química específica. Entendiendo como función química, la propiedad o conjunto de propiedades que comparten dichos compuestos.
En química inorgánica existen cuatro grupos funcionales: ácidos, bases, óxidos y sales.
En los ácidos está siempre presente el hidrogenión (H+), también llamado protón, átomo de hidrógeno que pierde su electrón. Este inicia la fórmula.
Las bases o hidróxidos resultan de la unión de un elemento metal y un anión hidróxilo. El anión también llamado ion oxhidrilo está formado por un átomo de oxígeno más uno de hidrógeno, con carga eléctrica -1. La fórmula base es: metal + anión hidróxilo (OH-).
Los óxidos son compuestos binarios, están constituidos por oxígeno y otro elemento. La fórmula es invariable: Elemento + Oxígeno (O). Cuando la unión es con un metal, se llama óxido metálico o básico; y cuando es con un no metal, óxido no metálico u óxido ácido.
Las sales están formadas por un metal y un anión que no es óxido ni hidróxido.
Nomenclatura
Existen reglas de nomenclatura específicas para cada grupo funcional. Su aplicación requiere de práctica y aún más pericia que la demostrada con los compuestos orgánicos. Las nomenclaturas más utilizadas en compuestos inorgánicos son: stock, sistemática y tradicional.
La nomenclatura stock hace uso de los números romanos para mencionar la valencia o estado de oxidación del elemento. Si sólo un electrón actúa en el enlace químico, éste número no se escribe. La valencia se expresa siempre al final de la ecuación, seguida del nombre específico del elemento.
La regla indica: Nombre genérico + de + nombre específico + estado de oxidación. Ejemplo: Fe⁺² Oˉ² óxido de hierro (ll).
La nomenclatura sistemática o por atomicidad es la ordenada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. La Iupac, por sus siglas en inglés, es la responsable de crear los estándares para nombrar los compuestos químicos. Este patrón utiliza prefijos numéricos griegos para revelar la atomicidad o número de átomos de un mismo elemento presentes en la molécula.
Cuando existe un solo átomo el prefijo “mono” se suprime, excepto cuando puede generar confusión. Mientras que a partir de dos se escribe:
Prefijo Número de átomos
di 2
tri 3
tetra 4
penta 5
hexa 6
hepta 7
octa 8
nona 9
deca 10
La fórmula a utilizar es: prefijo-nombre genérico + prefijo-nombre específico. Ejemplo: monóxido de carbono (CO).
Algunos compuestos, como las sales triples, presentan grupos de átomos. En estos casos se utilizan los prefijos: bis, tris, tetraquis, pentaquis, hexaquis y heptaquis, para evitar barajearlos con otras estructuras. Ejemplo: El fluoruro trisfosfato de calcio o fluorapatita, cuya fórmula es Ca5F (PO4)3.
La nomenclatura tradicional se caracteriza por el uso de prefijos y sufijos, según el número de valencias del elemento de nombre específico. Esta nomenclatura es antigua, hoy tiene poco o nulo uso. Su aplicación se rige por un conjunto de reglas:
- Si el elemento tiene sólo una valencia se utiliza el nombre precedido por la sílaba “de” o se termina el nombre con el sufijo “ico”. Ejemplo: óxido férrico (Fe+2 O-2).
- Cuando tiene dos valencias, se utilizan los sufijos “oso”, para indicar que usa la valencia menor; e “ico”, cuando usa la valencia mayor. Ej: óxido ferroso (Fe⁺³₂ Oˉ²₃)
- Si presenta tres o más valencias, utiliza además de los sufijos los prefijos “hipo” y “per”. Reserva el prefijo “hipo” para la valencia menor y “per” para la valencia más grande. La valencia intermedia en estos casos adopta el sufijo “oso”.
Libros sobre química inorgánica
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada publica cada cierto tiempo las reglas y recomendaciones aplicables a la nomenclatura química inorgánica. Un listado que reúne todas las definiciones y se conoce como el libro rojo de la Iupac. La última actualización se publicó en el 2005 en el idioma inglés.
El nombre de libro rojo obedece al color asignado a la química inorgánica por parte de la Organización. La nomenclatura de la química orgánica se recoge en el libro azul y un compendio de la terminología química en el libro de oro. La Iupac edita además las unidades y símbolos en química física (libro verde); y un compendio de nomenclatura analytical (libro naranja). Así como la nomenclatura bioquímica y documentos relacionados (libro blanco), entre otros.
Una versión en castellano, es la publicada por la Real Sociedad Española de Química. Titulada: Resumen de las notas Iupac 2005 de nomenclatura de química inorgánica para su uso en enseñanza secundaria y recomendaciones didácticas. Puede conseguirse en la web rseq.org.
¿En qué se diferencia de la química orgánica?
Partiendo de las características y usos de la química inorgánica, pueden resumirse las diferencias entre ambas ramas de la ciencia.
La química orgánica es la encargada de estudiar los compuestos del carbono. Se dedica a la investigación de moléculas de grasas, proteínas, carbohidratos e hidrocarburos. Inclusive a la observación de polímeros sintéticos, obtenidos -artificialmente- en laboratorios e industrias. Moléculas compuestas por doce o más átomos, en los que siempre está presente el carbono. Estructuras complejas. Tiene aplicación en las industrias farmacéutica y petroquímica. Es útil en la elaboración de plásticos y fibras.
Importancia
La química inorgánica descubre, desarrolla y postula nociones, hipótesis y elementos útiles para la transformación de nuestro modo de vida. La adaptación a las necesidades o la simple comprensión de los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor. Es de suma importancia dentro de la ciencia. E impacta la sociedad industrial y tecnológica, que a la final se rige por los conocimientos, teorías y estructuras descifradas por la ciencia.
