ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

Simbología química 8: Nomenclatura inorgánica moderna.

La formulación Stock

La nomenclatura inorgánica  tradicional de la escuela francesa encabezada por Lavoisier, no resultaba operativa, al descubrirse nuevos compuestos, pues los sufijos oso e ico, o ito y ato (sales), para diferenciar los compuestos no era suficiente. Cuando se trataba de nombrar compuestos complejos, presentaba enormes dificultades.

Los compuestos de cobalto con valencia 2, en medio amoniacal, de diferentes colores, llamaron la atención de los químicos de la segunda mitad del siglo XIX. Fremy ideó en 1852, una manera de nombrarlos según el color. Así se conocía el cloruro de lúteo cobalto (amarillo), el de práseo cobalto (verde), el roseocobaltico(rosa)  etc. Se creían que todos tenían la fórmula Co₂Cl₆, con cierta interacción con el disolvente(amoniaco), hay que tener en cuenta que en aquella época solo se conocía el método de la densidad de vapor para determinar los pesos moleculares. Hasta 1890, no se introdujo el término hexamino, para identificar al compuesto [1] . Una vez identificado que se trataba de una amina de cobalto la fórmula del cloruro de  lúteocobalto se comienza a escribir como Co₂Cl₆.12NH₃, dando Blomstrand la fórmula de la fig. 1:

Fig.1

Los trabajos de Jorgensen y Peterson en Copenhague entre 1890 y 1892, comprueban que no se trata de un dímero y lo formulan como CoCl₃.6NH₃ . Pero había que explicar como se producía la unión con el NH₃. Esto lo va a hacer el químico alemán Alfred Werner, profesor en el politécnico de Zurich, como el mismo dijo  en una noche de inspiración [2] , proponiendo las valencias secundarias [3] , con las que el disolvente se coordinaría con el metal ; había nacido en 1892, la química de la coordinación. Por ello le dieron el Nobel de química de 1913.

Pero había que nombrar los nuevos compuestos, lo cual no era posible empleando la nomenclatura de Lavoisier.

A principios del siglo XX, hubo varios intentos de modificar la nomenclatura, empleando prefijos numéricos o letras para las valencias o los átomos de los elementos en determinados compuestos.

En 1902, Bohuslav Brauner, propone un sistema en el cual la valencia del elemento, se indicaría con un sufijo específico, como los que se indican en la tabla 1

De esa forma el KAg(CN)₂, se denominaría  dicianoargentate de potasio, mientras que el Na₂S₂O₃, se llamaría  tiotrioxosulfuronato de sodio y el  K₂PtCl₆, hexacloroplatenato de potasio. Como se aprecia el sistema Brauner, es el primero en emplear prefijos numéricos y sufijos específicos, para indicar hasta 8 valencias, lo cual abarcaba mucho más que el sistema clásico de Lavoisier.

Rosenheim y Kopper, en 1909, hacen un primer intento de formulación sistemática, indicando el número de átomos de cada elemento que entran en una fórmula, así el óxido férrico Fe₂O₃, será:

3-óxido de 2-hierro

Este sistema fue muy criticado por Stock y Jordis. Stock, químico alemán, que había trabajado en la universidad de Berlín con Fischer, y posteriormente con Moissan en París, se dedicaba al estudio de los hidruros de boro, compuestos que no se podían formular a través del sistema tradicional, debido a la capacidad del boro a unirse consigo mismo, tal como los hidrocarburos e hidrosiluros.

            En 1920, Werner publica la nueva nomenclatura para los complejos inorgánicos [4] .

Primero se nombra el anión y luego el catión como en la nomenclatura tradicional, pero los grupos coordinados, que Stock en 1916, llamó ligandos, antecederán al metal, con el siguiente orden:

1) grupos negativos (con el sufijo o) : bromo, cloro, fluoro, nitro (NO₂^-), ciano (CN^-) oxo (O₂^-), peroxo( O₂ ^2-) hidroxo (OH^-) etc.

2) Agua , empleando el término aquo

3) Derivados del amoniaco, empleando directamente los nombres de las aminas

4) Amoniaco, empleando el nombre ammina

Si hubiera varios ligandos, irían precedido del prefijo numérico correspondiente: di, tri, tetra etc.

Al metal que aparece en el catión, también se le agrega un sufijo para indicar su estado de oxidación, según la tabla 2, similar al sistema Brauner :

En complejos polinucleares, el ligando que actúa como puente vendrá precedido de la letra griega :.

Este sistema fue adoptado por Stock en 1920, y Delepine publica en 1926, la reforma de la nomenclatura inorgánica, resumen de los acuerdos de la Comisión de la Unión Internacional de Química (I.U.C), donde se introducen el número de oxidación del metal con números romanos. La comisión otra vez con el nombre de IUPAC (Unión internacional de Química pura y aplicada) realiza  algunas modificaciones sobre la nomenclatura Werner-Stock, refrendándolas en 1940.

Así, se pueden observar las modificaciones que sufrió el  CoCl₃.6NH₃ en la tabla 3

Stock, aplica la nomenclatura de complejos, a los compuestos inorgánicos binarios, ternarios y cuaternarios, considerando que el oxígeno, actúa como un grupo oxo, con número de oxidación 2- (ver tabla 4)

Naturalmente el  problema surge para distinguir los peróxidos, u óxido peróxidos, así el Na₂O₂, no se puede nombrar como óxido de sodio(II), sino como peróxido de sodio. Si hubiera sobre un mismo metal, varios grupos oxo y peroxo, se nombrarían alfabéticamente precedidos del prefijo numérico que lo indique.

El sistema Werner-Stock, era un sistema de la escuela alemana. Stock que era el presidente de la comisión alemana para la nomenclatura química, tenía graves problemas de salud, por un envenenamiento con mercurio, producido por respirar durante muchos años los vapores de mercurio, al trabajar con los hidruros de boro a baja presión. La guerra destruye  su laboratorio y sus posesiones, y hace que se retire a Aken, en la orilla del Elba, donde moriría el 12 de agosto de 1946 [5] .

Al terminar la guerra mundial, con Alemania ocupada, sus químicos dispersos, y los que habían quedado en su país impedidos de realizar investigaciones, los vencedores dictan las normas. No es de extrañar que en 1949, los químicos ingleses Ewens y Basset,  quisieran transformar el sistema Stock, empleando en vez de números romanos, los arábigos seguidos del signo de la carga, así en la tabla 5, se pueden ver ejemplos de dicha transformación:

El sistema Ewens-Basset no prevaleció [6] , aunque su expresión del  número de carga iónica se emplea todavía en muchos compuestos.

En 1953, la IUPAC, edita las  “Tentatives Rules”, un intento de generalizar el sistema Stock-Werner, introduciendo algunas modificaciones importantes, que no fueron refrendadas hasta la conferencia de París de 1957. Las reglas del 57, desaconsejaban el uso de los sufijos oso e ico, para indicar los estados de oxidación inferior y superior de los elementos, recomendando el sistema Stock, para indicar el estado de oxidación con numeración romana, o incluso con el arábigo de  Ewens-Basset. Introducen nombres específicos para los diferentes hidruros de los no metales (silano, fosfina, arsina, estibina etc), y suprimen los anhídridos y óxidos del nitrógeno con todos sus sufijos. También prohiben el prefijo bi, para sales ácidas, que deberán llevar el término “hidrógeno” antepuesto al nombre del anión, para indicar el hidrógeno sustituible presente [7] . En el caso de existir varios se indicaría con un prefijo numérico unido al término hidrógeno. Al año siguiente se edita la primera edición del libro rojo, donde estas reglas se reafirman.

Posteriormente la IUPAC, edita en el 1965, la revisión de las reglas anteriores introduciendo algunas nuevas realmente importantes, que no sólo afectaban a la formulación [8] . En la formulación tradicional se revisa y simplifica la nomenclatura de sales dobles y triples, introduciendo el orden alfabético tanto en aniones por los que se inicia, como en los cationes. 

Los compuestos dobles o triples se nombrarían alfabéticamente, primero los aniones que hubiera y luego los cationes. Los ejemplos se ven en la tabla 6

Estos compuestos se formularían, sumando matemáticamente las formas individuales, e introduciendo los subíndices necesarios, partiendo de la neutralidad eléctrica como se indica en la figura 2. Solo se indicará la valencia del catión en caso de necesidad, por ser polivalente el elemento en cuestión. Ahora bien mientras se nombra alfabéticamente, se escribe en función de su electronegatividad aproximada, de menos a mas.

En esta revisión saldrá reforzada la formulación Stock-Werner que se adaptará a todo tipo de  compuestos.

Fig.2

El sistema Stock-Werner se extendió a los compuestos ternarios y cuaternarios, considerando a los oxígenos como ligandos oxo [10] del metal correspondiente, con el sufijo ato, para los aniones, en cualquier estado de oxidación en el que se encuentre, indicando con un prefijo numérico el número de grupos oxo, que lo rodean. En el caso de que hubiera diferentes ligandos que afecten al anión, se nombrarán alfabéticamente  sin tener en cuenta el prefijo numérico (tal como en la nomenclatura orgánica). El catión o los cationes se nombrarán alfabéticamente  precedidos de la preposición de  y seguidos del estado de oxidación, si fuera necesario, y sin tener en cuenta los prefijos numéricos que hubiera. Como prefijos multiplicativos, los griegos latinizados [11] que indican el 2,3,4,5 y 6, y no se indica el 1.

Por ese motivo esta nomenclatura introduce el principio de construcción molecular, que más tarde se desarrollará. Veamos ejemplos en la tabla 7:

Fig.3

Realmente el mecanismo de formulación Stock-Werner es muy fácil. Vamos a aplicarlo al ejemplo 8 de la tabla anterior (fig. 3) el trioxotiosulfato(VI) de hidrógeno (no hace falta indicar dihidrógeno, ya que el principio de electroneutralidad, así lo exige) [13] .

Fig.4

En el caso de una sal se operaría del mismo modo. Así en el ejemplo 12. Como se aprecia, en la fig.4 siguiendo el principio de neutralización de las cargas, en el supuesto que el grupo oxo, actúa como 2-, se establece la carga del anión que deberá ser neutralizada por la del catión, lo cual implica un intercambio de los superíndices al pasar a subíndices.

 La generalización de la nomenclatura Stock, motivo una derivación de los nombres de los ácidos, que según lo dicho se formulaban como sales, tal como los complejos, o sea terminados en el sufijo ato, pero se podría recuperar el sufijo ico, para la función ácido de esa forma los oxoácidos más comunes se formularían por el sistema Stock de la siguiente forma ( tabla 8):

Paralelamente al sistema Stock, la IUPAC elaboró otro sistema simplificatorio, indicando el número de átomos o grupos que intervienen en una fórmula, este sistema se denominó composicional o estequiométrico, porque indicaba directamente las relaciones interatómicas.

Comenzó a fraguarse al sustituir el término dímero empleado por Stock, por el prefijo di, para indicar dos, de esta forma algunos compuestos que tenían verdadera dificultad para nombrarse como los ejemplos 6 y 10 de la tabla 4 ( véase la tabla 9)

El prefijo mono, indicando 1, suele omitirse. Este sistema tiene el inconveniente de no indicar ni la estructura ni el estado de oxidación del elemento,  se deberá escribir como se nombra, aunque de izquierda a derecha.

La introducción de los prefijos para grupos permitió completar la nomenclatura de los compuestos dobles o triples dentro de la nomenclatura tradicional, así en la tabla 11

Pero también crear la llamada nomenclatura estequiométrica o composicional, que aplicada a los compuestos de la tabla  6 y 7, se nombrarían  conforme se indica en la tabla 12

El grupo de la IUPAC, dirigido por Fernelius en 1971, en la segunda edición del libro rojo,  introduce modificaciones en la nomenclatura  tradicional, que afectaba a los ácidos del fósforo.

Efectivamente los ácidos del fósforo que se han visto nombrados desde mediados del siglo XVIII, por Graham (véase en DFQ13, SimbQ2 , en esta misma web [15] ), ya habían sufrido algunas modificaciones (tabla 13)