Formulación y nomenclatura: los óxidos

Llamamos óxido a cualquier combinación binaria en la que participa el oxígeno. Casi todos los elementos forman combinaciones estables con el oxígeno y muchos de ellos en varios estados de oxidación.

Óxidos de elementos metálicos

Se conocen como óxidos básicos. En todos ellos el metal actúa con un número de oxidación positivo (I, II, III…) y el oxígeno con su número de oxidación negativo (–II). Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno, con respecto a cualquier metal, en la fórmula aparece siempre el metal en primer lugar y, a continuación, el oxígeno.

La fórmula general de los óxidos metálicos es M₂O_n, donde M y n representan el símbolo y el número de oxidación del metal, respectivamente. 

• La fórmula general de los óxidos de metales alcalinos es M₂O, ya que para todos ellos el número de oxidación es I. Así, obtenemos Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O…

• La fórmula general de los óxidos de metales alcalinotérreos es MO, ya que los números de oxidación del metal y el oxígeno coinciden (en valor) y se simplifican en la fórmula: BeO, MgO, CaO, SrO…

• Los óxidos de los metales de transición tienen fórmulas que dependen de los estados de oxidación del metal que participa, que incluso pueden variar para un mismo metal. Por ejemplo, la plata solo puede formar el óxido Ag₂O (ya que su único número de oxidación es I), mientras que el hierro puede generar los óxidos FeO y Fe₂O₃ (según sea su número de oxidación II o III). Cuando el número de oxidación del metal es par, se simplifica con el del oxígeno.

Los óxidos se pueden nombrar, de manera general, siguiendo la estrategia de leer la fórmula de derecha a izquierda:

Nomenclatura: óxido de + nombre del elemento metálico.

Sin embargo, como son muchos los metales que pueden actuar con más de un número de oxidación distinto, este debe especificarse en el nombre cuando sea necesario. Al igual que en los hidruros, esto puede hacerse de tres maneras:

• Anteponiendo prefijos multiplicadores (mono–, di–, tri–, etc.) a la palabra óxido y/o al nombre del metal, para indicar el número de ellos que hay en la fórmula (antigua nomenclatura sistemática). El prefijo mono– es superfluo y no se incluye salvo que permita distinguir un compuesto de otro con los mismos elementos.

• Indicando el número de oxidación del metal, justo después de nombrarlo, en números romanos, entre paréntesis y sin dejar espacios (antigua nomenclatura de Stock).

• Indicando el número de carga del catión metálico, en números arábigos y con el signo, entre paréntesis, inmediatamente después de nombrarlo.

Veamos algunos casos ilustrativos:

Fórmulas y nombres recomendados para algunos óxidos metálicos.

Óxidos de elementos no metálicos

Se conocen como óxidos ácidos. En ellos, el oxígeno actúa con número de oxidación –II, por lo que al no metal le corresponde un número de oxidación positivo:

• Los halógenos (a excepción del flúor) tienen números de oxidación I, III, V y VII, por lo que pueden dar cuatro óxidos distintos.

• Los calcógenos (anfígenos) tienen números de oxidación II, IV y VI, por lo que pueden combinarse de tres maneras distintas con el oxígeno.

• Los pnicógenos (nitrogenoideos) actúan con los números de oxidación I, III y V cuando se combinan con el oxígeno (el nitrógeno, incluso, con II y IV).

• El carbono forma dos óxidos, cuando actúa con los números de oxidación II y IV.

• El silicio solo forma un óxido, con su número de oxidación IV.

• El boro forma un único óxido, cuando actúa con número de oxidación III.

El flúor es una excepción, pues es el único elemento más electronegativo que el oxígeno, y solo puede actuar con número de oxidación negativo (–I), por lo que en combinación con él, el oxígeno será el que actúa con número de oxidación positivo (II). Es por ello que, tradicionalmente, el óxido de flúor ha sido el único en el que el orden de los elementos en la fórmula se invertía, representándose como OF₂. Y digo tradicionalmente porque con las últimas recomendaciones de la IUPAC (de 2005) la situación ha cambiado. Anteriormente, el oxígeno mantenía un estatus especial, que le permitía ir siempre en último lugar en la fórmula de cualquier óxido (salvo en el caso del flúor, como se ha explicado). Actualmente, la IUPAC retira esta consideración al oxígeno, lo que implica que su posición en la fórmula debe seguir los mismos criterios que el resto de elementos, en función de su posición en la tabla periódica:

Secuencia de ordenación de los elementos en la fórmula.

Según este planteamiento:

La fórmula general de los óxidos no metálicos es A₂O_n, donde A y n representan el símbolo y el número de oxidación del no metal, respectivamente, siempre y cuando no se trate de un halógeno (X), en cuyo caso el orden se invierte (O_nX₂).

Fórmulas de los óxidos no metálicos (según las recomendaciones de la IUPAC)

Este cambio ha resultado polémico y está encontrando importantes reticencias por parte de los químicos y los docentes, no solo por la (comprensible) costumbre de emplear los anteriores criterios, sino también por ciertos aspectos controvertidos de la nueva propuesta:

• Se podía entender la excepción del flúor por su mayor electronegatividad, pero esto no ocurre en el resto de los halógenos. Al utilizar la formulación O_nX₂ se presupone que al oxígeno le corresponde el número de oxidación positivo y al halógeno un número de oxidación negativo, lo cual es cuestionable desde el punto de vista electrónico. Además, ¿en qué tabla se encuentran números de oxidación negativos para los halógenos?

• Anteriormente todas las combinaciones binarias del oxígeno se leían como óxidos de, mientras que ahora, al colocar los halógenos en posición final, deberán leerse como halogenuros de oxígeno (yoduro de oxígeno, cloruros de oxígeno, bromuros de oxígeno…). Es decir, se tratan como compuestos binarios sin especial consideración, no como óxidos.

Por tanto, las implicaciones de esta cuestión afectan a los criterios según los cuales deben nombrarse estos compuestos:

Las combinaciones binarias del oxígeno con elementos no metálicos se nombran como óxidos del elemento considerado, salvo en el caso de los halógenos, que al situarse al final de la fórmula, deberían nombrarse como halogenuros de oxígeno. 

Además, como viene siendo habitual, se utilizan prefijos multiplicadores para indicar el número de átomos de cada elemento en la fórmula, o bien, se indican los números de oxidación entre paréntesis, al igual que en los óxidos metálicos, siempre que sea necesario (en este caso, el uso de números de carga está desaconsejado). Por ejemplo:

Fórmulas y nombres de algunos óxidos no metálicos. Los compuestos y nombres marcados con asterisco siguen siendo usados, aunque ya no son recomendados por la IUPAC.

Por si no fuera suficiente, para los óxidos de los elementos se ha utilizado durante mucho tiempo la nomenclatura tradicional, con la que también se nombran los oxoácidos derivados de ellos. A pesar de estar desaconsejada por la IUPAC, su uso extendido, especialmente en los oxoácidos, hace que sea conveniente, al menos, conocerla.

En la nomenclatura tradicional los óxidos no metálicos se nombran como anhídridos 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 participan. 

• 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 otros, añadiendo el sufijo hipo– al menor de todos y el sufijo per– al más alto.

Puede resultar confuso, por lo que quedará más claro mediante unos ejemplos:

Esta nomenclatura también ha sido usada durante largo tiempo en las combinaciones de oxígenos con metales, siguiendo las mismas pautas, pero empleando la palabra óxido en lugar de la de anhídrido, si bien su uso es cada vez más reducido.

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