Química Inorgánica

¿Qué son los compuestos inorgánicos?

Antes de seguir adelante, definamos primero los compuestos inorgánicos.

Puede parecer una definición muy amplia, ¡pero lo es! Abarca todos los demás elementos del mundo.

Echa un vistazo a la siguiente tabla periódica. En ella aparece el carbono resaltado en rosa. En química inorgánica, examinamos los compuestos formados por todos los demás elementos, desde los halógenos hasta los metales de transición y todo lo demás.

La tabla periódica. La química inorgánica se centra en los compuestos que no están basados en el carbono. Aquí el carbono aparece en rosa. Originales de StudySmarter

Volviendo a uno de nuestros ejemplos del principio, las baterías de los coches diésel y de gasolina están formadas por electrodos colocados en una solución. El electrodo positivo, el ánodo, está recubierto de dióxido de plomo, mientras que el electrodo negativo, el cátodo, está formado por una rejilla de una aleación de plomo rellena de plomo esponjoso. La solución que conecta los dos electrodos suele ser ácido sulfúrico. Es lo que se conoce como electrolito. Por otra parte, los coches eléctricos contienen baterías con un ánodo de grafito, un cátodo de óxido metálico mixto y un electrolito de iones de litio. Estudiarás todo tipo de sustancias como éstas en química inorgánica. De hecho, la química inorgánica desempeña un papel vital en muchos ámbitos de la vida. Por ejemplo, utilizamos la química inorgánica para diseñar y desarrollar cosas como catalizadores, pinturas, pilas, tensioactivos, limpiadores, joyas y fármacos.

Esquema simplificado de la batería de un coche eléctrico. Anna Brewer EstudioSmarter Originals

Los fundamentos de la química inorgánica

Veamos ahora algunas de las ideas básicas que encontrarás en la química inorgánica.

La tabla periódica

La tabla periódica tal y como la conocemos hoy en día se basa en una creada por el químico ruso Dmitri Mendeleev. Utilizó los conocimientos sobre las propiedades de los elementos para ordenarlos en filas y columnas, e incluso dejó huecos para elementos por descubrir.

La tabla periódica:

• Tiene columnas denominadas grupos y filas denominadas periodos. Algunos grupos notables son los metales alcalinos (grupo 1) y los halógenos (grupo 7, también conocido como grupo 17).
• Muestra algo llamado periodicidad. Esto significa que contiene patrones que se repiten en cada fila.
• Está organizado en bloques.
• Contiene metales, no metales y metaloides. Los metales suelen considerarse elementos que pierden electrones para formar iones positivos, mientras que los no metales ganan electrones para formar iones negativos. Los metaloides se comportan a medio camino entre ambos.

La tabla periódica dividida en cuatro bloques,
User:DePiep, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons

Iones

Loscationes son iones positivos, mientras que los aniones son iones negativos.

Estados de oxidación

Puede que hayas visto antes especies como $\mathrm{Fe}\left(\mathrm{II}\right)$ antes. También puedes encontrar $\mathrm{Fe}\left(\mathrm{III}\right)$. ¿Cuál es la diferencia entre ambas?

Pues que estas especies tienen estados de oxidación diferentes.

Los estados de oxidación son muy útiles en las reacciones redox, que verás a continuación. Los representamos utilizando números en superíndice o números romanos. Por ejemplo $\mathrm{Fe}\left(\mathrm{II}\right)$ tiene un estado de oxidación de 2+ y también puede escribirse como ${\mathrm{Fe}}^{2+}$. Esto significa que ha perdido dos electrones en comparación con un átomo de hierro neutro.

Redox

Redox es un término que utilizamos para describir las reacciones de oxidación-reducción, que encontrarás en la química física. Sin embargo, también son importantes en química inorgánica.

En las reacciones redox se forman muchos compuestos inorgánicos. Observa el ejemplo entre el sulfato de zinc y el de cobre:

$\mathrm{Zn}\left(\mathrm{s}\right)+{\mathrm{CuSO}}_4\left(\mathrm{aq}\right)\to {\mathrm{ZnSO}}_4\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{Cu}\left(\mathrm{s}\right)$

Podemos mostrarlo como una reacción redox utilizando los estados de oxidación:

$\mathrm{Zn}+{\mathrm{Cu}}^{2+}\to {\mathrm{Zn}}^{2+}+\mathrm{Cu}$

Observa lo siguiente:

• El zinc se oxida porque pierde electrones.
• El cobre se reduce porque gana electrones.
• El zinc actúa como agente reductor porque reduce al cobre.
• El cobre actúa como agente oxidante porque oxida al zinc.

Ácidos y bases

Los ácidos y las bases también se aprenden en Fisicoquímica, pero también son importantes aquí.

Algunos elementos y compuestos son mucho mejores ácidos o bases que otros, y aprenderás algo más sobre ello en química inorgánica.

Estados de transición

Imagina que ejecutas una reacción a cámara lenta y haces una foto a mitad de camino. Si te acercas con el zoom, podrías ver que algunos de los enlaces originales de los reactantes se han roto pero no se han formado enlaces nuevos, o que en su lugar se han formado compuestos intermedios. Éste es un ejemplo de estado de transición.

El estado de transición de una reacción. Anna Brewer, StudySmarter Originals

Tipos de compuestos

La química orgánica está llena de moléculas como alquenos, alcoholes y aminas. Pero en la química inorgánica es mucho más probable que encuentres sales, óxidos y metaloides:

• Una sal es un compuesto iónico que se forma cuando un ion positivo se une a un ion negativo mediante atracción electrostática. Es posible que ya te hayas topado con las sales en Química Física, en el apartado Enlace iónico.
• Un mineral es un sólido inorgánico natural con una composición química definida y una estructura cristalina. Esto significa que contiene una disposición regular y repetitiva de átomos.
• Los óxidos son compuestos que contienen al menos un ion oxígeno con un estado de oxidación 2+.
• Los nitratos son compuestos que contienen el ion ${{\mathrm{NO}}_3}^{-}$ ion.
• Los sulfatos son compuestos que contienen el ${{\mathrm{SO}}_4}^{2-}$ ión.
• Loscompuestos organometálicos cruzan el puente entre la química orgánica y la inorgánica. Son compuestos que contienen al menos un enlace entre un átomo de carbono de un compuesto orgánico y un metal o metaloide.

Temas de la química inorgánica

En Química Inorgánica estudiarás diversos temas, desde la periodicidad y los metales del grupo 2 hasta los halógenos y los iones. Exploremos algunos de ellos a continuación.

Periodicidad y tendencias

Como hemos dicho antes, la tabla periódica muestra periodicidad: contiene patrones que se repiten en todas las filas de la tabla. Esto significa que a medida que desciendes por una columna de la tabla periódica, conocida como grupo, verás que todos los elementos reaccionan de forma similar. (Mira Periodicidad y Tendencias para explorar algunas de las tendencias de la tabla periódica, incluidos los radios atómicos y la energía de ionización). Al conocerlas, resulta mucho más sencillo predecir cómo reaccionará un elemento. Te centrarás específicamente en los elementos del periodo 3.

Grupos 2 y 7

El grupo 2 contiene los metales alcalinotérreos, mientras que el grupo 7 (también conocido como grupo 17) contiene los halógenos, una familia de no metales. En estos dos temas explorarás sus propiedades químicas y físicas. Por ejemplo:

• ¿Cómo cambia la reactividad a medida que desciendes por los elementos del grupo 2?
• ¿Qué compuestos del grupo 2 son solubles y cuáles no?
• ¿Qué halógeno tiene la mejor capacidad oxidante?
• ¿Qué usos tiene el cloro?

Metales de transición

A continuación, visitarás los metales de transición.

Los metales de transición comparten cuatro propiedades comunes:

• Tienen estados de oxidación variables.
• Tienen colores brillantes.
• Son buenos catalizadores.
• Forman iones complejos. Un ion complejo es un compuesto formado cuando un metal de transición se une a otras especies, conocidas como ligandos, mediante enlaces covalentes coordinados o dativos.

Aprenderás todo sobre ellos en Metales de transición.

Reacciones de los iones en solución acuosa

Por último, en este tema profundizarás en los iones y la acidez.

• ¿Por qué algunos metales son mejores ácidos que otros?
• ¿Qué es la quelación?
• ¿Cómo se sustituye el agua en las reacciones de sustitución de ligandos?

Otros temas de química inorgánica

La química inorgánica no se detiene en los temas que hemos explorado anteriormente. Otros ejemplos son los metales del grupo 1, conocidos como metales alcalinos, la electrólisis, el grupo 4 y la extracción de metales.