Composto químico

Auga, o composto químico máis común na natureza.

En química, un composto químico é unha substancia formada pola unión de dous ou máis elementos da táboa periódica, e que pode descompoñerse nestes por métodos químicos apropiados.

Os compostos, do mesmo xeito que as mesturas, están constituídos por dous ou máis elementos químicos diferentes, pero diferéncianse esencialmente destas nos seguintes aspectos:

1. Os compoñentes das mesturas poden separarse por medios físicos (filtración, decantación, destilación, ...), pero os constituíntes dos compostos, non.
2. As mesturas teñen as propiedades dos seus compoñentes, pero os compostos posúen as súas propiedades específicas correspondentes.
3. As mesturas poden existir en calquera proporción mentres que os compostos fórmanse a partir dos elementos químicos en proporción invariable (lei das proporcións definidas enunciada entre 1794 e 1804 polo químico francés Joseph Louis Proust).
4. A formación ou descomposición dun composto químico vai sempre unida a un desprendemento ou absorción de calor, mentres que para unha mestura o efecto calorífico é nulo ou en todo caso, moi pequeno.

Unha característica esencial é que ten unha fórmula química. Por exemplo, a auga é un composto formado por hidróxeno e osíxeno na razón de 2 a 1 (en número de átomos).

En xeral, esta razón fixa é debida a unha propiedade intrínseca. Un composto está formado por moléculas ou ións con enlaces estables e non obedece a unha selección humana arbitraria. Por este motivo o bronce ou o chocolate son denominadas mesturas ou aliaxes pero non compostos.

Os elementos dun composto non se poden separar por procesos físicos (decantación, filtración, destilación etcétera), senón só mediante procesos químicos.

Historia do concepto

Isaac Watts.

O termo "composto", cun significado similar ao moderno, utilízase polo menos desde 1724, cando o ministro e lóxico inglés Isaac Watts utilizou no seu Logick.

Entre as substancias, algunhas chamanse simples, outras compostas ... As substancias simples ... son usualmente chamadas elementos, dos cales todos os outros corpos están compostos: Os elementos son aquelas substancias que non poden resolverse, ou reducirse, en dúas ou máis Substancias de diferentes tipos. ... Os seguidores de Aristóteles facían do lume, o aire, a terra e a auga os catro elementos dos que estaban compostas todas as cousas terreais; e supoñían que o ceo era unha quintaesencia, ou quinto tipo de corpo, distinto de todos eles: Pero, desde que a filosofía experimental... foi mellor comprendida, esta doutrina foi abundantemente refutada. Os quimistas fan do espírito, o sal, o xofre, a auga e a terra os seus cinco elementos, porque poden reducir todas as cousas terrestres a estes cinco: Isto parece achegarse máis á verdade; aínda que non todos están de acordo... As substancias compostas están formadas por dúas ou máis substancias simples ... Así, unha agulla é un corpo simple, xa que está feita só de aceiro; pero unha espada ou un coitelo é un composto porque o seu ... O mango está feito de materiais diferentes á folla.

Isaac Watts: Logick

Definicións

Calquera substancia formada por dous ou máis tipos diferentes de átomos (elemento químicos) nunha proporción estequiométrica fixa pode denominarse composto químico; o concepto enténdese máis facilmente cando se consideran substancias químicas puras. Ao estar compostos de proporcións fixas de dúas ou máis tipos de átomos, dedúcese que os compostos químicos poden converterse, mediante reacción química, en compostos ou substancias, cada unha das cales ten menos átomos. Unha fórmula química é unha forma de expresar información sobre as proporcións dos átomos que constitúen un determinado composto químico, utilizando símbolos químicos para os elementos químicos e subíndices para indicar o número de átomos implicados. Por exemplo, a auga está composta por dous átomos de hidróxeno unidos a un átomo de osíxeno: a fórmula química é H₂O. No caso dos compostos non estequiométricos, as proporcións poden ser reproducibles con respecto á súa preparación e dar proporcións fixas dos elementos que os compoñen, pero proporcións que non son integrais [por exemplo, para o hidruro de paladio , PdH_x (0,02 < x < 0,58)].

Os compostos químicos teñen unha estrutura química única e definida que se mantén unida nunha disposición espacial definida mediante ligazóns químicas. Os compostos químicos poden ser moleculares unidos por ligazóns covalentes, sales unidos por ligazóns iónicos, compostos intermetálicos unidos por ligazóns metálicas, ou o subconxunto de complexos químicos que están unidos por ligazóns covalentes de coordenadas. Os elementos químicos puros non adoitan considerarse compostos químicos, xa que non cumpren o requisito de ter dous ou máis átomos, aínda que a miúdo consisten en moléculas compostas por varios átomos (como na molécula diatómica H₂, ou a molécula poliatómica S₈, etc.). Moitos compostos químicos teñen un identificador numérico único asignado polo Chemical Abstracts Service (CAS): o seu número CAS.

Existe unha nomenclatura variable e ás veces incoherente que diferenza as substancias, que inclúen exemplos verdadeiramente non estequiométricos, dos compostos químicos, que requiren as proporcións fixas. Moitas substancias químicas sólidas -por exemplo, moitos minerais de silicato- son substancias químicas, pero non teñen fórmulas sinxelas que reflictan a unión química dos elementos entre si en proporcións fixas; aínda así, estas substancias cristalinas adoitan denominarse "compostos non estequiométricos". Pódese argumentar que, máis que ser compostos químicos, están relacionados con eles, na medida en que a variabilidade das súas composicións débese a miúdo á presenza de elementos estraños atrapados na estrutura cristalina dun verdadeiro composto químico coñecido doutro xeito, ou ben a perturbacións na estrutura relativas ao composto coñecido que xorden debido a un exceso de déficit dos elementos constituíntes en lugares da súa estrutura; Estas substancias non estequiométricas forman a maior parte da cortiza e do manto da Terra. Outros compostos considerados químicamente idénticos poden ter cantidades variables de isótopos pesados ou lixeiros dos elementos constituíntes, o que cambia lixeiramente a proporción de elementos en masa.

Tipos

Moléculas

Artigo principal: Molécula.

Unha molécula é un grupo eléctricamente neutro de dous ou máis átomos unidos por ligazóns químicas. Unha molécula pode ser homonuclear, é dicir, estar formada por átomos dun só elemento químico, como ocorre cos dous átomos da molécula de osíxeno (O₂); ou pode ser heteronuclear, un composto químico formado por máis dun elemento, como ocorre coa auga (dous átomos de hidróxeno e un de osíxeno; H₂O). Unha molécula é a unidade máis pequena dunha substancia que conserva todas as súas propiedades físicas e químicas.

Compostos iónicos

Un composto iónico é un composto químico formado por ións unidos por forzas electrostáticas denominadas ligazón iónico. O composto é neutro no seu conxunto, pero está formado por ións con carga positiva chamados catións e ións con carga negativa chamados anións. Poden ser ións simples como o sodio (Na⁺) e o cloruro (Cl^-) no cloruro sódico, ou especies poliatómicas como os ións amonio (NH+
4) e carbonato (CO2−
3) no carbonato de amonio. Os ións individuais dentro dun composto iónico adoitan ter múltiples veciños máis próximos, polo que non se consideran parte de moléculas, senón parte dunha rede tridimensional continua, normalmente nunha estrutura cristalina.

Os compostos iónicos que conteñen ións básicos hidróxido (OH^-) ou óxido (O^2-) clasifícanse como bases. Os compostos iónicos sen estes ións tamén se coñecen como sales e poden formarse mediante reaccións ácido-base. Os compostos iónicos tamén poden producirse a partir dos seus ións constituíntes por evaporación do seu disolvente, precipitación, conxelación, unha reacción en estado sólido, ou a reacción de transferencia de electróns de metais reactivos con non metais reactivos, como os gases halóxenos.

Os compostos iónicos adoitan ter puntos de fusión e ebulición elevados, e son duros e quebradizos. Como sólidos son case sempre illantes eléctricos, pero cando se funden ou disolven vólvense altamente condutores, porque os ións mobilízanse.

Compostos intermetálicos

Un composto intermetálico é un tipo de aliaxe metálica que forma un composto ordenado en estado sólido entre dous ou máis elementos metálicos. Os compostos intermetálicos adoitan ser duros e quebradizos, con boas propiedades mecánicas a altas temperaturas. Poden clasificarse como compostos intermetálicos estequiométricos ou non estequiométricos.

Complexos químicos

Un complexo de coordinación consiste nun átomo ou ión central, que xeralmente é metálico e chámase centro de coordinación, e unha matriz circundante de moléculas ou ións unidos, que á súa vez se coñecen como ligandos ou axentes complexantes. Moitos compostos que conteñen metais, especialmente os de metais de transición, son complexos de coordinación. Un complexo de coordinación cuxo centro é un átomo de metal chámase complexo metálico de elemento de bloque d.

Formación de compostos químicos

A maioría dos elementos químicos existen en combinación con outros elementos que forman compostos químicos. De feito, só un pequeno número de elementos son libres na natureza: os átomos do gases nobres como átomos libres, o osíxeno e o nitróxeno, baixo a forma de moléculas diatómicas, O₂ e N₂, xofre en forma de moléculas con oito átomos, S₈, o carbono como grafito ou diamante e os metais preciosos (cobre, prata, ouro e platino).

A razón pola que os átomos se combinan para proporcionar compostos químicos reside no feito de que, en distancias moi pequenas, as nubes electrónicas interactuan de xeito que a enerxía do sistema diminúe. Pódese dicir tamén que como resultado desta interacción se xeran forzas de atracción.

Polo tanto, os electróns externos dos átomos son responsables da formación dos composts. Existen dúas formas xerais:

• Transferencia de electróns desde átomos dun elemento a outro átomo de elemento para formar compostos iónicos, que son conectados por atracción electrostática.
• Compartindo electróns entre diferentes átomos para formar compostos covalentes, que están ligadas debido a un efecto cuántico, a maior deslocalización de electróns.

Estes procesos xeran ligazóns químicas, forzas que manteñen os átomos xuntos os elementos nun composto.

Clasificación

Gotas de auga, composto inorgánico, covalente de fórmula H₂O

A pirita é un sulfuro, composto iónico formado por ferro e xofre (FeS₂)

Nitrato de Chile (nitrato de sodio, NaNO₃), fertilitzante natural

Os pneumáticos fabrícanse con caucho natural e sintético

Luvas fabricadas con neopreno, un polímero sintético

Paracetamol, un medicamento

Clasificación segundo o tipo de ligazón

Os compostos químicos poden clasificarse segundo o tipo de enlace químico en:

• Covalentes: son compostos químicos onde os átomos permanecen unidos por enlaces covalentes. Se hai unha pequena diferenza entre dous átomos en canto á tendencia a perder ou gañar electróns, obsérvase un intercambio de electróns. Este tipo de ligazón é máis importante entre átomos non metálicos. Cada átomo atrae os seus electróns porque ten unha elevada enerxía de ionización, pero tamén atrae os electróns dos outros átomos. Isto fai que os átomos se unan para formar un composto. Na maioría dos caos, xéranse moléculas separadas e a fórmula química reflicte o número real de átomos na molécula (fórmula molecular). Exemplos: dióxido de carbono (CO₂), ácido periódico (HIO₄), pentacloruro de fósforo (PCl₅), etanol (CH₃CH₂OH), ácido acético (CH₃COOH).
• Iónicos: son compostos onde os átomos quedan unidos mediante enlaces iónicos. Esta conexión adoita observarse entre átomos con grandes diferenzas na súa tendencia a perder ou gañar electróns. Estas diferenzas obsérvanse entre os metais reactivos (grupos 1 e 2 da táboa periódica) e non metais (grupo 17 ou halóxenos e parte superior do 16). O átomo de metal iónico de baixa enerxía perde un ou dous electróns de valencia, mentres que o átomo de afinidade electrónica non metálica, moi negativo, gaña electróns. Prodúcese unha transferencia electrónica do metal ao non metálico, e cada átomo forma un ión coa configuración electrónica de gas nobre. A atracción electrostática entre ións de diferentes signos lévaos a formar unha estrutura tridimensional dun sólido iónico, fórmula química que representa a relación catión/anión (fórmula empírica). Exemplos: óxido de sodio (Na₂O), cloruro de litio (LiCl), sulfuro de potasio (K₂S), hidruro de calcio (CaH₂). Hai tamén compostos iónicos nos que o anión ou o catión son poliatómicos, é dicir, está formado por varios átomos unidos por enlace covalente e con carga eléctrica. Exemplos de catións poliatómicos: amonio (NH₄⁺) e uranilo (UO₂²⁺). Exemplos de anións poliatómicos, oxoanións de carbonato (CO₃^2-), sulfato (SO₄^2-), nitrato (NO₃^-).
• Complexos: unidos por enlaces covalentes coordinados.

Clasificación xenérica

Os compostos clasifícanse de forma xenérica en:

• Orgánicos ou compostos de carbono e hidróxeno, con ou sen outros elementos.
• Inorgánicos, que non conteñen carbono (agás óxidos de carbono, carbonatos, carburos etc.).

Compostos orgánicos

En orixe, falar de compostos orgánicos era falar dos compostos producidos polos seres vivos. Tras a caída en desuso da teoría da forza vital, o campo de estudo dos compostos orgánicos tamén se expandiu ás substancias artificiais, sintetizadas nos laboratorios. Actualmente, hai millóns de compostos orgánicos coñecidos. O feito de que un número tan extraordinario de combinacións poida existir a partir dun pequeno número de elementos químicos (carbono, hidróxeno, osíxeno, halóxenos, nitróxeno, xofre e fósforo, principalmente), a diferenza do que ocorre no campo da química inorgánica , baséase, en por unha banda, sobre a posibilidade que presenta o átomo de carbono de establecer enlaces covalentes con outros átomos do mesmo elemento para formar cadeas e redes, e por outra, na existencia de moitos grupos funcionais diferentes, nos que interveñen o carbono e os elementos restantes que aparecen nos compostos orgánicos. Este feito condiciona unha visión do composto orgánico na que se pode considerar por separado a estrutura básica ou esqueleto carbonatado e o conxunto de grupos funcionais ancorados nel.

Cando os compostos están formados unicamente por carbono e hidróxeno, chámanse hidrocarburos. Teoricamente, e moitas veces tamén na práctica, os compostos orgánicos poden considerarse derivados dos hidrocarburos ao substituír os átomos de hidróxeno por outros átomos ou grupos. O coñecemento correcto da estrutura dos compostos orgánicos parte da formulación das teorías estruturais de Kekulé-Couper e Aleksandr Mikhailovich Butlerov , que deu unha visión fundamental da natureza das cadeas carbonadas, e en particular no que se refire á dos compostos aromáticos. Máis tarde, a noción de estereoquímica, derivada de ideas sobre a isomería xeométrica e o átomo de carbono asimétrico debido a Jacobus Henricus van 't Hoff e Joseph Achille Le Bel , a introdución do concepto de enlace covalente, co papel relevante que este ten na química dos compostos orgánicos, e a formulación das teorías cuánticas do enlace proporcionaron un coñecemento case perfecto do problema da estrutura molecular dos compostos orgánicos.

Clasificación polos elementos que os forman

Os principais compostos químicos que existen na actualidade son:

• Óxidos básicos, que están formados por un metal e osíxeno. Por exemplo, o óxido plúmbico.
• Óxidos ácidos, formados por un non metal e osíxeno. Por exemplo, óxido hipocloroso.
• Hidruros, que poden ser tanto metálicos como non metálicos. Están compostos por un elemento e hidróxeno. Por exemplo, hidruro de aluminio.
• Hidrácidos, son hidruros non metálicos que, cando se disolven en auga, adquiren carácter ácido. Por exemplo, o ácido iodhídrico.
• Hidróxidos, compostos formados pola reacción entre un óxido básico e a auga, que se caracterizan por presentar o grupo oxidrilo (OH). Por exemplo, o hidróxido de sodio, ou sosa cáustica.
• Oxoácidos, compostos obtidos pola reacción dun óxido ácido e auga. As súas moléculas están formadas por hidróxeno, un non metal e osíxeno. Por exemplo, ácido clórico.
• Sales binarias, compostos formados por un hidrácido máis un hidróxido. Por exemplo, o cloruro de sodio.
• Oxisales, formadas pola reacción dun oxoácido e un hidróxido, por exemplo o hipoclorito de sodio (a lixivia).

Natureza dos compostos químicos

Enlaces

Artigo principal: Enlace químico.

Os átomos na molécula non poden permanecer unidos sen enlaces. Existen dous tipos de enlaces: o covalente entre átomos (un exemplo é a auga, que está unida mediante un enlace covalente polar) e o enlace iónico, entre ións (por exemplo o cloruro de sodio).

Hai algunhas excepcións á definición anterior. Algúns compostos cristalinos poden ser tratados como compostos químicos facéndoos variar de acordo á presenza ou non de elementos na estrutura cristalina. Ademais non todas as moléculas son compostos. Unha molécula diatómica de hidróxeno, representado por H2, é homonuclear, é dicir, ten átomos dun só elemento.

Comparación entre mesturas e compostos

Os compostos teñen diferentes propiedades físicas e químicas, que veñen dos seus elementos constituíntes. Este é un dos criterios principais para distinguir un composto dunha mestura de elementos ou substancias. As propiedades das mesturas son xeralmente similares ou relacionadas ás propiedades dos seus constituíntes.

Outro criterio é que os constituíntes dunha mestura poden separarse usualmente dun xeito simple. Pola contra os compostos son moi difíciles de separar, necesítanse de procesos físicos para iso. Polo tanto cando un composto está formado polos seus constituíntes, un cambio químico toma lugar a través das súas reaccións químicas. As mesturas poden separarse por si soas.

Fórmula

Artigo principal: Fórmula química.

Os químicos describen os compostos usando os símbolos químicos dos átomos enlazados. A orde destes nos compostos inorgánicos vai desde o máis electronegativo á dereita. Por exemplo no NaCl, o cloro, que é máis electronegativo que o sodio, vai na parte dereita. Para os compostos orgánicos existen outras regras.

Notas

Referencias

Véxase tamén

Bibliografía

• Robert Siegfried (2002), From elements to atoms: a history of chemical composition, American Philosophical Society, 978-0-87169-924-4

Outros artigos

• Composto inorgánico.
• Enlace químico.
• Enlace covalente.
• Enlace iónico.
• Electronegatividade.
• Materia orgánica.
• Nomenclatura IUPAC