Oxyacid

Un oxoácido , o ácido ternario , es un ácido que contiene oxígeno . Específicamente, es un compuesto que contiene hidrógeno, oxígeno y al menos otro elemento , con al menos un átomo de hidrógeno unido al oxígeno que puede disociarse para producir el catión H ⁺ y el anión del ácido. ^{[ 1 ]}

Según la teoría original de Lavoisier , todos los ácidos contenían oxígeno, cuyo nombre provenía del griego antiguo : ὀξύς + -γενής , romanizado :  oxys + -genes , literalmente ' ácido, afilado + creador ' . Posteriormente se descubrió que algunos ácidos, en particular el ácido clorhídrico , no contenían oxígeno, por lo que los ácidos se dividieron en oxoácidos y estos nuevos hidroácidos .

Todos los oxoácidos tienen el hidrógeno ácido unido a un átomo de oxígeno, por lo que la fuerza (longitud) del enlace no es un factor determinante, como ocurre con los hidruros binarios de no metales. En cambio, la electronegatividad del átomo central y el número de átomos de oxígeno determinan la acidez del oxoácido. Para oxoácidos con el mismo átomo central, la fuerza del ácido aumenta con el número de átomos de oxígeno unidos a él. Con el mismo número de átomos de oxígeno unidos, la fuerza del ácido aumenta con la electronegatividad del átomo central.

En comparación con las sales de sus formas desprotonadas (una clase de compuestos conocidos como oxianiones ), los oxoácidos son generalmente menos estables, y muchos de ellos solo existen formalmente como especies hipotéticas, o solo existen en solución y no pueden aislarse en forma pura. Hay varias razones generales para esto: (1) pueden condensarse para formar oligómeros (por ejemplo, H₂CrO₄ a H₂Cr₂O₇), o deshidratarse completamente para formar el anhídrido (por ejemplo, H₂CO₃ a CO₂ ₎ , ( ₂ ) _{pueden desproporcionarse} en _un compuesto _de mayor y otro de menor estado de oxidación (por ejemplo, HClO₂ _{a HClO y} HClO₃ ₎ , o (3) podrían existir casi en su totalidad como otra forma tautomérica más estable (por ejemplo, el ácido fosforoso P(OH) _₃ existe casi en su totalidad como ácido fosfónico HP(=O)(OH) _₂ ). Sin embargo, el ácido perclórico (HClO ₄ ), el ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ) y el ácido nítrico (HNO ₃ ) son algunos oxoácidos comunes que se preparan con relativa facilidad como sustancias puras.

Los ácidos imídicos se crean reemplazando =O por =NR en un oxoácido. ^{[ 2 ]}

Una molécula de oxoácido contiene la estructura X−O−H, donde otros átomos o grupos de átomos pueden conectarse al átomo central X. En una solución , dicha molécula puede disociarse en iones de dos maneras distintas:

• X−O−H ⇌ (X−O) ⁻ + H ⁺
• X−O−H ⇌ X ⁺ + OH ^{− [ 3 ]}

Si el átomo central X es fuertemente electronegativo , atrae fuertemente los electrones del átomo de oxígeno. En ese caso, el enlace entre el oxígeno y el hidrógeno es débil, y el compuesto se ioniza fácilmente según la primera de las dos ecuaciones químicas anteriores. En este caso, el compuesto XOH es un ácido, porque libera un protón , es decir, un ion hidrógeno. Por ejemplo, el nitrógeno , el azufre y el cloro son elementos fuertemente electronegativos, y por lo tanto, el ácido nítrico , el ácido sulfúrico y el ácido perclórico son ácidos fuertes . La acidez de los oxoácidos también se ve afectada por la estabilización por resonancia de sus bases conjugadas. El oxígeno con doble enlace es atractor de electrones por resonancia, por lo que la carga negativa de un grupo hidroxilo desprotonado puede distribuirse entre otros átomos de oxígeno. Tanto el ácido acético como el metanol contienen grupos COH que pueden actuar como ácidos, pero el ácido acético es un ácido mucho más fuerte porque su base conjugada, el acetato, puede distribuir su carga negativa entre dos átomos de oxígeno. En cambio, el ácido conjugado del metanol tiene la carga negativa localizada en el oxígeno, por lo que es una base mucho más fuerte que el acetato, lo que convierte al ácido acético en el ácido más fuerte.

Sin embargo, si la electronegatividad de X es baja, el compuesto se disocia en iones según la ecuación química posterior, y XOH es un hidróxido alcalino . Ejemplos de tales compuestos son el hidróxido de sodio NaOH y el hidróxido de calcio Ca(OH) _₂ . ^{[ 3 ]} Sin embargo, debido a la alta electronegatividad del oxígeno, la mayoría de las oxobases comunes, como el hidróxido de sodio, aunque son fuertemente básicas en agua, son solo moderadamente básicas en comparación con otras bases. Por ejemplo, el pKa del ácido conjugado del hidróxido de sodio , el agua , es 14,0, mientras que el de la amiduro de sodio , el amoníaco , está más cerca de 40, lo que hace que el hidróxido de sodio sea una base mucho más débil que la amiduro de sodio. ^{[ 4 ] [ 3 ]}

Si la electronegatividad de X se encuentra en un punto intermedio, el compuesto puede ser anfótero y, en ese caso, puede disociarse en iones de ambas maneras: primero, al reaccionar con bases , y segundo, al reaccionar con ácidos. Ejemplos de esto incluyen el agua, los alcoholes alifáticos , como el etanol , y el hidróxido de aluminio. ^{[ 3 ]}

Inorganic oxyacids typically have a chemical formula of type H_mXO_n, where X is an atom functioning as a central atom, whereas parameters m and n depend on the oxidation state of the element X. In most cases, the element X is a nonmetal, but some metals, for example chromium and manganese, can form oxyacids when occurring at their highest oxidation states.^[3]

When oxyacids are heated, many of them dissociate to water and the anhydride of the acid. In most cases, such anhydrides are oxides of nonmetals. For example, carbon dioxide, CO₂, is the anhydride of carbonic acid, H₂CO₃, and sulfur trioxide, SO₃, is the anhydride of sulfuric acid, H₂SO₄. These anhydrides react quickly with water and form those oxyacids again.^[5]

Many organic acids, like carboxylic acids and phenols, are oxyacids.^[3] Their molecular structure, however, is much more complicated than that of inorganic oxyacids.

Most of the commonly encountered acids are oxyacids.^[3] Indeed, in the 18th century, Lavoisier assumed that all acids contain oxygen and that oxygen causes their acidity. Because of this, he gave to this element its name, oxygenium, derived from Greek and meaning acid-maker, which is still, in a more or less modified form, used in most languages.^[6] Later, however, Humphry Davy showed that the so-called muriatic acid did not contain oxygen, despite its being a strong acid; instead, it is a solution of hydrogen chloride, HCl.^[7] Such acids which do not contain oxygen are nowadays known as hydroacids.

Muchos oxoácidos inorgánicos se denominan tradicionalmente con nombres que terminan en la palabra ácido y que, además de hidrógeno y oxígeno, contienen, de forma ligeramente modificada, el nombre del elemento que los compone. Ejemplos bien conocidos de estos ácidos son el ácido sulfúrico , el ácido nítrico y el ácido fosfórico .

Esta práctica está plenamente establecida y la IUPAC ha aceptado dichos nombres. En vista de la nomenclatura química actual , esta práctica constituye una excepción, ya que los nombres sistemáticos de los compuestos se forman según los elementos que contienen y su estructura molecular, no según otras propiedades (por ejemplo, la acidez ) que poseen. ^{[ 8 ]}

Sin embargo, la IUPAC recomienda no nombrar compuestos futuros aún no descubiertos con un nombre que termine en la palabra ácido . ^{[ 8 ]} De hecho, los ácidos pueden ser nombrados con nombres formados agregando la palabra hidrógeno delante del anión correspondiente ; por ejemplo, el ácido sulfúrico podría llamarse igualmente sulfato de hidrógeno (o sulfato de dihidrógeno ). ^{[ 9 ]} De hecho, el nombre completamente sistemático del ácido sulfúrico, según las reglas de la IUPAC, sería dihidroxidodioxidosulfuro y el del ion sulfato, tetraoxidosulfato(2−) , ^{[ 10 ]} Sin embargo, tales nombres casi nunca se usan.

Sin embargo, un mismo elemento puede formar más de un ácido al combinarse con hidrógeno y oxígeno. En tales casos, la práctica inglesa para distinguir dichos ácidos consiste en usar el sufijo -ico en el nombre del elemento en el nombre del ácido que contiene más átomos de oxígeno, y el sufijo _-oso en el nombre del elemento en el nombre del ácido que contiene menos átomos de oxígeno. Así, por ejemplo, _el ácido sulfúrico es H₂SO₄ _y el ácido sulfuroso , H₂SO₃ _. De forma análoga, el ácido nítrico es HNO₃ _y el _ácido nitroso , HNO₂ . Si hay más de dos oxoácidos que tienen el mismo elemento como átomo central, entonces, en algunos casos, los ácidos se distinguen añadiendo el prefijo per- o hipo- a sus nombres. Sin embargo, el prefijo per- se usa solo cuando el átomo central es un halógeno o un elemento del grupo 7. ^{[ 9 ]} Por ejemplo, el cloro tiene los cuatro oxoácidos siguientes :

• ácido hipocloroso HClO
• ácido cloroso HClO ₂
• ácido clorhídrico HClO ₃
• ácido perclórico HClO ₄

Algunos átomos elementales pueden existir en un estado de oxidación lo suficientemente alto como para contener un átomo de oxígeno con doble enlace más que los ácidos perhálicos. En ese caso, a los ácidos relacionados con dicho elemento se les asigna el prefijo hiper- . Actualmente, el único ácido conocido con este prefijo es el ácido _{hiperruténico} , _H₂RuO₅ .

El sufijo -ito aparece en los nombres de aniones y sales derivados de ácidos cuyos nombres terminan en -oso . Por otro lado, el sufijo -ato aparece en los nombres de aniones y sales derivados de ácidos cuyos nombres terminan en -ico . Los prefijos ^hipo- y per- aparecen en los nombres de aniones y sales; por ejemplo, el ion ^ClO⁻⁴ se llama perclorato . ^[ ₉ ^]

En algunos casos, los prefijos orto- y para- aparecen en los nombres de ciertos oxoácidos y sus aniones derivados. En tales casos, el ácido para- es lo que se puede considerar como el remanente del ácido orto- si se separa una molécula de agua de la molécula _{de ácido} orto- . Por ejemplo, el ácido fosfórico , _H₃PO₄ , a veces se ha denominado ácido ortofosfórico para distinguirlo del ácido metafosfórico , HPO₃ _. [ ^{9 ] Sin} embargo, según las reglas actuales de la IUPAC , el prefijo orto- solo debe usarse en los nombres del ácido ortotelúrico y el ácido ortoperiódico , y sus aniones y sales correspondientes. ^{[ 11 ]}

• Kivinen, Antti; Mäkitie, Osmo (1988). Kemia (en finlandés). Helsinki, Finlandia: Otava. ISBN 951-1-10136-6.
• Nomenclatura de compuestos inorgánicos, Recomendaciones de la IUPAC 2005 (Libro Rojo 2005) . Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. 2005. ISBN 0-85404-438-8.
• Otavan suuri ensyklopedia, volumen 2 (Cid-Harvey) (en finlandés). Helsinki, Finlandia: Otava. 1977.ISBN​ 951-1-04170-3.

• Ácido débil
• Ácido hipohaloso
• Oxoaácido de azufre
• Ácido sulfúrico

• Definición de "oxoácido" según la IUPAC (del Libro de Oro )