Exercicis de formulació química — Física i Química 4t ESO

S'intercanvien les valències com a subíndexs: el calci (valència 2) i el clor (valència 1).
Cada element porta com a subíndex la valència de l'altre: CaCl₂.
Es comprova: 1·2 = 2·1, compensat.

És un òxid d'un no-metall (carboni + oxigen); s'usen prefixos multiplicadors.
Hi ha 1 carboni i 2 oxígens: diòxid de carboni.
(El prefix 'di-' indica els dos oxígens.)

El carboni té valència 4 i l'hidrogen valència 1.
Un carboni s'uneix a quatre hidrògens: CH₄.
És el primer dels alcans.

En una sal binària el no-metall (a la dreta de la fórmula) va primer i acaba en -ur; després ve «de» i el nom del metall.
a) NaBr: bromur de sodi.
b) K₂S: sulfur de potassi (el sofre és l'excepció: sulf-ur, no sofr-ur).
c) AlCl₃: clorur d'alumini.
d) MgI₂: iodur de magnesi.
Aquests metalls només tenen una valència, per això no cal indicar-la en el nom.

En la nomenclatura sistemàtica els prefixos (mono-, di-, tri-, tetra-, penta-…) indiquen el subíndex de cada element.
a) Monòxid de carboni: 1 C i 1 O, CO.
b) Triòxid de sofre: 1 S i 3 O, SO₃.
c) Pentaòxid de difòsfor: 2 P i 5 O, P₂O₅.
d) Diòxid de sofre: 1 S i 2 O, SO₂.
Quan un element no du prefix, el seu subíndex és 1.

Els hidròxids contenen l'ió hidròxid, OH^-, i el seu nom és «hidròxid de» seguit del nom del metall.
a) NaOH: hidròxid de sodi.
b) Ca(OH)₂: hidròxid de calci.
c) KOH: hidròxid de potassi.
d) Mg(OH)₂: hidròxid de magnesi.
El subíndex 2 de fora del parèntesi indica que hi ha dos grups OH, perquè el calci i el magnesi tenen valència 2.

Aigua: H₂O (dos hidrògens i un oxigen).
Amoníac: NH₃ (un nitrogen i tres hidrògens).
Àcid clorhídric: HCl (l'hidrogen s'escriu primer perquè és un àcid; el clor té valència 1).
Àcid sulfhídric: H₂S (el sofre té valència 2, per tant calen 2 hidrògens).
Els hidràcids són compostos d'hidrogen amb un no-metall (sense oxigen) que, dissolts en aigua, tenen caràcter àcid; el seu nom és «àcid» + l'arrel del no-metall + -hídric (clorhídric, sulfhídric).

H₂CO₃: oxoàcid (comença per H i conté oxigen); és l'àcid carbònic.
CaO: òxid (un element més oxigen); és l'òxid de calci.
KCl: sal binària (metall + no-metall); és el clorur de potassi.
Ba(OH)₂: hidròxid (metall + grup OH); és l'hidròxid de bari.
HBr (aq): hidràcid (hidrogen + no-metall, sense oxigen); és l'àcid bromhídric.
MgSO₄: oxosal (metall + grup d'àtoms amb oxigen); és el sulfat de magnesi.

Fórmula general: C_nH_2n+2, on n és el nombre d'àtoms de carboni.
Età (n = 2): C₂H₆.
Propà (n = 3): C₃H₈.
Butà (n = 4): C₄H₁₀.
Octà (n = 8): C₈H₁₈, ja que 2·8 + 2 = 18.
Comprovació: amb n = 1 s'obté CH₄, el metà.

El subíndex de fora d'un parèntesi multiplica tots els àtoms de dins.
Ca(OH)₂: 1 Ca, 2 O i 2 H.
Fe(NO₃)₃: 1 Fe, 3 N i 3·3 = 9 O.
Mg₃(PO₄)₂: 3 Mg, 2 P i 2·4 = 8 O.
Error típic: oblidar multiplicar els àtoms de dins del parèntesi pel subíndex de fora.

Creuant les valències i simplificant el subíndex 1: Na₂O.

Un òxid és metall + oxigen (valència 2). El sodi té valència 1.
S'intercanvien les valències com a subíndexs: Na₂O.
Calen dos sodis per compensar l'oxigen.

Binària: només té dos elements, un metall (sodi) i un no-metall (clor).

4 (forma quatre enllaços).

El nom d'una oxosal és el de l'oxoanió seguit de «de» i el nom del metall. Els oxoanions més comuns són el carbonat (CO₃^2-), el sulfat (SO₄^2-), el nitrat (NO₃^-) i el fosfat (PO₄^3-).
a) CaCO₃: carbonat de calci.
b) K₂SO₄: sulfat de potassi.
c) NaNO₃: nitrat de sodi.
d) Na₃PO₄: fosfat de sodi.
Aquestes sals deriven dels àcids carbònic, sulfúric, nítric i fosfòric: els àcids en -ic donen sals en -at.

El nombre romà entre parèntesis és la valència del metall. L'oxigen té valència 2, el clor 1 i el grup OH 1; les valències s'intercanvien com a subíndexs (i se simplifiquen si cal).
a) Òxid de coure(II): Cu amb valència 2 i O amb valència 2, CuO.
b) Òxid de coure(I): Cu amb valència 1 i O amb valència 2, Cu₂O.
c) Clorur de ferro(III): Fe amb valència 3 i Cl amb valència 1, FeCl₃.
d) Hidròxid de ferro(II): Fe amb valència 2 i OH amb valència 1, Fe(OH)₂.
Comprovació: la suma de càrregues ha de ser zero; per exemple, en Cu₂O: 2·(+1) + (-2) = 0.

Àcid sulfurós: H₂SO₄ menys un oxigen, H₂SO₃.
Àcid nitrós: HNO₃ menys un oxigen, HNO₂.
Una sal s'obté substituint els hidrògens de l'àcid pel metall, i les terminacions canvien: -ic dona -at i -ós dona -it.
Sulfit de sodi: l'anió és SO₃^2- i el sodi té valència 1, per tant Na₂SO₃.
Nitrit de sodi: l'anió és NO₂^-, per tant NaNO₂.

Un compost iònic ha de ser elèctricament neutre: la suma de les càrregues és zero.
CaOH: el Ca²⁺ necessita dos OH^-. Correcta: Ca(OH)₂.
AlCl: l'Al³⁺ necessita tres Cl^-. Correcta: AlCl₃.
KO: calen dos $\mathrm{K}^{+}$ per compensar un $\mathrm{O}^{2-}$. Correcta: K₂O.
NaCO₃: el CO₃^2- té càrrega 2- i calen dos Na⁺. Correcta: Na₂CO₃.

Quan una sal iònica es dissol, se separa en el catió del metall i en l'anió, i el subíndex de cada ió indica quants n'hi ha.
a) MgBr₂ → Mg²⁺ + 2 Br^-.
b) Na₂CO₃ → 2 Na⁺ + CO₃^2- (l'oxoanió es manté sencer).
c) Al(NO₃)₃ → Al³⁺ + 3 NO₃^-.
Comprovació: la càrrega total és zero a banda i banda; per exemple, a c) +3 + 3·(-1) = 0.

Comparem el nombre d'hidrògens amb el de carbonis, n.
a) $\mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{6}$: n = 2 i 2n + 2 = 6 → alcà: età.
b) $\mathrm{C}_{3}\mathrm{H}_{6}$: n = 3 i 2n = 6 → alquè: propè.
c) $\mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{2}$: n = 2 i 2n - 2 = 2 → alquí: etí.
d) $\mathrm{C}_{4}\mathrm{H}_{10}$: n = 4 i 2n + 2 = 10 → alcà: butà.
Els prefixos indiquen el nombre de carbonis (et-, prop-, but-) i la terminació el tipus d'enllaç: -à (simple), -è (doble) i -í (triple).

Tots dos tenen 2 carbonis (et-).
Etanol: CH₃-CH₂-OH. És un alcohol (terminació -ol) i el grup funcional és el grup hidroxil, -OH.
Àcid etanoic: CH₃-COOH. És un àcid carboxílic (terminació -oic) i el grup funcional és el grup carboxil, -COOH.
Comprovació: en tots dos compostos cada carboni forma 4 enllaços.

Òxid de ferro(III): creuant, el ferro hi actua amb valència 3.

Al(OH)₃: l'OH porta subíndex 3 (entre parèntesis).

HNO₃ és un oxoàcid (àcid nítric, acaba en -ic); Na₂SO₄ és una oxosal (sulfat de sodi, acaba en -at).

a) Na₂O + H₂O → 2 NaOH: hidròxid de sodi (cal el coeficient 2 per ajustar sodis i hidrògens).
b) CaO + H₂O → Ca(OH)₂: hidròxid de calci.
c) SO₃ + H₂O → H₂SO₄: àcid sulfúric.
d) CO₂ + H₂O → H₂CO₃: àcid carbònic.
Els òxids de metalls (Na₂O, CaO) són òxids bàsics i amb l'aigua donen hidròxids; els òxids de no-metalls (SO₃, CO₂) són òxids àcids i amb l'aigua donen oxoàcids.

a) A (13 electrons): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹. Té 3 electrons de valència i els perd per assolir la configuració del neó: Al³⁺.
B (8 electrons): 1s² 2s² 2p⁴. Té 6 electrons de valència i en guanya 2 per completar l'octet: $\mathrm{O}^{2-}$.
b) La càrrega total ha de ser zero: el mínim comú múltiple de 3 i 2 és 6, per tant calen 2 Al³⁺ (+6) i 3 $\mathrm{O}^{2-}$ (-6).
Fórmula: Al₂O₃. Nom: òxid d'alumini (o triòxid de dialumini).

Primer calculem la valència del metall (és el nombre romà de Stock): la suma de càrregues ha de ser zero.
a) CuO: l'oxigen és 2-, per tant el Cu és 2+. Stock: òxid de coure(II). Sistemàtica: monòxid de coure.
b) Cu₂O: dos coures compensen un O 2-, per tant el Cu és 1+. Stock: òxid de coure(I). Sistemàtica: monòxid de dicoure.
c) FeCl₂: dos Cl^-, per tant el Fe és 2+. Stock: clorur de ferro(II). Sistemàtica: diclorur de ferro.
d) FeCl₃: tres Cl^-, per tant el Fe és 3+. Stock: clorur de ferro(III). Sistemàtica: triclorur de ferro.

Butà (cadena lineal): CH₃-CH₂-CH₂-CH₃.
2-metilpropà (cadena ramificada): CH₃-CH(CH₃)-CH₃, és a dir, una cadena de tres carbonis amb un grup metil (-CH₃) unit al carboni central.
Tots dos tenen 4 carbonis i 10 hidrògens, C₄H₁₀, però els àtoms estan units en un ordre diferent.
Són isòmers (en concret, isòmers de cadena): compostos amb la mateixa fórmula molecular i diferent fórmula estructural, de manera que tenen propietats físiques diferents.

Età: CH₃-CH₃ (C₂H₆), amb un enllaç simple entre els carbonis.
Etè: CH₂=CH₂ (C₂H₄), amb un enllaç doble.
Etí: CH≡CH (C₂H₂), amb un enllaç triple.
Cada carboni ha de tenir 4 enllaços en total. Si entre els dos carbonis hi ha 1, 2 o 3 enllaços, a cada carboni li'n queden 3, 2 o 1 per unir-se a hidrògens.
Per això el nombre d'hidrògens és 6, 4 i 2: com més enllaços entre els carbonis, menys hidrògens.

Treient els hidrògens de l'àcid queda l'oxoanió: fosfat PO₄^3-, sulfat SO₄^2- i carbonat CO₃^2-.
a) Ca²⁺ i PO₄^3-: el mínim comú múltiple de 2 i 3 és 6, per tant 3 Ca i 2 PO₄: Ca₃(PO₄)₂, fosfat de calci.
b) Al³⁺ i SO₄^2-: 2 Al i 3 SO₄: Al₂(SO₄)₃, sulfat d'alumini.
c) $\mathrm{K}^{+}$ i CO₃^2-: 2 K i 1 CO₃: K₂CO₃, carbonat de potassi.
Quan cal més d'un oxoanió, es posa entre parèntesis amb el subíndex fora.