¿Qué significan los prefijos meta, orto, piro en química inorgánica?

Question

En la química inorgánica, ¿cuándo se usa el prefijo meta? (como en metaborato y metasulfito) ¿Qué hay de los términos piro y orto (como en ácido ortofosfórico)?

Por ejemplo, recientemente me enteré de los prefijos per y hipo que se usan para referirse a los estados de oxidación más altos y más bajos de un elemento respectivamente (como perclorato y hipoclorito).

¿Hay algún término o convención del cual deba estar al tanto?

Answer 1

En la literatura antigua, los prefijos "hypo-", "per-", "ortho-", "meta-" y "pyro-" se usaban en algunos casos para distinguir entre diferentes ácidos con el mismo elemento característico.

El prefijo "hypo-" se usaba para denotar un estado de oxidación más bajo, y el prefijo "per-" se usaba para designar un estado de oxidación más alto. (¡El prefijo "per-" no debe confundirse con el prefijo "peroxo-".)

$\ce{HClO}$ ácido hipocloroso
$\ce{HClO2}$ ácido cloroso
$\ce{HClO3}$ ácido clórico
$\ce{HClO4}$ ácido perclórico

Los prefijos "ortho-" y "meta-" se usaban para distinguir ácidos que difieren en el contenido formal de agua.

$\ce{H3BO3}$ ácido bórico orto
$\ce{(HBO2)$_n$}$ ácido metabórico

$\ce{H4SiO4}$ ácido silícico orto
$\ce{(H2SiO3)$_n$}$ ácido metasilícico

El prefijo "pyro-" se usaba para designar un ácido que se forma formalmente al eliminar una molécula de agua de dos moléculas de un ácido orto.

$\ce{H4P2O7}$ ácido pirofosfórico $(\ce{2 H3PO4 -> H4P2O7 + H2O})$.

Se retienen varios nombres tradicionales para su uso en la nomenclatura de la IUPAC, aunque el número de nombres retenidos se ha reducido en cada edición sucesiva de las recomendaciones de la IUPAC. La Segunda Edición (Reglas de 1970) de la Nomenclatura de Química Inorgánica de la IUPAC (publicada en 1971) todavía incluía todos los prefijos mencionados anteriormente; sin embargo, el uso aprobado se limitaba solo a algunos nombres retenidos seleccionados. El desarrollo posterior y la situación actual de la nomenclatura se explican bien en la detallada respuesta de @Jan.

Answer 2

¿Hay algún término o convención debo tener en cuenta?

Sí. IUPAC publica el Libro Rojo, también llamado Nomenclatura de Química Inorgánica, que es la fuente autorizada de términos de nomenclatura. Su versión actual (2005; la única a la que me referiré por encima de la regla horizontal) no contiene la palabra piro, lo que significa que es inaceptable para fines de nomenclatura inorgánica.

Ortho y meta a veces se permiten como nombres comunes tradicionalizados. Ortho solo en los casos de ácido periódico ortho y ácido telúrico ortho y sus derivados ($\ce{IO(OH)5}$ y $\ce{Te(OH)6}$, respectivamente) para distinguirlos del ácido periódico ($\ce{HIO4}$) y del ácido telúrico ($\ce{H2TeO4}$). Meta solo se permite para metasilicato y metaborato, describiendo ambos aniones de cadena larga cuyo nombre sistemático sería catena-poli[(oxidoborato-μ-óxido)($1-$)] (o con un dioxidosilicato en lugar de un oxidoborato), para distinguirlos del silicato ($\ce{SiO4^4-}$) y del borato ($\ce{BO3^3-}$), respectivamente.

El uso de '*ortho'-ácido fosfórico y similares se ha considerado innecesario y obsoleto porque no hay otra forma de ácido fosfórico con la que quiera distinguirse. Las antiguas formas meta se describen mejor como lo que son en realidad: ácido ciclo-trifosfórico, por ejemplo.

Hay que tener en cuenta que los prefijos hypo y per también son no sistemáticos, según IUPAC, en cada caso en el que aparecen se pueden nombrar sistemáticamente. Sin embargo, siguen siendo alternativas aceptables en muchos casos debido a su simplicidad y uso común, por ejemplo, peróxido, ácido periódico, hipoclorito. No siempre se refiere per al estado de oxidación más alto: persulfato sigue siendo un azufre(VI). Sin embargo, tiene un ligando peróxido.

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Historicamente, los términos también se usaban a menudo de manera no sistemática. Ortho es griego y significa verdadero, implicando que un ortho-algo sea la forma verdadera de algo: Por lo tanto, ácido ortho-fosfórico para 'el verdadero' monofosfórico $\ce{H3PO4}$.

Meta significa después en griego, por lo que la Metafísica de Aristóteles era un libro que convencionalmente se colocaba después de la Física de Aristóteles en la biblioteca de Alejandría. Por lo tanto, los compuestos meta son aquellos que llegaron después de los compuestos ortho por algún mecanismo. El ácido meta-fosfórico se veía como un monohidrato de $\ce{P2O5}$ mientras que el ácido ortho-fosfórico era el verdadero trihidrato de $\ce{P2O5}$. ($\ce{P2O5} + \ce{H2O} = 2 \ce{HPO3}$; aunque en realidad la fórmula del pentóxido de fósforo es $\ce{P4O10}$ y la del ácido ciclo-trifosfórico sería $\ce{H3P3O9}$.) La lógica es que el verdadero hidrato necesita ser hidratado, para después dar el hidrato meta.

Para no se usa en química inorgánica según mi conocimiento.

Pyro, que significa fuego en griego, es un prefijo para algo que tiene que ver con ser quemado de alguna manera. Por lo tanto, los pirofosfatos se prepararon inicialmente calentando fosfatos de hidrógeno hasta que brillaban rojos. Unos pocos años más tarde, los investigadores se dieron cuenta de que el 'piro'-fosfato era, de hecho, un difosfato. Del mismo modo, el ácido pirúvico se preparó originalmente calentando ácido tartárico. Según una búsqueda rápida en Wikipedia, pyro solo se aplica a fosfato y sulfato y sus respectivos ácidos significando el dímero deshidratado. Personalmente, nunca he encontrado ningún pyro-algo fuera de las clases de bioquímica (y las clases de biología de mi escuela) cuando se trata de fosfato. Se puede considerar que todos los pyro están completamente obsoletos y reemplazados por di- (ácido disulfúrico, disulfato, difosfato, etc.).