Dalla struttura atomica alla nomenclatura

Capitolo 5 Nomi e formule dei composti chimici Unità 15 Costruire una formula chimica 5.1 La formula di un composto 5.2 La valenza 5.3 Il numero di ossidazione 5.4 Calcolo del numero di ossidazione 5.5 Numero di ossidazione e formule

Capitolo 5 Nomi e formule dei composti chimici Unità 16 Criteri di nomenclatura 5.6 Il nome delle sostanze allo stato elementare 5.7 Criteri generali di nomenclatura chimica 5.8 Criteri generali della nomenclatura tradizionale 5.9 Criteri generali della nomenclatura IUPAC Unità 17 Nomenclatura di idruri, ossidi basici, idrossidi 5.10 Composti contenenti metalli

Capitolo 5 Nomi e formule dei composti chimici Unità 18 Nomenclatura di idracidi, ossidi acidi, ossiacidi 5.11 Composti contenenti non-metalli Unità 19 Nomenclatura dei sali 5.12 Composti contenenti metalli e-non metalli

5.1 La formula di un composto La formula chimica di un composto fornisce informazioni sul numero e sul tipo di atomi di cui è costituito. Può informare anche del tipo e del numero di legami che uniscono gli atomi. La formula molecolare di un composto rappresenta il rapporto numerico tra gli atomi che costituiscono una singola molecola. P4O10 Formula molecolare

5.1 La formula di un composto La formula minima rappresenta il rapporto minino di numeri interi esistente tra gli atomi o gli ioni che costituiscono un composto chimico. P2O5 Formula minima La formula di struttura indica il numero e la disposizione nello spazio degli atomi e i legami presenti tra essi. Formula di struttura

5.2 La valenza La valenza di un elemento in un composto corrisponde al numero di legami che l’elemento forma con atomi di altri elementi. La valenza corrisponde al numero di elettroni del guscio esterno ceduti, acquistati o condivisi dall’elemento nel composto. La valenza degli elementi è una proprietà periodica e corrisponde al numero di elettroni di valenza spaiati di un atomo. Gruppo I VII II III IV V VI Valenza 1 2 3 4

5.3 Il numero di ossidazione Il numero di ossidazione (n.o.) di un elemento in un composto può essere definito come la carica elettrica formale che l’elemento assumerebbe nel composto, se gli elettroni di ciascun legame venissero attribuiti all’atomo più elettronegativo.

5.3 Il numero di ossidazione Il numero di ossidazione di un atomo indica il numero di elettroni che l’atomo possiede, o comunque utilizza, in eccesso o in difetto, rispetto al numero che lo stesso atomo possiede allo stato elementare. Il segno del numero di ossidazione indica se gli elettroni di valenza vengono ceduti (segno +) o acquisiti (segno –). Il numero di elettroni ceduti/acquisiti corrisponde al valore del numero di ossidazione.

5.4 Calcolo del numero di ossidazione Per calcolare il numero di ossidazione di un elemento bisogna seguire alcune regole. 1 Il n.o. di un atomo di una specie chimica allo stato elementare è 0. Ciò vale sia per gli elementi monoatomici (He, Ne), sia per gli elementi formati da strutture ripetitive (C, K), sia per elementi formati da molecole (N2). 2 Si ignorano i legami tra atomi dello stesso elemento. 3 I cationi e gli anioni hanno un n.o. che corrisponde alla carica ionica.

5.4 Calcolo del numero di ossidazione In una molecola la somma algebrica dei n.o. di tutti gli atomi è 0. In uno ione poliatomico la somma algebrica dei n.o. di tutti gli atomi è uguale alla carica dello ione. 5 L’idrogeno (H) ha n.o. +1. Tranne che negli idruri in cui ha n.o. –1. 6 L’ossigeno (O) ha n.o. –2. Tranne che in OF2 in cui ha n.o. +2 e nei perossidi in cui ha n.o. –1 .

5.4 Calcolo del numero di ossidazione 7 I metalli hanno n.o. positivo. I metalli alcalini (gruppo I) hanno n.o. + 1, i metalli alcalino-terrosi (gruppo II) hanno n.o. + 2, gli elementi del gruppo III hanno n.o. +3. 8 Il fluoro (F) ha sempre n.o. – 1.

5.4 Calcolo del numero di ossidazione

5.5 Numero di ossidazione e formule La formula di un composto binario può essere facilmente ricavata considerando i numeri di ossidazione degli elementi presenti. La formula si ottiene scrivendo il valore numerico del numero di ossidazione di un elemento come indice dell’altro elemento. Nel caso in cui gli indici siano multipli occorre dividere per il massimo comun divisore. Le coppie non leganti respingono le altre coppie elettroniche maggiormente rispetto alle coppie leganti; un legame multiplo respinge le altre coppie elettroniche con maggiore forza rispetto a un legame singolo; la repulsione tra coppie leganti aumenta al diminuire dell’elettronegatività dell’elemento legato.

5.5 Numero di ossidazione e formule Nelle formule gli elementi vanno scritti in ordine di elettronegatività crescente, cioè sono citati seguendo la loro disposizione da sinistra verso destra nel Sistema periodico.

5.6 Il nome delle sostanze allo stato elementare Le sostanze costituite da atomi singoli degli elementi hanno lo stesso nome dell’elemento e la formula corrisponde al simbolo chimico. Alcuni elementi si trovano in natura in forma di molecola e devono essere indicati con la formula molecolare (ossigeno O2, azoto N2, idrogeno H2).

5.7 Criteri generali di nomenclatura chimica La nomenclatura chimica è il complesso di regole che consente di attribuire un nome a ogni composto di cui si conosca la formula e, viceversa, di ricavare la formula una volta noto il nome del composto. La nomenclatura chimica è regolamentata dalla IUPAC. Il nome IUPAC di un composto indica il tipo e il numero di atomi presenti. Ancora oggi viene spesso utilizzata la nomenclatura tradizionale. La nomenclatura tradizionale si basa sui numeri di ossidazione degli elementi.

5.8 Criteri generali della nomenclatura tradizionale La nomenclatura tradizionale classifica i composti in binari e ternari, in base al numero di elementi presenti, e in classi, a seconda del tipo di elementi presenti.

5.8 Criteri generali della nomenclatura tradizionale Nel caso in cui il metallo o il non-metallo presentino un solo n.o., la nomenclatura tradizionale si limita a riportare il nome dell’elemento nel nome del composto.

5.8 Criteri generali della nomenclatura tradizionale Nel caso in cui il metallo o il non-metallo presentino più di un n.o., la nomenclatura tradizionale lo specifica con apposito suffisso. Nel caso di due soli n.o. si utilizzano il suffisso -oso per il valore minore e -ico per quello maggiore. Nel caso di più di due numeri di ossidazione si utilizzano anche i prefissi per- e ipo- associati ai suffissi -ico e -oso rispettivamente.

5.9 Criteri generali della nomenclatura IUPAC La IUPAC utilizza opportuni prefissi moltiplicativi per indicare il numero di atomi o gruppi chimici presenti in un composto. La notazione di Stock esplicita il n.o. riportandolo tra parentesi in cifre romane al termine del nome.

5.10 Composti contenenti metalli I composti contenenti metalli si distinguono in 3 classi: idruri (metalli + idrogeno), ossidi basici (metalli + ossigeno), idrossidi (metalli + ossigeno + idrogeno).

5.10 Composti contenenti metalli Gli idruri sono formati da idrogeno e da un metallo o un non-metallo dei gruppi 14, 15 e 16. L’idrogeno ha n.o. –1 (+1 quando è legato con N, P e As), nella formula il suo simbolo si scrive dopo il simbolo del metallo. Nella nomenclatura IUPAC I nomi sono formati dal termine idruro preceduto dai prefissi di-, tri-, ecc. (a seconda del numero di idrogeni presenti) dalla preposizione di e dal nome del metallo. Nella nomenclatura tradizionale i nomi sono ottenuti facendo seguire il termine idruro dal nome del metallo con l’opportuno suffisso (-oso, -ico) per indicare, se necessario, il numero di ossidazione.

5.10 Composti contenenti metalli

5.10 Composti contenenti metalli Gli ossidi basici sono composti binari di un metallo con l’ossigeno. L’ossigeno ha sempre numero di ossidazione –2. La nomenclatura IUPAC chiama gli ossidi con la dizione ossido, cui fa seguire il nome del metallo preceduto dalla preposizione di. La nomenclatura IUPAC esplicita anche il numero di atomi presenti per ciascun elemento utilizzando opportuni prefissi (mono-, di-, ecc.). Nel caso in cui il metallo associato all’ossigeno abbia due o più numeri di ossidazione, la nomenclatura tradizionale assegna il suffisso necessario a specificare il numero di ossidazione utilizzato.

5.10 Composti contenenti metalli

5.10 Composti contenenti metalli Gli idrossidi sono costituiti da uno ione metallico positivo e da ioni idrossido OH–. Per gli idrossidi valgono le stesse regole di nomenclatura, sia tradizionale sia IUPAC, utilizzate per gli ossidi con la parola idrossido che prende il posto del termine ossido.

5.10 Composti contenenti metalli

5.11 Composti contenenti non-metalli I composti contenenti non-metalli si distinguono in 3 classi: idracidi (idrogeno + non-metalli), ossidi acidi o anidridi (ossigeno + non-metalli), ossiacidi (idrogeno + non-metalli + ossigeno).

5.11 Composti contenenti non-metalli Gli idracidi sono formati da idrogeno associato a alogeni o zolfo. L’idrogeno ha numero di ossidazione +1 e si trova a sinistra nella formula. La nomenclatura IUPAC nomina gli idracidi facendo seguire alla radice dell’elemento il suffisso -uro, la preposizione di e la parola idrogeno. La nomenclatura tradizionale fa precedere la radice dell’elemento dalla parola acido e la fa seguire dal suffisso -idrico.

5.11 Composti contenenti non-metalli

5.11 Composti contenenti non-metalli Gli ossidi acidi (o anidridi) sono formati da ossigeno associato a un non metallo. La nomenclatura IUPAC degli ossidi acidi segue le medesime regole degli ossidi basici. La nomenclatura tradizionale assegna agli ossidi acidi il nome di anidridi. Nel caso in cui un elemento abbia due o più n.o., si utilizzano i suffissi necessari a specificare il n.o. utilizzato.

5.11 Composti contenenti non-metalli

5.11 Composti contenenti non-metalli Gli ossoacidi sono composti ternari a carattere acido, contenenti atomi di ossigeno, di idrogeno e di un elemento non-metallico. La nomenclatura IUPAC prevede l’uso del termine acido, seguito dall’indicazione del numero di atomi di ossigeno che precedono il termine -osso-, cui fa seguito la radice del non-metallo col suffisso -ico e infine il suo n.o., scritto tra parentesi in numeri romani. La nomenclatura tradizionale prevede le stesse regole già viste per gli ossidi acidi, col termine acido che sostituisce la parola anidride.

5.11 Composti contenenti non-metalli

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli I sali sono composti in cui sono presenti contemporaneamente un metallo e un non-metallo. Si originano da molteplici reazioni e in genere presentano caratteristiche ioniche vista la elevata differenza di elettronegatività tra il metallo e il non-metallo.

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli I sali possono essere suddivisi in binari, ternari o quaternari a seconda del numero di elementi in gioco.

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli I sali binari sono composti ionici formati da un catione metallico e da un anione di un non-metallo. La nomenclatura IUPAC fa seguire alla radice del nome del non-metallo il suffisso -uro, la preposizione di e il nome del metallo, indicando con l’opportuno prefisso il numero di atomi presenti. La nomenclatura tradizionale utilizza la stessa desinenza -uro per il non-metallo mentre prevede che la radice del nome del metallo sia seguita dal suffisso opportuno a indicare il n.o. utilizzato, qualora siano presenti 2 o più n.o.

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli In soluzione acquosa tutti i composti acidi possono perdere uno o più ioni H+. Ciò che resta dell’acido prende il nome di radicale acido. Si tratta di un anione il cui n.o complessivo è dato dalla carica ionica, corrispondente in valore al numero di H+ persi. La nomenclatura deriva da quella dell’acido corrispondente, con il termine ione che sostituisce la parola acido. Nella nomenclatura tradizionale, ai suffissi -oso e -ico si sostituiscono, rispettivamente, i suffissi -ito e -ato. Nella nomenclatura IUPAC, poco usata, si usa la desinenza -ato, cui si fa seguire il n.o. del non-metallo scritto tra parentesi in numero romano.

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli I sali ternari sono formati da radicali acidi degli ossiacidi combinati a ioni metallici. Nella formula dei sali ternari si indica prima il simbolo dello ione positivo, seguito dall’anione poliatomico. Nella nomenclatura tradizionale il nome deriva dal corrispondente radicale acido, completo di suffissi e prefissi, seguito dal nome dello ione positivo con i suffissi -oso e -ico a seconda del n.o. Nella nomenclatura IUPAC al nome del corrispondente radicale acido si fa seguire il nome del metallo, eventualmente preceduto da uno dei prefissi che indicano il numero di atomi metallici presenti.

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli Qualora il radicale acido conservi uno o più idrogeni si hanno i sali quaternari (o sali acidi). In questo caso si mantiene il sistema di denominazione descritto per i sali ternari con l’aggiunta del prefisso idrogeno- o diidrogeno a seconda del numero di atomi di idrogeno rimasti nello ione.

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli La nomenclatura tradizionale chiama gli ioni positivi allo stesso modo in cui chiama gli ossidi basici, sostituendo il termine ossido con ione. La IUPAC raccomanda di far seguire al nome dell’elemento il numero di carica. Può essere utilizzata la notazione di Stock, che fa seguire il nome dell’elemento dal numero delle cariche positive espresse in cifre romane tra parentesi.

5.12 Composti contenenti metalli e non-metalli