Classificazione, nomenclatura e bilanciamento dei composti 1

Ancora oggi viene spesso utilizzata la nomenclatura tradizionale. 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 dalle regole elaborate dalla IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). 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. Esiste anche la cosiddetta nomenclatura di Stock che si basa sempre sui numeri di ossidazione degli elementi indicati con numeri romani tra parentesi.

La formula di un composto La formula chimica di un composto fornisce informazioni sul numero e sul tipo di atomi che costituiscono il composto. La formula molecolare di un composto rappresenta il rapporto numerico tra gli atomi che costituiscono una singola molecola. C6H6 Formula molecolare

La formula minima rappresenta il rapporto minino di numeri interi esistente tra gli atomi o gli ioni che costituiscono un composto chimico. CH 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

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 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.

Il numero di ossidazione e le regole per calcolarlo Il numero di ossidazione (simbolo n.o.) è la carica elettrica che un atomo avrebbe se, quando è legato ad altri atomi, gli elettroni di legame venissero assegnati all’atomo più elettronegativo. Il numero di ossidazione è una carica convenzionale. Viene indicato con un numero relativo, cioè col numero preceduto dal segno + o dal segno −.

Molti elementi possono combinarsi in modo da assumere non un solo numero di ossidazione, ma diversi

La somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi presenti nella molecola è uguale a zero 9 9

Determinare il n.o. di un elemento... ...nei composti binari Es.: H2S SO3 HCl Cl2O ...nei composti ternari Es.: H2SO3 H2SO4 NaClO2 NaClO3 ...in uno ione poliatomico Es.: NH4+ NO3- MnO4- MnO42-

Come scrivere le formule dei composti La formula chimica di un composto si scrive indicando: a sinistra il simbolo della specie chimica (atomo, ione monoatomico o poliatomico) che presenta numero di ossidazione positivo; a destra il simbolo della specie chimica con numero di ossidazione negativo.

La IUPAC fissa le regole della nomenclatura sistematica La nomenclatura chimica è un insieme di regole che permettono di assegnare nomi sistematici ai composti chimici. Le sue regole sono fissate dalla IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). I composti chimici possono essere classificati in: composti organici, tutti i composti del carbonio, con l’eccezione del monossido e del diossido di carbonio, dei carbonati e di poche altre sostanze; composti inorganici, i composti di tutti gli altri elementi.

le formule più semplici Leggere e scrivere le formule più semplici La formula chimica di un composto mostra da quali elementi è formato. Gli indici numerici in posizione di pedici, indicano quanti atomi di ogni elemento sono presenti nella molecola. 13 13

La formula di un composto 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.

Classificazione dei composti inorganici La classificazione dei composti inorganici si basa sulle loro proprietà chimiche, in particolare sulla natura metallica o non metallica degli elementi costituenti e sulla reattività con acqua e ossigeno. Composti binari Classe Tipo di elemento Esempio Idruri Elemento + H LiH Idracido H + elemento gruppo VI e VII HCl Ossido basico metallo + O CaO Anidride non metallo + O Cl2O Sale metallo + non metallo NaCl 15 15

Gli idruri I nomi sono formati dal termine idruro, nella nomenclatura IUPAC preceduto dai prefissi di-, tri- ecc. a seconda del numero di idrogeni presenti, dalla preposizione di e dal nome dell’elemento. NaH AlH3 idruro di sodio triidruro di alluminio La nomenclatura tradizionale fa precedere la radice dell’elemento dalla parola idruro e se il metallo possiede due numeri di ossidazione prenderà la desinenza oso nel caso di ossidazione minore e ico nel caso di ossidazione maggiore. MgH2 FeH2 FeH3 idruro di magnesio idruro ferroso idruro ferrico

Gli idracidi La nomenclatura IUPAC nomina gli idracidi facendo seguire alla radice dell’elemento il suffisso -uro, la preposizione di e la parola idrogeno. HCl H2S cloruro di idrogeno solfuro di diidrogeno La nomenclatura tradizionale fa precedere la radice dell’elemento dalla parola acido e la fa seguire dal suffisso -idrico. HCl H2S acido cloridrico acido solfidrico

Il nome degli idruri e ...... ......degli idracidi

Le equazioni di reazione Una reazione (o equazione) chimica è una trasformazione di sostanze dette reagenti in altre sostanze dette prodotti reagenti  prodotti I coefficienti stechiometrici sono numeri opportuni con cui è possibile mantenere, per ciascuna specie, l’uguaglianza tra il numero di atomi dei reagenti e dei prodotti. Hg + O2  HgO Hg + O2  2HgO 2Hg + O2  2HgO

Per scrivere una equazione di reazione bisogna: stabilire quali sono reagenti e prodotti; scrivere le formule esatte dei reagenti e dei prodotti; bilanciare la reazione, ponendo davanti alle molecole gli opportuni coefficienti stechiometrici fino al raggiungimento dell’uguaglianza degli atomi in gioco. Per bilanciare una reazione si seguono le seguenti regole: per primi si bilanciano gli atomi dei metalli e dei non metalli; si bilanciano gli ioni poliatomici, come fossero un unico gruppo di atomi; si bilanciano per ultimi gli atomi di idrogeno e di ossigeno se presenti.

Nomenclatura, reazioni e bilanciamento - Idruri Li + H2 2Li + H2 → 2 LiH Na + H2 2Na + H2 → 2NaH Mg + H2 Mg + H2 → MgH2 Ca + H2 Ca + H2 → CaH2 Fe + H2 Fe + 2H2 → FeH2 2Fe + 3H2 → 2FeH3 C + H2 C + 2H2 → CH4 N + H2 2N + 3H2 → 2NH3

Nomenclatura, reazioni e bilanciamento - Idracidi H2 + F2 H2 + F2 → 2HF H2 + Br2 H2 + Br2 → 2HBr H2 + Cl2 H2 + Cl2 → 2HCl H2 + I2 H2 + I2 → 2HI H2 + S2 2H2 + S2 → 2H2S

Il nome dei perossidi I perossidi sono composti binari dell’ossigeno con due atomi di ossigeno legati tra loro. Il numero di ossidazione dei due atomi di ossigeno è –1. I perossidi si nominano come gli ossidi aggiungendo il prefisso per- davanti al termine ossido. Na2O2 H2O2 perossido di sodio perossido di idrogeno o acqua ossigenata

Ossidi basici e anidridi Gli ossidi sono composti binari dell’ossigeno. In questi composti l’ossigeno ha sempre numero di ossidazione –2. Gli ossidi formati dai metalli vengono definiti ossidi basici e si formano per reazione diretta tra il metallo e l’ossigeno. Na + O2 → Na2O Gli ossidi formati dai non-metalli vengono definiti anidridi o ossidi acidi e si formano per reazione diretta tra il non-metallo e l’ossigeno. S + O2 → SO2

Il nome degli ossidi e anidridi Il nome IUPAC degli ossidi è costituito da: ossido di + nome elemento Per la nomenclatura tradizionale, nel caso in cui un elemento abbia due numeri di ossidazione, si utilizza: per gli ossidi il suffisso –oso (n.o. più basso) –ico (n.o. più alto) per gli anidridi –osa (n.o. più basso) –ica (n.o. più alto) Cu2O CuO SO2 SO3 ossido rameoso ossido rameico anidride solforosa anidride solforica (n.o.Cu (n.o.Cu (n.o.S (n.o.S = +1) = +2) = +4) = +6)

I non metalli iodio, cloro e bromo possono avere anche più di due numeri di ossidazione positivi. Pertanto, si usano anche i prefissi: ipo- per il n.o. minore; per- per il n.o. maggiore.

Il nome degli ossidi e degli anidridi

Nomenclatura, reazioni e bilanciamento – Ossidi basici Na + O2 4Na + O2 → 2Na2O Ca + O2 2Ca + O2 → 2CaO Al + O2 4Al + 3O2 → 2Al2O3 Tc + O2 4Tc + 7 O2 → 2Tc2O7

Nomenclatura, reazioni e bilanciamento - Anidridi C + O2 C + O2 → CO2 Cl + O2 4Cl + O2 → 2Cl2O 4Cl + 3O2 → 2Cl2O3 4Cl + 5O2 → 2Cl2O5 Cl + O2 4Cl + 7O2 → 2Cl2O7 I + O2 I + O2 → I2O I + O2 → I2O5 I + O2 → I2O7

Composti ternari Classe Tipo di elemento Esempio Idrossido metallo + gruppo OH NaOH Ossiacido H + non metallo + O HNO2 Sale metallo + non metallo + O BaSO4 35 35

Gli idrossidi Gli idrossidi, chiamati anche basi, sono composti ionici formati da un catione metallico e dallo ione idrossido (simbolo OH–), che ha carica elettrica –1. formula generale idrossidi = Me(OH)n dove n è il n.o. del catione metallico. Il nome sistematico si ottiene così: Me(OH)n = idrossido di + nome metallo

Il nome tradizionale è simile a quello sistematico, ma non ci sono prefissi numerici. Presenta le desinenze -ico e -oso se il metallo possiede più di un numero di ossidazione. Gli idrossidi sono sostanze a carattere basico che si formano quando un ossido basico reagisce con l’acqua.

Reazioni e bilanciamento - Idrossidi Mg(OH)2 2Mg + O2 → 2MgO MgO + H2O → Mg(OH)2 Sn(OH)2 2Sn + O2 → 2SnO SnO + H2O → Sn(OH)2 Sn(OH)4 Sn + O2 → SnO2 SnO2 + 2H2O → Sn(OH)4 Cr(OH)3 Cr + O2 → Cr2O3 Cr2O3 + 3H2O → 2Cr(OH)3

Ossoacidi Gli ossoacidi sono composti ternari a carattere acido, contenenti atomi di ossigeno, di idrogeno e di un elemento non-metallico. Nella formula si scrive prima l’idrogeno, poi il simbolo dell’elemento non-metallico e l’ossigeno. H2SO3 ; H2CO3 Gli ossoacidi possono essere considerati come derivati dalla reazione con acqua delle anidridi. SO2 + H2O → H2SO3 CO2 + H2O → H2CO3

Il nome degli ossoacidi La nomenclatura tradizionale prevede le stesse regole già viste per gli ossidi acidi, col termine acido che sostituisce la parola anidride H2SO3 H2SO4 acido solforoso acido triossosolforico (IV) acido solforico acido tetrassosolforico (VI) 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 numero di ossidazione, scritto tra parentesi in numeri romani.

La formula di struttura degli ossoacidi può essere ricavata ricordando che: 1 - ciascun atomo di idrogeno è legato con un legame covalente semplice a un atomo di ossigeno; 2 - gli atomi di ossigeno legati all’idrogeno sono uniti con un altro legame covalente semplice all’atomo del non-metallo; 3 - gli atomi di ossigeno non legati all’idrogeno sono uniti all’atomo del non-metallo con legami doppi o con legami dativi.

Reazioni e bilanciamento - Ossoacidi H2CO3 C + O2 → CO2 CO2 + H2O → H2CO3 H2SO3 S + O2 → SO2 SO2+ H2O → H2SO3 Acido carbonico Acido triossocarbonico (IV) Acido solforico Acido tetraossosolforico (VI) H2SO4 2S + 3O2 → 2SO3 SO3+ H2O → H2SO4 HIO I + O2 → I2O I2O + H2O → 2HIO Acido solforoso Acido triossosolforico (IV) Acido ipoiodoso Acido (mono)ossoiodico (I)

Eccezioni Ossoacidi HPO2 P + O2 → P2O3 P2O3 + H2O → 2HPO2 H4P2O5 Ossidi di Fosforo (P), Arsenico (As), Antimonio (Sb), Silicio (Si), Boro (B) HPO2 P + O2 → P2O3 P2O3 + H2O → 2HPO2 H4P2O5 P2O3 + 2H2O → H4P2O5 H3PO3 P + O2 → P2O3 P2O3 + 3H2O → 2H3PO3

I poliacidi si formano per combinazione di un ossido acido e 1, 2 o 3 molecole d’acqua e prendono rispettivamente i prefissi meta-, piro- e orto-. 45 45

Il nome dei sali binari 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 dell’elemento non-metallico il suffisso -uro, la preposizione di e il nome del metallo, indicando con l’opportuno prefisso il numero di atomi presenti. FeCl2 FeCl3 dicloruro di ferro tricloruro di ferro La nomenclatura tradizionale prevede che la radice del nome dell’elemento metallico sia seguita dal suffisso -oso, nelle specie a n.o. più basso, e -ico, nelle specie a n.o. più alto. FeCl2 FeCl3 cloruro ferroso cloruro ferrico (n.o.Fe (n.o.Fe = +2) = +3)

Sali binari Metallo + Non Metallo Acido + Base = Sale + H2O H+A- + B+OH- = BA + H2O Es.: NaCl HCl + NaOH → NaCl + H2O CaCl2 HCl + Ca(OH)2 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O FeCl2 HCl + Fe(OH)2 2HCl + Fe(OH)2 → FeCl2 + 2H2O FeCl3 HCl + Fe(OH)3 3HCl + Fe(OH)3 → FeCl3 + 3H2O Al2S3 H2S + Al(OH)3 3H2S + 2Al(OH)3 → Al2S3 + 6H2O CuCl HCl + CuOH HCl + CuOH → CuCl + H2O CuCl2 HCl + Cu(OH)2 2HCl + Cu(OH)2 → CuCl2 + 2H2O

Sali ternari I sali ternari sono composti formati da un metallo, un non metallo e l’ossigeno. I sali ternari si formano per sostituzione degli atomi di idrogeno dell’ossiacido corrispondente con un metallo. NaNO3 HNO3 + NaOH HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O 49 49

Il nome dei sali ternari Nella nomenclatura IUPAC: si sopprime il termine acido degli ossoacidi, si sostituisce il suffisso –ico con il suffisso –ato e si specifica il nome del metallo Nella nomenclatura tradizionale: si trasformano i suffissi, ma non i prefissi Il nome dell’anione poliatomico deriva dal nome del corrispondente acido ternario sostituendo la desinenza -oso con -ito e -ico con –ato. Se il non metallo ha 4 numeri di ossidazione si usano i prefissi -ipo e -per. Qualora il metallo abbia più numeri di ossidazione, si usano, come al solito le desinenze –oso oppure -ico. FeSO4 Al2(SO4)3 tetraossosolfato (VI) di ferro tetraossosolfato (VI) di dialluminio (III) FeSO4 Al2(SO4)3 solfato ferroso solfato di alluminio NaClO CuCO3 ipoclorito di sodio n.o. Cl = +1 carbonato rameico n.o. Cu = +2 50 50

Sali ternari Es.: BaCO3 H2CO3 + Ba(OH)2 H2CO3 + Ba(OH)2 → BaCO3 + 2H2O Ca(NO3)2 HNO3 + Ca(OH)2 2HNO3 + Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 + 2H2O Al2(SO4)3 H2SO4 + Al(OH)3 3H2SO4 + 2Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + 6H2O FeSO4 H2SO4 + Fe(OH)2 H2SO4 + Fe(OH)2 → FeSO4 + 2H2O Fe2(SO4)3 H2SO4 + Fe(OH)3 3H2SO4 + 2Fe(OH)3 → Fe2(SO4)3 + 6H2O Triossocarbonato (IV) di bario Carbonato di bario Triossonitrato (V) di calcio (II) Nitrato di calcio Tetraossosolfato (VI) di alluminio (III) Solfito di alluminio Tetraossosolfato (IV) di diferro Solfato ferroso Tetraossosolfato (VI) di diferro (III) Solfito ferrico