I composti di base della Chimica Inorganica

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2 I composti di base della Chimica Inorganica COMPOSTI sostanze costituite da due o più elementi, con atomi in proporzioni definite Organici Contengono C e H (es:c 6 H 12 O 6 ;CH 4 ) Inorganici tutti gli altri (es:hcl, H 2 O) composti sono quindi definibili come combinazioni di elementi gli atomi dei diversi elementi che lo costituiscono, sono presenti in proporzione costante e caratteristica le loro caratteristiche fisiche e chimiche sono diverse da quelle degli elementi costituenti

3 Formule Chimiche FORMULA MINIMA (o SEMPLICE o BRUTA): esprime il rapporto atomico (molare) tra gli elementi che costituiscono una sostanza, utilizzando i più piccoli numeri interi come pedici (per composti molecolari, covalenti e ionici) acido ossalico HCO 2 HNO 3 acido nitrico FORMULA MOLECOLARE: esprime non solo il rapporto tra gli atomi dei vari elementi, ma indica anche il numero reale di atomi dei vari elementi in una singola molecola (per composti molecolari) acido ossalico H 2 C 2 O 4 HNO 3 acido nitrico FORMULA DI STRUTTURA: Indica come gli atomi di una molecola sono uniti tra loro e come sono disposti nello spazio acido ossalico acido nitrico

4 Numero di Ossidazione La valenza è il numero di elettroni che l atomo di un elemento condivide, cede o acquista quando si lega con altri atomi (Es. valenza del Cl è 1, dell H è 1 ). Tuttavia la valenza non fornisce indicazioni effettive sul comportamento degli atomi nelle molecole, per questo motivo al concetto di valenza si affianca quello del numero di ossidazione. NUMERO DI OSSIDAZIONE o STATO DI OSSIDAZIONE: indica la carica elettrica, espressa con numero e segno, che un atomo assumerebbe in un composto, SE GLI ELETTRONI DI LEGAME FOSSERO ASSEGNATI ALL ELEMENTO PIÙ ELETTRONEGATIVO. Nei composti molecolari il numero di ossidazione NON equivale ad una carica REALE, perché gli atomi NON cedono o acquistano elettroni, ma indica la CARICA FORMALE, cioè la CARICA TEORICA che l elemento assumerebbe se gli elettroni di legame fossero acquisiti dall atomo più elettronegativo. LEGAME COVALENTE PURO +1 H +1 H +1 H -3-3 C C H H H H O H LEGAME COVALENTE POLARE

5 Periodicità del numero di ossidazione NOTA BENE BENE: Il massimo numero di ossidazione che un elemento può assumere coincide con il numero del gruppo a cui l elemento appartiene

6 REGOLE FONDAMENTALI il n.o. di una specie elementare è zero: es. N 2, O 2 il n.o. di un catione o di un anione corrisponde alla carica l idrogeno ha sempre n.o. +1, tranne che negli idruri in cui presenta n.o. 1 (es. NaH, CaH 2 ) l ossigeno O ha sempre n.o. 2, tranne in OF 2 (n.o. +2), nei perossidi (-O-O-, n.o. 1) e nei superossidi (n.o. 1/2) il fluoro ha sempre n.o. 1 il cloro ha sempre n.o. 1, tranne nei legami con F e con O in cui assume n.o. positivi (lo stesso vale per il Br) i metalli hanno sempre n.o. positivi: i metalli alcalini (gruppo I) n.o.+1, alcalino terrosi (gruppo II) n. o. + 2 In una MOLECOLA la somma algebrica dei n.o. di tutti gli atomi deve essere ZERO In uno IONE (POSITIVO O NEGATIVO) la somma algebrica dei n.o. deve essere uguale alla CARICA DELLO IONE STESSO

7 Le regole di nomenclatura attualmente in uso sono state formulate dalla COMMISSIONE dell UNIONE di CHIMICA PURA e APPLICATA (IUPAC) In base a tali regole è possibile stabilire la formula del composto o risalire al nome dalla formula

8 COMPOSTI BINARI = composti formati da due elementi diversi Sono di tipo ionico quando esiste una sufficiente differenza di elettronegatività tra i due elementi e sono covalenti quando non c è questa differenza. 1) Metallo 3) + Sali Binari non metallo (S o alogeni) COMPOSTI con OSSIGENO 2) COMPOSTI con IDROGENO ossigeno + metallo Ossidi Basici H + alogeno o S Idracidi ossigeno + non metallo Ossidi Acidi (anidridi) H + metallo Idruri

9 1)Metallo + Non Metallo Sali Sono ionici X-uro di Y composti X = radice del nome dell elemento più elettronegativo Y = nome dell elemento meno elettronegativo NaCl = cloruro di sodio Al 2 S 3 = solfuro di alluminio Se presenti più numeri di ossidazione: Nomenclatura IUPAC Nomenclatura di Stock Nomenclatura tradizionale FeCl 3 = tricloruro di ferro cloruro di ferro (III) cloruro ferrico FeCl 2 = dicloruro di ferro cloruro di ferro (II) cloruro ferroso Numero di ossidazione maggiore Numero di ossidazione minore

10 PRINCIPALI CATIONI formula nome Cr 3+ Cromo(III) o cromico Mn 2+ Manganese(II) o manganoso Fe 2+ Ferro(II) o ferroso Fe 3+ Ferro(III) o ferrico Co 2+ Cobalto(II) o cobaltoso Ni 2+ Nichel(II) o nichel Cu 2+ Rame(II) o rameico Zn 2+ Zinco Ag + Argento Cd 2+ Cadmio Hg 2+ Mercurio(II) o mercurico

11 Un anione monoatomico prende il nome dall elemento seguito dal suffisso -uro Cl - S 2- cloruro solfuro ma O 2- ossido I non metalli formano anioni con carica pari al numero del gruppo meno 8 Cl - VII A 7-8=-1 S 2- VI A 6-8=-2

12 COMPOSTI con IDROGENO 2) Idrogeno + Alogeno (F, Cl, Br, I) o Zolfo IDRACIDI Sono composti binari dell idrogeno con elementi non metallici aventi elevata elettronegatività (VI e VII gruppo) ed in ambiente acquoso dimostrano un comportamento acido; il legame è di tipo covalente polarizzato Acido X-idrico X = radice del nome del non metallo HCl = acido cloridrico H 2 S = acido solfidrico HF fluoruro di idrogeno acido fluoridrico HCl cloruro di idrogeno acido cloridrico HBr bromuro di idrogeno acido bromidrico HI ioduro di idrogeno acido iodidrico HCN cianuro di idrogeno acido cianidrico H 2 S solfuro di idrogeno acido solfidrico Sostanza pura Sostanza in soluzione

13 Oltre agli IDRACIDI, esistono altri composti binari con l idrogeno e non metallo Gli elementi del V gruppo si legano ad H nei loro n.o. negativi (-3): NH 3 ammoniaca Il carbonio e il boro formano i seguenti composti: CH 4 BH 3 metano borano

14 2) Idrogeno + Metallo IDRURI Sono composti binari dell idrogeno con gli elementi più elettropositivi (metalli) IDRURI Metalli I e II gruppo Metalli di Transizione + + H 2 H 2 H 2 Idruri Ionici o Salini Idruri Metallici

15 2) Idrogeno + Metallo I e II gruppo: Idruri Ionici o Salini Composti ionici binari dell idrogeno con elementi fortemente elettropositivi (metalli alcalini e alcalino terrosi) Sono composti ionici costituiti dallo ione idruro (H - ) e da cationi metallici e hanno comportamento basico Idruro di X X = nome dell elemento che si combina con l H NaH = idruro di sodio CaH 2 = idruro di calcio SrH 2 = idruro di stronzio

16 COMPOSTI con OSSIGENO 3) Ossigeno + Metallo Ossidi Basici I Me dei gruppi I e II, nonché i metalli di transizione negli stati a numero di ossidazione basso, hanno una I sufficientemente bassa che consente la formazione di composti ionici con l ossigeno. Si tratta di ossidi basici che sono solidi a T e P ordinarie Nomenclatura IUPAC Nomenclatura di Stock Nomenclatura tradizionale CuO = ossido di rame ossido di rame (II) ossido rameico Cu 2 O = ossido di dirame ossido di rame (I) ossido rameoso

17 3) Ossigeno + Non Metallo Ossidi Acidi Ogni elemento non metallico forma, in generale, più di un composto con l ossigeno. Si tratta di composti covalenti che hanno comportamento acido Comprendono anche gli ossidi dei metalli di transizione ad alto numero di ossidazione (5,6,7) Nomenclatura IUPAC SO 3 = triossido di zolfo SO 2 = diossido di zolfo Cl 2 O 7 = eptaossido di dicloro Cl 2 O 5 = pentossido di dicloro Cl 2 O 3 = triossido di dicloro Cl 2 O = ossido di dicloro N 2 O 5 = pentossido di diazoto N 2 O 3 = triossido di diazoto Nomenclatura tradizionale anidride solforica anidride solforosa anidride perclorica anidride clorica anidride clorosa anidride ipoclorosa anidride nitrica anidride nitrosa P 2 O 5 = pentossido di difosforo anidride fosforica P 2 O 3 = triossido di difosforo anidride fosforosa Alcuni ossidi di non metalli, come CO, NO, N 2 O, non si sciolgono in acqua e di conseguenza non manifestano il comportamento tipico degli ossidi acidi, per questa ragione nella nomenclatura tradizionale non vengono chiamati anidridi ma semplicemente ossidi

18 COMPOSTI Ternari = composti formati da tre elementi diversi Le principali categorie di questi composti contengono ossigeno combinato con altri due elementi: 1) Metallo + Ossigeno + Idrogeno Idrossidi 2) Non Metallo + Ossigeno + Idrogeno Ossoacidi 3) Metallo + Ossigeno + Non Metallo Sali ossigenati

19 1)Metallo + Ossigeno + Idrogeno Idrossidi Sono sostanze fortemente basiche Ossido di metallo + acqua ossacido K 2 O + H 2 O 2 KOH Sono costituiti dallo ione METALLICO positivo M n+ e da n IONI OSSIDRILI OH -. La loro formula si ottiene unendo al metallo un numero di gruppi OH pari al numero d ossidazione del metallo: (OH) - ossidrile -OH idrossido o idrossile Se presenti più numeri di ossidazione: M(OH) n Idrossido di M Nomenclatura IUPAC Nomenclatura tradizionale Cu(OH) 2 = diidrossido di rame idrossido rameico CuOH = idrossido di rame idrossido rameoso

20 2) Non Metallo + Ossigeno + Idrogeno Ossoacidi Sono chiamati OSSOACIDI perché hanno proprietà acide simili agli idracidi. In questi composti il non metallo è l atomo centrale della molecola ed è unito con legami covalenti polari a tutti gli atomi di ossigeno presenti H p NM q O r Acido r-osso NM-ico H = idrogeno p = numero atomi idrogeno NM = non metallo q = numero atomi non metallo O = ossigeno r = numero atomi ossigeno Ossido di non metallo (anidride) + acqua ossacido CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 = acido triossocarbonico acido carbonico SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 = acido tetraossosolforico acido solforico H 2 SO 3 = acido triossosolforico acido solforoso H 3 PO 4 = acido tetraossofosforico H 3 PO 3 = acido triossosolforico H 3 PO 2 = acido diossosolforico HClO 4 = acido tetraossoclorico HClO 3 = acido triossoclorico HClO 2 = acido diossoclorico HClO = acido ossoclorico acido fosforico acido fosforoso acido ipofosforoso acido perclorico acido clorico acido cloroso acido ipocloroso

21 2) Non Metallo + Ossigeno + Idrogeno Ossoacidi In soluzione acquosa liberano ioni H + : HNO 3 + H 2 O H 3 O + (aq) + NO - 3 (aq) In base al numero di protoni che la molecola può liberare (idrogeni salificabili) gli ossoacidi vengono suddivisi in: Monoprotici: HNO 2 HClO HNO 3 Diprotici: H 2 SO 4 H 2 CO 3 Triprotici: H 3 PO 4 H 3 BO 3 H 3 AsO 4

22 Quando i due elementi formano più di un composto questi si distinguono usando i seguenti prefissi 1 mono- 6 esa- 2 bi- 7 epta- 3 tri- 8 octa- 4 tetra- 9 nona- 5 penta- 10 deca- Esempi CO CO 2 NO 2 N 2 O 4 ClO 2 Cl 2 O 7 S 2 Cl 2 P 4 S 3 SF 6 Monossido di carbonio Biossido di carbonio Biossido di azoto Tetrossido di diazoto Biossido di cloro Eptossido di dicloro Dicloruro di dizolfo Trisolfuro di tetrafosforo Esafluoruro di zolfo

23 3) Metallo + Ossigeno + Non Metallo Sali Ossigenati I Sali Ossigenati si originano per reazione tra un composto derivato da un metallo (ossido basico, idrossido) e un composto derivato da un non metallo (ossido acido, ossoacido) H 2 SO 4 2- SO 4 + 2H Na + OH - 2NaOH La desinenza del sale è legata a quella dell acido nel modo seguente: desinenza acido desinenza sale Sale ossigenato Na 2 SO 4 = solfato di sodio Na 2 SO 3 = solfito di sodio PER-...-ICO - ICO -OSO IPO-...-OSO PER-...- ATO -ATO -ITO IPO-...- ITO

24 Ioni poliatomici L unico catione poliatomico di rilievo è: NH 4 + ione ammonio La maggior parte degli ioni poliatomici sono ossianioni, contenenti ossigeno più un altro elemento: CO 3 2- SO 4 2- ione carbonato ione solfato

25 PRINCIPALI IONI POLIATOMICI Nome Formula Nome Formula Acetato CH 3 COO Idrossido OH Ammonio NH + 4 Ipoclorito ClO Carbonato CO 2 3 Clorato ClO 3 Monoidrogeno fosfato HPO 2 4 Clorito ClO 2 Nitrato NO 3 Cromato CrO 2 4 Nitrito NO 2 Cianuro CN Ossalato C 2 O 2-4 Bicromato Cr 2 O 2 7 Perclorato ClO 4 Diidrogenofosfato H 2 PO 4 Permanganato MnO 4 Fosfato PO 3 4 Ossido O 2 Idrogenocarbonato HCO 3 Perossido O 2 2 (o bicarbonato) Idrogenosolfato HSO 4 Solfato SO 2 4 (o bisolfato) Idrogenosolfito HSO 3 Solfito SO 2 3 (o bisolfito)

26 Esempi FeSO 4 AlBr 3 TiO 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 CuNO 3 Cu(NO 3 ) 2 Mg 3 N 2 Solfato di ferro (II) Bromuro di alluminio Ossido di titanio (IV) Solfato di ferro (III) Nitrato di rame (I) Nitrato di rame (II) Nitruro di magnesio