Nomenclatura e aspetti quali-quantitativi unità 1, modulo B del libro unità 1, modulo E del libro

Transcript

1 Nomenclatura e aspetti quali-quantitativi unità 1, modulo B del libro unità 1, modulo E del libro È indispensabile conoscere i nomi dei composti dei primi 30 elementi (da H a Zn), oltre a Ba, Cd, Pb e Sn.

2 Le molecole vengono rappresentate da formule chimiche alle quali viene dato un nome che tenga in considerazione la cessione/acquisizione e la condivisione di elettroni da parte degli atomi che le formano. LEGGERE E SCRIVERE LE FORMULE Ogni composto è rappresentabile con una formula i cui simboli esprimono, sinteticamente, i tipi di atomi ed il loro numero. Ad esempio, una molecola di CO 2, l anidride carbonica o biossido di carbonio, contiene 3 atomi in tutto, e precisamente 1 atomo di C e 2 atomi di O: il numero in basso a destra rispetto ad ogni simbolo chimico si chiama indice e ci dice quante volte l atomo è ripetuto nella molecola. Se non compaiono numeri, vuol dire che è sottointeso il numero 1 (come nel caso del C). Nel caso di molecole complesse, come Ca 3 (PO 4 ) 2, il fosfato tricalcico, gli atomi in tutto sono 13, e precisamente: 3 atomi di Ca, 2 atomi di P e 8 atomi di O, poiché ciò che è contenuto nella parentesi, e cioè il gruppo PO 4, è preso per 2 volte. IMPORTANTE: IL GRUPPO IONICO OH - PRENDE IL NOME DI OSSIDRILE E LO IONE H + PRENDE IL NOME DI IDROGENIONE

3 Le molecole sono sempre elettricamente neutre, cioè il numero di cariche positive è bilanciato dal numero di cariche negative. Cosa significa ciò? Significa che ogni elemento, all interno di una molecola, assume un certo valore, che prende il nome di stato (o numero) di ossidazione, e all interno di una molecola la somma algebrica degli stati di ossidazione è sempre pari a 0. Oltre alle molecole, neutre, esistono aggregati di atomi detti specie ioniche, cationiche ed anioniche, dotati di carica positiva e negativa rispettivamente, in cui, cioè, la somma algebrica delle cariche porta ad un valore superiore a 0 o inferiore a 0 rispettivamente. Dunque, il numero di ossidazione è la carica che un atomo sembra avere quando gli elettroni vengono contati secondo le seguenti regole: in una molecola gli elettroni vengono attribuiti alla specie più elettronegativa (es. H 2 O: 2 atomi di H cedono 1 e - ciascuno, un atomo di O acquisisce 2 e - ) allo stato elementare tutti gli atomi hanno stato di ossidazione 0 in uno ione semplice lo stato di ossidazione è pari alla carica dello ione (es. Na + = +1, Cl - = -1, O -2 =-2 etc ) nella maggior parte dei suoi composti O ha stato di ossidazione -2. Eccezioni sono i perossidi (es. H 2 O 2 ) o nel legame con F (unico atomo più elettronegativo di O) nella maggior parte dei suoi composti H ha stato di ossidazione +1. Eccezioni quando H è legato ad atomi meno elettronegativi (es. NaH) nelle molecole (neutre) la somma dei numeri di ossidazione deve essere 0, negli ioni complessi deve essere uguale alla carica effettiva dello ione Lo stato di ossidazione è fondamentale per la nomenclatura della specie chimiche

4 La nomenclatura chimica segue regole fisse che verranno spiegate nelle pagine successive. I nomi generali dei composti dipendono dal tipo di elemento che compone la molecola metallo non metallo O Ossidi Ossidi (o anidridi) OH Idrossidi non metallo Sali H Idruri Idracidi H + O Ossoacidi Il numero di ossidazione è fondamentale per attribuire il nome alle molecole Stato di ossidazione solo uno o solo uno possibile più basso basso alto più alto Ossidi di (Nome elemento) metallo-oso metallo-ico Idrossidi di (Nome elemento) metallo-oso metallo-ico Sali non metallo-uro + nome metallo non metallo-uro + metallo-oso non metallo-uro + metallo-ico Idruri di (Nome elemento) metallo-oso metallo-ico Idracidi Acido non metallo-idrico Ossoacidi Acido IPO-non metallo-oso Acido non metallo-oso Acido non metallo-ico Acido PER-non metallo-ico Un altro sistema di nomenclatura sostituisce i suffissi OSO e ICO con l indicazione del numero di ossidazione dell elemento tra parentesi (es: cloruro ferroso o cloruro di ferro (II)), abolisce il nome anidridi sostituendolo con il nome ossido ed indicando le proporzioni tra gli elementi (es: anidride carbonica o biossido di carbonio, anidride fosforica o pentossido di difosforo). Nelle pagine successive troverete maggiori dettagli ed esempi sulle regole di nomenclatura

5 1. COMPOSTI BINARI (2 tipi di atomi) METALLO E NON METALLO: SALI BINARI Metallo con 1 solo stato di ossidazione (1A e 2A) nome non metallo -URO + nome metallo NaCl, CaCl 2, MgI 2 (cloruro di sodio, cloruro di calcio, ioduro di magnesio) Metallo con più stati di ossidazione nome metallo-oso (s.di o. +basso), nome metallo-ico (s.di o. +alto). Queste regole valgono anche per gli OSSIDI, le ANIDRIDI e gli IDROSSIDI FeCl 2 cloruro ferroso o cloruro di ferroe(ii); FeCl 3 cloruro ferrico o cloruro di ferro (III); Cu 2 O ossido rameoso o ossido di rame (I); CuO ossido rameico o ossido di rame (II) NON METALLO E OSSIGENO: OSSIDI ACIDI (detti anche anidridi) Per composti nei quali il non metallo possiede più di due stati di ossidazione, si usa anche il termine OSSIDO in luogo di ANIDRIDE SO 2, SO 3, CO 2, N 2 O 3, (biossido di monozolfo o anidride solforosa, triossido di monozolfo o anidride solforica, biossido di carbonio o anidride carbonica, triossido di diazoto) NON METALLO E IDROGENO: IDRURI COVALENTI NH 3 ammoniaca IDROGENO E NON METALLO: IDRACIDI sono composti con l idrogeno davanti; i più importanti sono quelli con i primi 4 elementi del gruppo 7A oppure idrogeno e zolfo HF, HCl, HBr, HI, H 2 S (acido fluoridrico, acido cloridrico, acido bromidrico, acido iodidrico, acido solfidrico) METALLO E OSSIGENO: OSSIDI Na 2 O, PbO 2, CaO, Fe 2 O 3, (ossido di sodio, ossido di piombo (IV) o piombico, ossido di calcio, ossido di di ferro (III)) o ferrico METALLO E IDROGENO: IDRURI PbH 2, CaH 2 (idruro di piombo (II), idruro di calcio) PEROSSIDI Ossigeno a stato di ossidazione -1 perossido + nome metallo o non metallo H 2 O 2, Na 2 O 2 ---> (perossido di idrogeno, perossido di sodio)

6 2. COMPOSTI TERNARI METALLO E IONI OH - : IDROSSIDI O BASI idrossidi+ nome metallo NaOH, Ca(OH) 2, Al(OH) 3, Fe(OH) 3 (idrossido di sodio, idrossido di calcio, idrossido di alluminio, idrossido di ferro (II) o idrossido ferroso) H + NON METALLO + O: OSSOACIDI prendono il nome acido e al nome dell elemento viene unito il suffisso OSO O ICO a seconda che il non metallo presente assuma lo stato di ossidazione più basso o più alto rispettivamente; se ci sono più di due stati di ossidazione al più basso viene aggiunto il prefisso IPO e al più alto il prefisso PER. ATTENZIONE: l idrogeno è sempre all inizio della formula, come per gli IDRACIDI H 2 CO 3, HNO 2, HNO 3, HClO, HClO 2, HClO 3, HClO 4, HMnO 4, H 3 PO 4 (acido carbonico, acido nitroso, acido nitrico, acido ipocloroso, acido cloroso, acido clorico, acido perclorico, acido permanganico, acido ortofosforico o fosforico) SALI NEUTRI DA OSSOACIDI (tutti gli H vengono sostituiti da un metallo) nome non metallo -ITO + nome metallo (se l acido finisce in OSO) nome non metallo -ATO + nome metallo (se l acido finisce in ICO) Na 2 CO 3, CaCO 3, NaOCl, NaOCl 4, CaSO 4, BaSO 4, CdCO 3, Sn(ClO) 4,KMnO 4, Na 3 PO 4 (carbonato di sodio, carbonato di calcio, ipoclorito di sodio, perclorato di sodio, solfato di calcio, solfato di bario, carbonato di cadmio (II), ipoclorito di stagno (IV) o stannico, permanganato di potassio, ortofosfato o fosfato di sodio) SALI ACIDI DA OSSOACIDI (non tutti gli H vengono sostituiti da un metallo) valgono le regole viste per i sali neutri, ma occorre aggiungere la parola idrogeno nel nome e un prefisso che indichi il numero di atomi di idrogeno, nel caso ci siano più possibilità NaH 2 PO 4, BaHPO 4, KH 2 PO 4, Pb(HCO 3 ) 2, NH 4 HSO 4 )(di-idrogeno fosfato di sodio, mono-idrogeno fosfato di bario, di-idrogeno fosfato di potassio, idrogeno carbonato di piombo (II) o bicarbonato di piombo (II) o piomboso, idrogeno solfato di ammonio)

7 Nella nomenclatura chimica vengono richiamate, già nel nome generale dei composti alcune proprietà fondamentali delle sostanze. Vorremmo soffermarci per qualche istante sulle sostanze che abbiamo classificato ACIDI e BASI: queste sostanze sono state definite secondo tre importanti definizioni, che rivelano le loro proprietà. Diamo, di seguito, le tre definizioni di sostanza acida e basica, secondo tre celebri scienziati. Arrenhius: un acido in acqua fornisce H + una base in acqua fornisce OH - ; Brønsted e Lowry: un acido è un donatore di protoni una base è un accettore di protoni; Lewis: un acido è capace di ricevere una coppia di elettroni una base è capace di cedere una coppia di elettroni.

8 Trovare una bilancia che possa pesare un atomo è un sogno irrealizzabile. Non potendo determinare la massa assoluta degli atomi, si ricorre alla sua misura relativa. Come unità di misura non si può, dunque, usare il grammo o il kilogrammo, ma si usa un atomo di riferimento: il carbonio. In particolare, si usa l isotopo 12: 12 C. Allora possiamo affermare che: LA MASSA ATOMICA (O PESO ATOMICO= PA) DI UN ELEMENTO É LA MASSA RELATIVA RISPETTO ALL ATOMO DI 12 C. La sua unità di misura è il g/mol; tutte le masse atomiche sono riportate nella TAVOLA PERIODICA. Se ora consideriamo una molecola, la sua massa dipende dalle masse dei singoli atomi che la compongono. Quindi si può affermare che: LA MASSA MOLECOLARE (O PESO MOLECOLARE=PM) DI UNA MOLECOLA É LA SOMMA DEI PESI ATOMICI DEI SINGOLI ELEMENTI. Naturalmente, anche la sua unità di misura è il g/mol. g indica il grammo; cosa indica mol? È presto detto. Tutto ciò appartiene al mondo del microscopico, che noi non vediamo. Però noi siamo immersi nel mondo macroscopico, fatto da ciò che vediamo. Ecco la necessità di stabilire un collegamento tra questi due mondi: la MOLE è lo strumento che ce lo permette. La MOLE rappresenta l unità di misura della quantità di sostanza ed è una delle sette unità di misura fondamentali nel Sistema Internazionale. Una MOLE è la quantità di sostanza che contiene un numero di particelle elementari uguale al numero di atomi contenuti in 12 g di 12 C. Vediamo alcuni esempi.

9 PESO MOLECOLARE del CaCO 3 CaCO 3 = PA Ca + PA C + 3 x PA O Ca: x 1 = C: x 1 = O: x 3 = CaCO 3 Molecola atomi 1 atomo di Ca 1 atomo di C 3 atomi di O Che collegamento c è tra PM e MOLE? 1 mole CaCO 3 1 mole di Ca 1 mole di C 3 moli di O Mole di sostanza moli di atomi Per fare i calcoli con le moli occorre ricordare che legame c è tra la massa del campione, in g, il suo peso molecolare, in g/mol, e il numero di moli, in mol: Numero di moli (mol) g n= PM Massa (g) Peso molecolare (g/mol) Esempio: quante moli sono contenute in 5 g di CaCO 3? g 5 g n= n= = mol PM g/mol

10 Esercizi riassuntivi 25) Il peso molecolare di un composto si ottiene a) sommando il numero di atomi riportato nella formula b) sommando i pesi atomici di tutti gli atomi che compongono la molecola c) sommando i numeri atomici degli atomi che compongono la molecola d) sommando i numeri di massa degli atomi che compongono la molecola 26) Un catione a) è una particella dotata di carica positiva b) è una particella dotata di carica negativa c) è una particella dotata di carica neutra d) È una delle paricelle costituenti un atomo 27) La mole a) è ottenibile dal rapporto massa/pm b) ha come unità di misura il g/mol c) ha come unità di misura il g d) è uguale alla massa, per una determinata sostanza 28) Il peso atomico a) indica il numero di protoni dell atomo b) è espresso in g/mol c) è espresso in mol d) è espresso in g

11 Esercizi riassuntivi 29) Indicare quale delle seguenti formule rappresenta un anione a) CO b) Cl 2 c) CO 3 2- d) K + 30) Indicare quale tra le seguenti formule rappresenta un catione a) NH 3 b) NH 4 + c) NO 3 - d) NO 31) Indicare quanti atomi sono presenti nella molecola Fe(NO 3 ) 2 a) 8 b) 5 c) 9 d) 3 32) In una unità formula di Fe 3 (PO 4 ) 2 sono presenti a) 8 atomi di ossigeno b) 4 atomi di ossigeno c) 12 atomi di ossigeno d) 4 molecole di ossigeno

12 Esercizi riassuntivi 33) Qual è la formula dell idrossido di ferro (II) o ferroso? a) FeOH b) Fe(OH) 2 c) Fe(OH) 3 d) Fe 2 (OH) 3 34) Quale tra i seguenti composti è il carbonato di sodio? a) NaCO 3 b) NaOH c) Na 2 CO 3 d) NaHCO 3 35) Quale tra i seguenti composti è un acido? a) H 2 SO 4 b) NaOH c) PbH 4 d) Na 2 O 36) Quale riga comprende solo ossidi acidi (o anidridi)? a) Na 2 O, CaO, CaO 2 b) SO 3, CuO, Cr 2 O 3 c) MnO 2, CuO, Cr 2 O 3 d) SO 3, CO 2, P 2 O 5

13 Esercizi riassuntivi 37) Individuare quale tra i seguenti composti è un sale a) FeS b) HCl c) Fe(OH) 3 d) BaO 38) Data la molecola dell idrossido di calcio, indicare il numero di ossidazione degli elementi che lo compongono nell ordine a) +2, +2, -1 b) +2, -2, -1 c) +2, -2, +1 d) -2, +2, +1 39) Data la molecola del perclorato di sodio, indicare il numero di ossidazione del cloro a) +7 b) +5 c) +3 d) -1 40) Data la molecola dell acido solforoso, il numero di ossidazione degli elementi che compaiono nella formula è nell ordine a) +4, +1, -2 b) +1, +6, -2 c) -2, +1, +6 d) +1, +4, -2

14 Esercizi riassuntivi 41) Quale sostanza viene espressa con la formula NaHCO 3 a) carbonato di sodio b) bicarbonato di sodio c) bicarbonato di azoto d) carbonato di azoto 42) A quale sostanza corrisponde la formula N 2 O a) Ossido di azoto b) Biossido di azoto c) Ossido di diazoto d) Ossido di disodio 43) Una base è una sostanza in grado di liberare in acqua a) protoni b) ossidrili c) neutroni d) ioni positivi 44) Un acido è una sostanza in grado di liberare in acqua a) idrogenioni b) ossidrili c) ioni negativi d) neutroni