La nomenclatura dei composti inorganici L insieme delle regole attraverso le quali si stabilisce il nome dei diversi composti chimici costituisce la cosiddetta nomenclatura. Una buona nomenclatura chimica non dovrebbe ricorrere a nomi di fantasia e dovrebbe permettere di ricavare facilmente la formula del composto a partire dal nome e viceversa. Inoltre il nome deve essere lo stesso per tutti i chimici, altrimenti si creerebbe una confusione tale che difficilmente si riuscirebbe a capire di che cosa si stia parlando. È il caso per esempio di N 2O che viene chiamato indifferentemente ossido nitroso, ossidulo di azoto, protossido di azoto, anidride iponitrosa, monossido di azoto, gas esilarante Fino a poco tempo fa era in uso la nomenclatura tradizionale, costituita da un insieme di regole che avevano però l inconveniente di non collegare il nome del composto con la sua formula; era quindi difficile non solo attribuire i nomi, ma soprattutto ricostruire la formula a partire dal nome. Per cercare di mettere ordine si è deciso allora di costituire un apposito organismo internazionale con il compito di emanare più efficienti regole di nomenclatura. Questo organismo, tutt oggi esistente, è lo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) e le regole da esso emanate sono note come nomenclatura IUPAC. Attraverso esse è possibile unire strettamente tra loro nome e formula di un composto, di conseguenza il passaggio dall uno all altra, e viceversa, è pressoché immediato. Purtroppo queste regole non sono state ancora del tutto recepite e frequentemente continuano ad essere usati i nomi della nomenclatura tradizionale, per questo occorre conoscere ambedue i sistemi. Entrambi i sistemi partono dalla considerazione di quanti e quali atomi formano il composto a cui si intende dare il nome e sulla base di ciò si distinguono i: composti binari, con solo due diversi tipi di atomi (p. es. NaCl, H 2O, H 2S) distinti in: ossidi, se è presente l ossigeno idracidi se sono costituiti da idrogeno e un non metallo idruri se sono invece costituiti da idrogeno un metallo sali binari se risultano composti solo da un metallo e un non metallo composti ternari, con tre diversi tipi di atomi (p. es. H 2SO 4, CaCO 3, KOH) distinti in: idrossidi se è presente l ossigeno, idrogeno e un metallo ossiacidi se è presente l ossigeno, idrogeno e un non metallo sali neutri ternari se è presente l ossigeno, un metallo e un non metallo sali acidi ternari se è presente un metallo, l idrogeno e un non metallo composti quaternari, con quattro diversi tipi di atomi (p. es. NaHCO 3, CuCNS) Per i composti quaternari la distinzione è più difficile; per i nostri scopi è sufficiente considerare quelli formati da ossigeno, idrogeno, metallo e non metallo a cui si dà il nome di sali acidi quaternari. Il diagramma di flusso alla pagina seguente mostra come poter distinguere i diversi composti tra loro. La valenza Per poter usare qualunque tipo di nomenclatura chimica è necessario conoscere la valenza degli atomi. Secondo la teoria di Lewis la valenza corrisponde a quanti elettroni esso mette in gioco, mentre secondo la teoria del legame di valenza corrisponde al numero di orbitali incompleti che esso coinvolge nella
2 La nomenclatura dei composti inorganici formazione dei legami. Uno stesso atomo può avere più valenze, cioè può organizzare gli elettroni del proprio livello energetico esterno in modi diversi, così da formare differenti composti. Per conoscere la valenza di un atomo si ricorre al numero di ossidazione. Quest ultimo è un numero relativo (dotato di segno) assegnato ad ogni atomo che forma un certo composto attribuendo arbitrariamente gli elettroni di ogni legame all atomo più elettronegativo. In pratica si osservano le seguenti regole: 1. un atomo da solo e privo di carica elettrica ha numero di ossidazione 0, se invece è uno ione il suo numero di ossidazione equivale alla carica posseduta (per estensione si assegna il valore 0 anche a atomi identici legati tra loro) 2. l idrogeno ha sempre numero di ossidazione +1, eccetto che negli idruri dove ha -1 3. l ossigeno ha numero di ossidazione -2, con due eccezioni: -1 nei perossidi 1 in generale, +2 se legato al fluoro 4. gli elementi metallici dei gruppi A hanno in genere numero di ossidazione positivo e valore corrispondente al numero del gruppo di appartenenza 5. la somma dei numeri di ossidazione degli elementi presenti in una molecola neutra è uguale a 0; se però la molecola possiede una carica elettrica, la somma dei numeri di ossidazione coincide con la carica stessa. Una volta assegnato il numero di ossidazione a tutti gli atomi che formano una molecola: il valore assoluto del numero di ossidazione corrisponde alla valenza di quell atomo. La scrittura delle formule Nello scrivere una formula l ordine in cui si susseguono gli elementi non è casuale: tranne poche eccezioni si parte sempre da quello meno elettronegativo e si procede per ordine crescente. Per questo motivo il fluoro, che è l atomo più elettronegativo di tutti è sempre per ultimo. 1. I perossidi, di cui fa parte l acqua ossigenata, sono composti caratterizzati da due atomi di ossigeno uniti da un legame covalente semplice. NOMENCLATURA.DOCX A. Belli
La nomenclatura dei composti inorganici 3 OSSIDI Composti binari formati dall ossigeno e un qualsiasi altro elemento. La formula generica è M 2O x dove M è il simbolo di un elemento qualsiasi, O è l ossigeno ed x è la valenza di M. Nel caso in cui x sia uguale a 1 viene sottinteso. Se x è un numero pari va semplificato con il 2. l ossido formato dal sodio (Na, valenza 1) ha formula Na 2O, quello formato dal magnesio (Mg, valenza 2) è MgO, quello formato dall alluminio (Al, valenza 3) è Al 2O 3. Preparazione Si preparano facendo reagire direttamente con l ossigeno l elemento di cui si vuol ottenere l ossido. La reazione è quindi la seguente: elemento + ossigeno = ossido 4Na + O 2 = 2Na 2O 2Mg + O 2 = 2MgO 4Al + 3O 2 = 2Al 2O 3 Nomenclatura 1. La nomenclatura IUPAC è: [prefisso]ossido di [prefisso][nome] 2 [prefisso] indica il numero di atomi di ossigeno secondo la tabella che segue: PREFISSI IUPAC per un atomo per due atomi per tre atomi per quattro atomi per cinque atomi per sei atomi per sette atomi mono (di solito si omette) di tri tetra penta esa epta [nome] indica il nome dell elemento che forma l ossido Na 2O = ossido di disodio; Al 2O 3 = triossido di dialluminio; FeO = ossido di ferro e Fe 2O 3 = triossido di diferro; Cl 2O 5 = pentossido di dicloro; Cl 2O 7 = eptossido di dicloro. OSSIDO di [nome] [nome] indica il nome dell elemento che forma l ossido ossido di sodio, ossido di magnesio, ossido di alluminio 2. Per convenzione si indicano in minuscolo e tra parentesi quadrate le parti variabili del nome delle formule, in maiuscolo le parti fisse identificative del composto e in minuscolo le parti fisse generiche.
4 La nomenclatura dei composti inorganici Nel caso in cui l elemento possieda più valenze, e quindi formi ossidi diversi, per distinguerli si toglie la preposizione di e al nome dell elemento si aggiungono opportuni prefissi e suffissi desunti dalle seguenti tabelle: Note SE L ELEMENTO HA 2 VALENZE per la valenza maggiore -ico per la valenza minore -oso SE L ELEMENTO HA 3 VALENZE per la valenza maggiore -ico per la valenza intermedia -oso per la valenza minima -ipo -oso SE L ELEMENTO HA 4 VALENZE per la valenza massima per- -ico per la I valenza intermedia -ico per la II valenza intermedia -oso per la valenza minima ipo- -oso Il ferro ha due valenze (2 e 3) quindi forma due ossidi: FeO e Fe 2O 3 che si chiamano rispettivamente ossido ferroso e ossido ferrico. Lo zolfo) ha tre valenze (2, 4 e 6) e gli ossidi che forma sono SO, SO 2 e SO 3 detti rispettivamente ossido iposolforoso, ossido solforoso e ossido solforico Il cloro ha quattro valenze (1, 3, 5 e 7) e quindi forma quattro ossidi Cl 2O, Cl 2O 3, Cl 2O 5 e Cl 2O 7 i cui nomi sono ossido ipocloroso, ossido cloroso, ossido clorico e ossido perclorico. Nella nomenclatura IUPAC basta inserire nella formula il numero degli atomi secondo i prefissi. Nella nomenclatura tradizionale occorre conoscere le possibili valenze dell elemento che forma l ossido e scegliere quella opportuna in base ai prefissi ed ai suffissi. * H 2O si chiama acqua sia nella nomenclatura tradizionale che nella IUPAC. * L ossido di difluoro ha formula OF 2 e non F 2O perché l ordine di scrittura degli atomi in una formula è sempre per elettronegatività crescente. IDRURI Preparazione Nomenclatura Composti binari formati da un metallo e dall idrogeno. La formula è: MH x dove M è un metallo, H l idrogeno ed x la valenza del metallo. Normalmente si preparano facendo reagire il metallo direttamente con l idrogeno. La reazione è quindi la seguente: metallo + idrogeno = idruro Esempio: 2Na + H2 = 2NaH La nomenclatura tradizionale e IUPAC è la stessa: [prefisso]idruro DI [metallo] [prefisso] indica il numero di atomi di idrogeno presenti. NaH = idruro di sodio KH = idruro di potassio NOMENCLATURA.DOCX A. Belli
La nomenclatura dei composti inorganici 5 Note * Non tutti i metalli possono formare idruri: solo alcuni dei gruppi IA e IIA. * Negli idruri il numero d ossidazione dell idrogeno è sempre -1. IDRACIDI Preparazione Composti binari formati dall idrogeno e un non metallo. La preparazione degli idracidi può essere ottenuta in molti modi diversi per cui non è possibile definire una reazione standard di preparazione. e nomenclatura Gli idracidi sono cinque e le loro formule e nomenclatura sono le seguenti: formula nome tradizionale nome IUPAC H 2S acido solfidrico solfuro di diidrogeno HF acido fluoridrico fluoruro d idrogeno HCl acido cloridrico cloruro d idrogeno HBr acido bromidrico bromuro d idrogeno HI acido iodidrico ioduro d idrogeno Note * Il composto binario formato da azoto e idrogeno (NH 3) è chiamato ammoniaca sia nella nomenclatura tradizionale che in quella IUPAC e non è un idracido. * Esiste un sesto idracido che però non è un composto binario ma ternario: ha formula HCN ed è chiamato acido cianidrico (tradizionale) o cianuro d idrogeno (IUPAC). * Negli idracidi il non metallo ha sempre numero d ossidazione -1 ad eccezione dello zolfo che ha -2. IDROSSIDI Composti ternari formati da un metallo, l ossigeno e l idrogeno. La formula generica è M(OH) x dove M è un metallo, O l ossigeno, H l idrogeno ed x la valenza del metallo. Se x è 1 si sottintende e le parentesi si omettono. NaOH, Mg(OH) 2, Al(OH) 3 Preparazione Si preparano facendo reagire un ossido metallico con l acqua. La reazione è: ossido metallico + acqua = idrossido I metalli del gruppo IA (e in parte anche quelli del gruppo IIA) possono reagire direttamente con l acqua per formare l idrossido. In questo caso tra i prodotti si sviluppa idrogeno gassoso che può incendiarsi spontaneamente. La reazione è: metallo + acqua = idrossido + idrogeno Na 2O + H 2O = 2 NaOH
6 La nomenclatura dei composti inorganici MgO + H 2O = Mg(OH) 2 Al 2O 3 + 3 H 2O = 2 Al(OH) 3 2 Na + 2 H 2O = 2 NaOH + H 2 Nomenclatura 1. la nomenclatura IUPAC è: [prefisso]idrossido DI [metallo] [prefisso] indica il numero dei gruppi OH presenti nella formula. idrossido di sodio, diidrossido di magnesio, triidrossido di alluminio. Qualora un metallo possieda più valenze e quindi formi più idrossidi, per distinguerli si usano le regole già descritte a proposito degli ossidi. Fe(OH) 2 = idrossido ferroso; Fe(OH) 3 = idrossido ferrico IDROSSIDO DI [metallo] idrossido di sodio, idrossido di magnesio, idrossido d alluminio. Nel caso della nomenclatura IUPAC dopo il simbolo del metallo si mettono tanti gruppi OH quanti sono quelli indicati dal prefisso. Nel caso della nomenclatura tradizionale occorre conoscere le valenze del metallo, in base al nome scegliere quella più opportuna e quindi aggiungere i relativi gruppi OH. OSSOACIDI Preparazione Composti ternari formati dall idrogeno, un non metallo 3 e l ossigeno. La formula generica è H xao y dove H è l idrogeno, A non metallo e O l ossigeno. x e y sono due numeri che non hanno niente a che vedere con le valenze. Si ottengono dalla reazione tra l ossido di un non metallo e l acqua: ossido non metallico + acqua = ossiacido Dopo aver scritto i simboli dei tre elementi secondo la formula generica, si mettono come indici a ciascun simbolo le somme degli stessi atomi nei reagenti. Se i tre numeri non sono primi tra loro vanno semplificati SO + H 2O = H 2SO 2 ; CO 2 + H 2O = H 2CO 3 ; N 2O 5 + H 2O = HNO 3 ; Cl 2O 7 + H 2O = HClO 4 Nomenclatura 1. La nomenclatura IUPAC è: ACIDO [prefisso]osso[non metallo]ico (numero romano) [prefisso] corrisponde al numero degli atomi di ossigeno; il numero romano tra parentesi indica la valenza del non metallo. acido diossosolforico (II), acido triossocarbonico (IV), acido triossonitrico (V), acido tetraossoclorico (VII). ACIDO [non metallo]ico 3. Talvolta negli ossoacidi si trova un metallo al posto di un non metallo. Ciò è dovuto al fatto che, in certe condizioni, alcuni metalli possono comportarsi come se fossero non metalli. È il caso per esempio del cromo e del manganese. NOMENCLATURA.DOCX A. Belli
La nomenclatura dei composti inorganici 7 se il non metallo ha più di una valenza i diversi ossoacidi vengono distinti ricorrendo ai suffissi ed ai prefissi propri di questa nomenclatura. acido iposolforoso, acido carbonico, acido nitrico, acido perclorico. Nel caso della nomenclatura IUPAC si scrive la formula generica con il numero di atomi di ossigeno indicati dal prefisso, quindi si calcola il numero degli atomi di idrogeno attraverso la seguente formula: prefisso per 2 meno il numero romano. Nel caso della nomenclatura tradizionale per scrivere la formula di un ossoacido si sceglie, guardando i suffissi ed i prefissi del nome, la valenza del non metallo, si scrive la formula del corrispondente ossido e con questa si imposta la reazione di preparazione dell ossoacido ricavandone così la formula. I sali meritano un discorso a parte perché hanno alcune caratteristiche in comune. Innanzitutto un composto si definisce sale ogni volta che nella sua formula si trova sia un metallo che un non metallo 4. Inoltre tutti i sali derivano da un acido in cui l idrogeno è stato sostituito, tutto o in parte, da un metallo. Se la sostituzione è stata completa il sale si definisce neutro, se invece la sostituzione è stata parziale il sale si chiama acido. Abbiamo quindi quattro diversi tipi di sali: sali neutri binari: derivati dagli idracidi per sostituzione completa dell idrogeno, sono formati solo da metallo e non metallo (poiché nei composti binari non esistono sali acidi essi sono detti anche semplicemente sali binari, senza specificare il tipo). sali acidi ternari: derivano anch essi dagli idracidi ma la sostituzione dell idrogeno è parziale, sono allora formati da metallo, non metallo e idrogeno. sali neutri ternari: derivati dagli ossoacidi per sostituzione completa dell idrogeno, sono formati da metallo, non metallo e ossigeno. sali acidi quaternari: derivano anch essi dagli ossoacidi ma la sostituzione dell idrogeno è parziale, sono formati da metallo, idrogeno, non metallo e ossigeno. Tutti i sali si ottengono dalla reazione di un acido con un idrossido, oppure un ossido metallico o anche il metallo da solo secondo le seguenti reazioni: acido + idrossido = sale + acqua acido + ossido metallico = sale + acqua acido + metallo = sale + acqua HCl + NaOH = NaCl + H 2O HNO 3 + KOH = KNO 3 + H 2O Fe(OH) 3 + 3 H 2SO 3 = Fe(HSO 3) 3 + 3 H 2O Al(OH) 3 + 3 H 2S = Al(HS) 3 + 3 H 2O Per ottenere la formula di un sale si parte da quella dell acido da cui deriva; si tolgono tutti gli atomi di idrogeno (o solo alcuni, se si tratta di un sale acido) e per ogni idrogeno tolto si assegna una carica negativa (ciò perché l idrogeno se ne va sotto forma di ione H +, lasciando sull acido l elettrone che possedeva). Le cariche negative dell anione acido vengono successivamente neutralizzate da altrettante cariche positive di cationi metallici. 4. Se però l acido da cui il sale deriva è composto da un metallo che abbia assunto un comportamento non metallico, nella sua formula si trovano due metalli.
8 La nomenclatura dei composti inorganici SALI BINARI La formula generica è M xa y dove M è un metallo e A un non metallo; x è la valenza del non metallo, y quella del metallo. NaCl, Na 2S, MgCl 2, MgS, AlCl 3,, Al 2S 3, FeCl 2, FeCl 3 Nomenclatura 1. La nomenclatura IUPAC è: [prefisso][non metallo]uro DI [prefisso][metallo] i prefissi indicano gli atomi del non metallo e del metallo presenti. cloruro di sodio, solfuro di disodio, dicloruro di magnesio, dicloruro di ferro, tricloruro di ferro [non metallo]uro DI [metallo] in pratica essa deriva da quello dell idracido a cui è stata tolta la parola acido, sostituito il suffisso -idrico con -uro e aggiunto il nome del metallo. Nel caso di metalli con più valenze si aggiungono al nome del metallo gli opportuni prefissi e suffissi. cloruro di sodio, solfuro di sodio, cloruro di magnesio, cloruro ferroso, cloruro ferrico Nella nomenclatura IUPAC i valori di x e di y sono dati dai rispettivi prefissi. Nel caso della nomenclatura tradizionale si determina il valore di y in base ai suffissi del nome del metallo, mentre x è sempre 1 fuorché nel caso dello zolfo in cui è 2. SALI ACIDI TERNARI la formula generale è M(HS) x dove M rappresenta un metallo ed x la sua valenza, S è lo zolfo poiché tra gli idracidi solo H 2 S possiede più di un atomo di idrogeno. Nomenclatura 1. La nomenclatura IUPAC è: [prefisso]idrogenosolfuro DI [metallo] dove [prefisso] indica il valore di x idrogeno-solfuro di sodio; triidrogeno-solfuro d alluminio; diidrogeno-solfuro di ferro. BISOLFURO DI [metallo] in pratica è identica a quella dei sali binari che derivano dall acido solfidrico con in più il prefisso BI; se il metallo ha più valenza si adottano, come al solito, i vari prefissi e suffissi. NaHS = bisolfuro di sodio; Al(HS) 3 = bisolfuro d alluminio; Fe(HS) 2 = bisolfuro ferroso. NOMENCLATURA.DOCX A. Belli
La nomenclatura dei composti inorganici 9 SALI NEUTRI TERNARI Nomenclatura la formula generica è: M x(ao y) z dove M è un metallo, A un non metallo e O l ossigeno; x e y sono rispettivamente il numero degli atomi di idrogeno e di ossigeno presenti nell ossoacido di derivazione; z è la valenza del metallo. Se z = 1 le parentesi si omettono. Solo x e z, se non sono primi tra loro, possono essere semplificati: il valore di y non può essere mai cambiato. H 2SO 4 + 2 NaOH = Na 2SO 4 + 2 H 2O H 2SO 4 + Mg(OH) 2 = MgSO 4 + 2 H 2O 2 HClO + Fe(OH) 2 = Fe(ClO) 2 + 2 H 2O 3 HClO + Fe(OH) 3 = Fe(ClO) 3 + 3 H 2O 1. La nomenclatura IUPAC di un sale ternario è la seguente: [radice dell ossoacido]ato (val_1) DI [metallo] (val_2) dove [radice dell ossoacido] è il nome dell ossoacido da cui il sale deriva dopo aver tolto il termine acido ed il suffisso -ico, (val_1) indica la valenza del non metallo espressa in numero romano e (val_2) quella del metallo (se ne ha solo una, in genere si omette). tetraossosolfato (VI) di sodio, tetraossosolfato (VI) di magnesio, tetraossosolfato (VI) di alluminio, ossoclorato (I) di ferro (II), ossoclorato (I) di ferro (III). 2. La nomenclatura tradizionale di un sale ternario si ottiene da quella dell ossoacido da cui deriva: si toglie la parola acido e si sostituisce il suffisso -ico con il suffisso -ato (oppure -oso con -ito): -oso diventa -ito -ico diventa -ato si aggiunge poi il nome del metallo con gli opportuni prefissi e suffissi se questo possiede più valenze. solfato di sodio, solfato di magnesio, solfato di alluminio, ipoclorito ferroso, ipoclorito ferrico Nel caso della nomenclatura IUPAC il nome fornisce tutte le indicazioni necessarie a ricavarne la formula: il valore di x si ottiene nel modo già visto a proposito degli ossoacidi ([prefisso] x 2 (val_1)). Nel caso della nomenclatura tradizionale occorre innanzitutto trovare il nome dell acido da cui il sale deriva e questo lo si ottiene sostituendo -ato o -ito con -ico o -oso, dal nome dell acido se ne ricava poi la formula e si può così procedere alla costruzione della formula del sale sostituendo i valori opportuni nella formula generica. SALI ACIDI QUATERNARI : Nomenclatura: la formula generale è M(HAO x) y in cui M rappresenta un metallo ed A un non metallo, x indica il numero di atomi di ossigeno presenti nell acido di derivazione ed y la valenza del metallo. la nomenclatura tradizionale 5 dei sali acidi si ottiene aggiungendo il prefisso bi- al nome del sale neutro corrispondente. bicarbonato di sodio; bisolfito ferrico 5. Descriveremo solo la nomenclatura tradizionale poiché quella IUPAC è piuttosto complessa.