F1 Composti e reazioni
Le formule chimiche: rappresentazioni simboliche Abbiamo già avuto modo di osservare che gli elementi chimici sono caratterizzati dalla capacità di combinarsi tra loro per formare composti, rappresentati da formule Nei composti molecolari, la formula chimica indica il rapporto tra gli atomi delle molecole; nei composti ionici, indica i rapporti numerici tra gli ioni. Formule
Gli elementi che entrano nel composto vengono indicati nella formula mediante i rispettivi simboli, secondo l ordine proprio del tipo di composto di cui fanno parte. In basso a destra di ogni simbolo si pone l indice, un numero che indica quanti atomi di quell elemento sono presenti nella molecola o negli ioni del composto. Formule
Il modo più pratico per ricavare le formule dei composti consiste nel memorizzare il numero di ossidazione di ogni elemento. 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. Formule
Per attribuire i numeri di ossidazione è sufficiente ricordare che: gli elementi più elettronegativi, in ordine decrescente, sono F, O, N, Cl, Br, S, I; i metalli hanno elettronegatività più bassa dei non metalli; l idrogeno ha un valore di elettronegatività intermedio tra quello dei metalli e quello dei non metalli. Elettronegatività metalli Formule idrogeno non metalli
In pratica si assegna a ciascun elemento un numero di ossidazione che è uguale alla somma algebrica delle cariche che esso assume, calcolate attribuendo: carica 1 a ogni legame con atomi meno elettronegativi; carica +1 a ciascun legame con elementi più elettronegativi; +1 carica 0 a ogni legame con sé stesso. 0 Formule 1 0
Ci sono delle regole pratiche per attribuire il n.o. agli elementi presenti in un composto: 1. il n.o. degli elementi allo stato elementare (Fe metallico, H2, O2 ecc.) è sempre uguale a 0; 2. il n.o. dell ossigeno nei composti è sempre uguale a 2, a meno delle seguenti eccezioni: a. nei perossidi, dove c è il raggruppamento O O (per esempio nell acqua ossigenata H2O2), ha n.o. = 1; b. nei legami con il fluoro, che è più elettronegativo, ha n.o. = +2; 3. il n.o. dell idrogeno è sempre +1, tranne quando è legato ad atomi meno elettronegativi, come quelli dei metalli, nel qual caso è 1; 4. il n.o. degli ioni monoatomici è uguale alla loro carica (+1per gli ioni dei metalli alcalini, +2 per quelli dei metalli alcalino-terrosi, 1 per gli ioni alogenuro ecc.); 5. Un elemento può assumere differenti n.o. in composti diversi; [ ] Formule
6. la somma algebrica dei n.o. di ciascun atomo presente in una molecola è zero; 7. la somma algebrica dei n.o. di ciascun atomo presente in uno ione poliatomico è uguale alla sua carica. Formule
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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 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. 13
I composti chimici possono essere divisi in varie categorie, a seconda dell aspetto che si intende sottolineare. Una prima classificazione può essere basata, per esempio, sul numero di elementi che intervengono nella formazione della loro molecola. Secondo questo criterio, abbiamo pertanto composti: binari, formati da soli due elementi, come NaCl; ternari, formati da tre elementi, come HNO3; quaternari da quattro elementi, come Ca(HCO3)2. I nomi delle sostanze note e utilizzate fin dall antichità derivano spesso dalla loro storia. Formule
La IUPAC, dal 1971, ha messo a punto una definitiva nomenclatura razionale (nota come nomenclatura IUPAC), che consente di far corrispondere immediatamente il nome della sostanza alla sua formula, indicando (mediante opportuni prefissi) il numero degli atomi presenti. Per i diversi composti vengono indicate sia la nomenclatura tradizionale, sia la IUPAC. Vi è anche una terza notazione, detta notazione di Stock, della quale ci avvarremo solo per evidenziare il n.o. utilizzato nella nomenclatura IUPAC. Formule
La nomenclatura IUPAC classifica i composti in binari e ternari, in base al numero di elementi presenti, e in classi, a seconda del tipo di elementi presenti. 16
I composti binari I composti più semplici sono i cosiddetti composti binari. Per esempio: HCl, CO2, C2H6, H2O sono tutti composti binari. I composti binari si possono dividere in: composti contenenti ossigeno; composti contenenti idrogeno; composti che non contengono né idrogeno né ossigeno. Composti binari
La formula di un composto binario si può ricavare velocemente assegnando come indice al simbolo di ciascun elemento il numero di ossidazione dell altro privato del segno (+ o ). Questo perché in una qualsiasi molecola neutra la somma algebrica di tutte le cariche deve essere uguale a zero. Nel caso in cui gli indici ottenuti fossero tutti divisibili per uno stesso numero (ad esempio per 2), generalmente si ricava la formula minima semplificandoli. Composti binari
Schema riassuntivo dei composti binari. Composti binari
Composti binari contenenti ossigeno I composti binari che contengono ossigeno si ottengono dalla reazione diretta tra quest ultimo e un altro elemento; ne sono esempi: Più raramente, si possono ottenere per forte riscaldamento di composti più complessi, come nei casi seguenti : Binari con ossigeno
Nella nomenclatura IUPAC, i composti formati da un qualsiasi elemento con l ossigeno vengono chiamati ossidi e si utilizza l espressione: Ossia, per esempio: CaO ossido di calcio Questa notazione, però, si usa soltanto se l indice di ciascuno dei due elementi è 1 e se l elemento interessato non può formare altri composti con l ossigeno. Negli altri casi, si indicano sia il numero di atomi di ossigeno sia quello degli atomi dell altro elemento mediante prefissi, come negli esempi seguenti: Binari con ossigeno
Secondo la nomenclatura tradizionale, invece, i composti binari contenenti ossigeno vengono distinti in base alle proprietà metalliche o non metalliche dell elemento a cui esso è legato. Il loro nome è: Se il metallo possiede due numeri di ossidazione, il composto in cui esso si presenta con il n.o. più basso assume il suffisso -oso e quello in cui il n.o. del metallo è più alto, il suffisso -ico : Binari con ossigeno
Il loro nome è: Il termine anidride deriva dal greco anídros, senza acqua, a indicare il fatto che alcune anidridi possono essere preparate per disidratazione degli acidi. Se il non metallo forma più anidridi con un diverso numero di ossidazione, si utilizzano le denominazioni indicate nella seguente Tabella. Binari con ossigeno
In alcuni casi, la radice cui fa riferimento la nomenclatura è quella del nome latino degli elementi: per esempio, la radice di azoto è nitr- (da nitrum), mentre quella dello zolfo è solfor- (da sulphur).. Clicca per vedere la soluzione Binari con ossigeno
In alcuni casi, la radice cui fa riferimento la nomenclatura è quella del nome latino degli elementi: per esempio, la radice di azoto è nitr- (da nitrum), mentre quella dello zolfo è solfor- (da sulphur).. Binari con ossigeno
Nella nomenclatura tradizionale, i composti in cui l ossigeno ha n.o. = 1 vengono denominati perossidi. Nei perossidi è presente il raggruppamento O O, in cui ciascun atomo di ossigeno ha un legame con un altro atomo di ossigeno, che quindi vale 0, e un legame con un altro elemento, che vale 1: per cui complessivamente il suo n.o. vale 1. Binari con ossigeno Composti binari
Composti binari contenenti idrogeno L idrogeno può assumere numero di ossidazione 1 o +1 a seconda dell elemento con cui è legato. In particolare, quando è legato ad atomi più elettronegativi (non metalli), che è il caso più frequente, il suo n.o. è +1, mentre quando è legato ad atomi meno elettronegativi (metalli), è 1. Gli idruri, in pratica, sono formati dalla reazione tra l idrogeno e l elemento. Binari con idrogeno
La formula degli idruri si scrive facendo precedere il simbolo dell elemento al simbolo dell idrogeno. La nomenclatura più semplice per gli idruri è la IUPAC: Il numero di atomi di idrogeno presenti viene sempre indicato; il prefisso mono-,per indicare un solo atomo di idrogeno, si usa solo quando esistono più idruri per quell elemento. Nella nomenclatura tradizionale, si usano i nomi legati alla consuetudine per i composti dell idrogeno con i non metalli e i nomi correlati ai numeri di ossidazione per quelli con i metalli. Binari con idrogeno
Anche gli idracidi si possono ottenere per reazione diretta tra elemento e idrogeno: Le formule si scrivono riportando per primo il simbolo dell idrogeno. Secondo la nomenclatura tradizionale, il nome è: Nella nomenclatura IUPAC il nome si forma con: In questo gruppo di composti va considerato anche l acido cianidrico (o cianuro di idrogeno, HCN) che, pur non essendo binario, segue le stesse regole di nomenclatura. Binari con idrogeno Composti binari
Composti che non contengono idrogeno né ossigeno Il comune cloruro di sodio è un esempio di composto binario che non rientra in nessuna delle categorie finora esaminate. I sali binari vengono ottenuti dalla reazione tra un metallo e un non metallo: Nella formula, il simbolo del metallo precede quello del non metallo: Sono sali binari anche i sali dello ione ammonio (NH4+), perché esso è considerato come un metallo con numero di ossidazione +1. Per i sali binari in tutte le nomenclature si utilizza il nome: Binari senza H né O
Nella nomenclatura tradizionale, si ricorre ai suffissi -ico e -oso per distinguere i sali di metalli con più numeri di ossidazione. Nella nomenclatura IUPAC viene indicato, con il relativo prefisso, il numero degli atomi del metallo e del non metallo presenti. Binari senza H né O
Esistono anche composti binari formati esclusivamente da non metalli uniti tra loro da legame covalente. Binari senza H né O
fosforo cloro PCl5 pentacloruro di fosforo In pratica, il suffisso -uro viene aggiunto al nome dell elemento che compare dopo nella sequenza. Binari senza H né O Composti binari
Composti ternari: formati da atomi di tre elementi diversi I composti ternari sono costituiti da tre elementi e si dividono in: - idrossidi; - acidi ossigenati (o ossiacidi); - sali ossigenati. I composti delle prime due di tali classi, gli idrossidi e gli ossiacidi, vengono spesso confusi perché contengono tutti sia ossigeno sia idrogeno. Negli idrossidi, però, vi è un metallo (legato con un legame ionico), mentre negli acidi ossigenati vi è un non metallo (legato con un forte legame covalente): sono tali legami a determinare il punto in cui il composto si rompe in soluzione acquosa. Composti ternari
Idrossidi La formula è costituita dal simbolo del metallo seguito da un numero di gruppi ossidrili uguale al suo numero di ossidazione. Anche in questo caso risulta verificata la regola dell incrocio e lo ione OH si deve considerare come un gruppo unico. In tutte le nomenclature, il loro nome è: Composti ternari Composti ternari (inizio)
Acidi ossigenati La formula dell acido si ottiene scrivendo nell ordine i simboli di idrogeno, non metallo e ossigeno e può essere dedotta considerando la reazione tra anidride e acqua, eseguendo la somma degli atomi di ciascun tipo e semplificando eventualmente gli indici. Nella nomenclatura tradizionale, gli acidi si denominano esattamente come le anidridi da cui derivano. Composti ternari
Alcune anidridi formano acidi diversi reagendo con una o con più molecole d acqua. In tal caso, gli acidi ottenuti si distinguono utilizzando dei prefissi: meta- per gli acidi formati da anidride e una molecola d acqua; piro- per gli acidi formati da anidride e due molecole d acqua; orto- per gli acidi ottenuti da anidride e tre molecole d acqua. eccezione Composti ternari
Nella nomenclatura IUPAC, per tutti gli ossiacidi si utilizza lo stesso schema: Composti ternari
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Tutti gli acidi visti, sia gli ossiacidi sia gli idracidi, possono perdere ioni H +: Quando un acido contiene più di uno ione idrogeno, può formare anioni contenenti ancora atomi di idrogeno. I nomi degli anioni derivano direttamente da quelli degli acidi, cambiandone i suffissi nei seguenti modi: Composti ternari
Composti ternari Composti ternari (inizio)
Sali ossigenati I composti la cui formula è simile a quella degli acidi ossigenati, ma con un metallo al posto dell idrogeno, si dicono sali ossigenati. Molti sali ossigenati sono presenti in natura e assumono l aspetto di cristalli con forme e dimensioni anche spettacolari. Composti ternari
Nei sali ossigenati, pertanto, uno o più ioni positivi, incluso l ammonio, sono uniti a uno o più anioni dell acido. Anche in questo caso si può utilizzare la regola dell incrocio tra il n.o. del metallo e la carica dell anione dell acido: In tutte le nomenclature, i nomi dei sali vengono costruiti utilizzando il nome dell anione e facendo riferimento al metallo presente: Composti ternari
Nella nomenclatura tradizionale, qualora il metallo abbia più numeri di ossidazione, si usano i suffissi -ico e -oso o se ne indica il n.o. Nella nomenclatura IUPAC, oltre al n.o. del metallo, si usa il nome dell anione indicando sempre quanti gruppi ne sono presenti. Composti ternari Composti ternari (inizio)
Composti quaternari: i sali acidi Quando un acido contiene più di uno ione idrogeno, può formare anioni acidi, nei quali sono ancora presenti atomi di idrogeno. Tipico è l esempio dell acido fosforico che, oltre allo ione fosfato PO34 Ğ, può dare anche: oppure: Composti quaternari
I nomi degli anioni acidi si ricavano direttamente da quelli degli acidi secondo le regole già viste, ma devono indicare anche la presenza degli atomi di idrogeno rimasti. I composti formati da questi anioni con cationi metallici, incluso l ammonio, sono chiamati sali acidi. Composti quaternari
I sali acidi si possono formare anche dagli idracidi contenenti più atomi di idrogeno (come H2S), dando luogo a composti ternari contenenti ione metallico e anione formato da idrogeno e non metallo. Per scrivere la formula di un sale acido, si può fare ricorso alla solita regola dell incrocio tra il numero di ossidazione del metallo e la carica dell anione dell acido: Composti quaternari
In tutte le nomenclature, i nomi dei sali acidi vengono costruiti utilizzando quello dell anione e riferendolo al metallo presente: Composti quaternari
13.7 Il nome degli ossidi 51
TABELLE RIASSUNTIVE DELLA NOMENCLATURA DA IMPARARE A MEMORIA
6. La nomenclatura dei composti binari
idracidi e degli idruri 54
sali binari 55
idrossidi 56
ossoacidi 57
8. La nomenclatura dei composti ternari
8. ossiacido sale ipo oso ipo ito La nomenclatura dei composti osoternari oso ico ato per ico per ato
radicali acidi 60
sali ternari 61
Le reazioni chimiche: come si formano i composti Le reazioni chimiche possono essere classificate come reazioni di: sintesi o combinazione; decomposizione; scambio semplice; doppio scambio. La formazione di molteplici composti, quali per esempio gli ossidi, le anidridi, i sali binari, gli idruri e gli idracidi, avviene perché gli elementi che li costituiscono, prima separati, si uniscono. Reazioni chimiche
In questa tipologia sono comprese tutte quelle reazioni che portano alla formazione di un composto a partire dai suoi elementi. 2 H2 + O2 2 H2O Il sodio metallico e il cloro gassoso interagiscono in modo violento, con deflagrazione, per dare luogo al cloruro di sodio. Na + Cl2 2 NaCl Reazioni chimiche l idrogeno, se innescato, brucia in presenza di ossigeno formando acqua.
Un composto o un elemento si può formare anche in modo esattamente opposto a quanto accade nelle reazioni di sintesi. Sono reazioni di questo tipo le decomposizioni termiche dei carbonati, dell acido carbonico e solforoso, dell idrossido d ammonio e dei sali d ammonio. Grazie a questa loro proprietà, il carbonato e il bicarbonato di ammonio vengono utilizzati per la preparazione di torte e biscotti particolarmente friabili. Reazioni chimiche
Alcuni composti possono formarsi a partire da altri sostituendo alcuni dei loro componenti. Tipiche reazioni di scambio semplice sono le formazioni dei sali o degli idrossidi per spostamento dell idrogeno di un acido o dell acqua a opera di un metallo, con liberazione di idrogeno. I metalli possono spostare altri metalli dai loro sali o ossidi attraverso una reazione di scambio semplice. Reazioni chimiche
In soluzione acquosa avvengono soprattutto reazioni di doppio scambio. Fanno parte di questa categoria le reazioni di neutralizzazione tra un acido e un idrossido, le reazioni tra due sali e quelle tra un acido e un ossido. Molte reazioni di doppio scambio portano alla formazione di precipitati o di composti gassosi. Il cromato di potassio, per esempio, reagisce con il nitrato di piombo formando un precipitato giallo. Reazioni chimiche
Reazioni chimiche