Chimica generale ed inorganica per Scienze Biologiche (corso A) A.A. 2017-18 LE LEGGI DI COMBINAZIONE DEGLI ELEMENTI CHIMICI E LA NOMENCLATURA DEI COMPOSTI Prof.ssa Elena Ghibaudi Dip. Chimica Via Giuria 7 Torino E-mail: elena.ghibaudi@unito.it
Sostanze semplici e composte 1 solo elemento Più elementi Sostanze metalliche (Na, Fe), Gas rari (Ne, Ar, ecc.), Non metalli (S 8, Cl 2, ecc.) NH 3, CO 2, zuccheri, acidi grassi, vitamine, ecc. Sali ionici (LiF, KCl, CaCO 3, Na 2 SO 4, ecc.) 2
Sono tutti non metalli! S 8 Sostanze semplici molecolari 3
La più piccola entità strutturale isolabile è la molecola Le più piccole entità strutturali isolabili sono gli ioni. Non esiste alcuna entità molecolare. 4
Allotropia e polimorfismo Il carbonio Forme diverse di sìlice SiO 2 Diossigeno O 2 Ozono O 3 5
A quali criteri quantitativi è soggetta la combinazione degli atomi dei diversi elementi? 6
Leggi di combinazione degli elementi nei composti (1) Legge di conservazione della massa (Lavoisier) La somma delle masse delle sostanze presenti in un sistema reattivo chiuso, al termine di una trasformazione chimica, è pari alla somma delle masse delle sostanze presenti nel sistema stesso prima della trasformazione chimica. Prima della reazione Dopo la reazione L esito della pesata non è cambiato! 7
Leggi di combinazione degli elementi nei composti (2) Legge delle proporzioni definite e costanti (legge di Proust) Il rapporto tra le masse degli elementi che si combinano per formare un composto è costante e non dipende dal modo in cui il composto stesso è stato ottenuto. Esempio: Sperimentalmente osservo che 10.00 g di stagno reagiscono con 1.35 g di ossigeno a formare 11.35 g di ossido di stagno. Analogamente, 20.00 g di stagno reagiscono con 2.70 g di ossigeno a formare 22.70 g di ossido di stagno. I due elementi si combinano secondo un rapporto di massa costante: stagno/ossigeno = 10.00/1.35 = 20.00/2.70 = 7.41 Percentualmente avrò che: Stagno/ossido di stagno = 10.00/11.35= 0.88 Ossigeno/ossido di stagno = 1.35/11.35 = 0.12 L ossido di stagno contiene l 88% w/w di stagno e il12% w/w di ossigeno. 8
Leggi di combinazione degli elementi nei composti (3) Legge delle proporzioni definite e costanti (legge di Proust) Il rapporto tra le masse degli elementi che si combinano per formare un composto è costante e non dipende dal modo in cui il composto stesso è stato ottenuto. 9
Leggi di combinazione degli elementi nei composti (4) Legge delle proporzioni multiple (legge di Dalton) Quando due elementi si combinano fra loro per formare più di un composto, le masse di un elemento che si combinano con una data massa dell altro elemento stanno fra loro in un rapporto esprimibile secondo numeri interi. Esempio 1: Sperimentalmente osservo che, a seconda delle condizioni sperimentali, lo stagno e l ossigeno possono reagire in queste proporzioni: 1.00 g di stagno + 0.135 g ossigeno = 1.135 g ossido di stagno A 1.00 g di stagno + 0.270 g ossigeno = 1.270 g ossido di stagno B Il rapporto tra le masse di ossigeno che si combinano con una stessa massa di stagno è: 0.270/0.135 = 2/1 Per formare il composto B è necessaria una quantità di ossigeno doppia rispetto al composto A. 10
Leggi di combinazione degli elementi nei composti (5) Legge delle proporzioni multiple (legge di Dalton) Esempio 2: Sperimentalmente osservo che, a seconda delle condizioni sperimentali, il carbonio e l ossigeno possono reagire in queste proporzioni: 1.00 g C + 1.33 g O 2.33 g ossido di carbonio A 1.00 g C + 2.66 g O 3.66 g ossido di carbonio B Il rapporto tra le masse di ossigeno che si combinano con una stessa massa di carbonio è: 2.66/1.33 = 2/1 Per formare il composto B è necessaria una quantità di ossigeno doppia rispetto al composto A. La verifica di questa legge, formulata da Dalton, costituisce una prova della natura discontinua della materia. L unico modello che può spiegare questi risultati sperimentali è quello che implica l esistenza di atomi di massa costante per ciascun elemento. Gli atomi sono dunque i costituenti più semplici delle sostanze e si combinano tra loro secondo rapporti numerici interi. Con un linguaggio mutuato dalla fisica moderna potremmo dire che gli atomi sono quanti di materia. 11
Come determinare la formula di un composto (1) 1.135 di composto A contengono: 1.00 g di stagno e 0.135 g ossigeno 1.270 g di composto B contengono: 1.00 g di stagno e 0.270 g ossigeno m.a. O = 15.99 u m.a. Sn = 118.71 u Rapporto tra masse atomiche di stagno e ossigeno è: 118.71/15.99 = 7.42 1.00 g Sn : 0.135 g O = 7.42 che è uguale al rapporto tra le masse atomiche di Sn e O. Quindi il rapporto tra atomi di Sn e O in questo composto è 1:1 1.00 g Sn : 0.270 g O = 3.71 che è la metà di 7.42. Quindi il rapporto tra atomi di Sn e O in questo composto è 1:2. Le formule (minime) dei due composti sono le seguenti: Composto A = SnO Composto B = SnO 2 12
Come determinare la formula di un composto (2) 2.33 di ossido di carbonio A contengono: 1.00 g di carbonio e 1.33 g ossigeno 3.66 di ossido di carbonio B contengono: 1.00 g di carbonio e 2.66 g ossigeno m.a. C = 12.01 u m.a. O = 15.99 u Rapporto tra masse atomiche di carbonio e ossigeno è: 12.01 /15.99 = 0.75 1.00 g C : 1.33 g O = 0.75 quindi il rapporto tra atomi di C e O è 1:1 1.00 g C : 2.66 g O = 0.375 che è la metà del precedente. Quindi il rapporto tra atomi di C e O è1:2 Le formule (minime) dei due composti sono le seguenti: Ossido di carbonio A = CO Ossido di carbonio B = CO 2 13
Come scrivere la formula di un composto MgSO 4 Al 2 O 3 MnCl 2 Na 2 CO 3 Fe(NO 3 ) 3 14
Massa formula o massa molecolare Per un qualsiasi composto posso determinare la massa formula sommando le masse degli atomi di ciascun elemento presente nel composto. Se il composto è molecolare, parlerò più correttamente di massa molecolare. 15
La massa formula dei composti idrati I composti idrati sono composti solidi che intrappolano delle molecole di acqua nel proprio reticolo cristallino. Nel calcolare la massa formula, devo tener conto del peso delle molecole di acqua! Es. CuCl 2 2 H 2 O m.m. CuCl 2 2 H 2 O = m.m. CuCl 2 + 2 x m.m. H 2 O = 134.5 u + 2 x 18.0 u = = 170.5 u ATTENZIONE! Quando peserete un composto in laboratorio, verificate se è in forma idrata e tenetene conto nel misurare la quantità di sostanza. 16
Gli ioni monoatomici e la loro denominazione cationi anioni Si formano per cessione o acquisizione di elettroni da parte dell atomo neutro 17
I cationi monoatomici e la loro denominazione 18
Gli anioni monoatomici e la loro denominazione Suffisso URO Unica eccezione 19
Gli ioni poliatomici e la loro denominazione Ossoanioni = anioni che contengono ossigeno 20
Denominazione di composti binari (1) I composti binari sono costituiti da 2 soli elementi Composti binari dell ossigeno con metalli (un tempo erano designati come ossidi basici): CaO monossido di calcio K 2 O ossido di dipotassio FeO monossido di Fe(II) (ossido ferroso) Composti binari dell ossigeno con non metalli (un tempo erano designati come anidridi o ossidi acidi). NO Cl 2 O 3 SO 2 CO 2 P 2 O 5 CO monossido di azoto triossido di dicloro diossido di zolfo (nome antico: anidride solforosa) diossido di carbonio (nome antico: anidride carbonica) pentaossido di difosforo (nome antico: anidride fosforica) monossido di carbonio 21
Denominazione di composti binari (2) L idrogeno ha proprietà particolari e può agire sia come metallo che come non metallo. Quando è riportato come primo elemento in una formula, significa che è assimilato ad un metallo. Quando compare come secondo elemento, è assimilato ad un non metallo. Composti binari dell idrogeno con non metalli: HCl cloruro di idrogeno (contiene H + e Cl - ) H 2 S solfuro di idrogeno HCN cianuro di idrogeno Composti binari dell idrogeno con metalli (si chiamano idruri e contengono la specie H - ). LiH idruro di litio (contiene Li + e H - ) AlH 3 idruro di alluminio NaBH 3 sodio boro idruro 22
Denominazione di sali Le formule dei sali si scrivono indicando PRIMA il metallo e POI il non metallo o l anione. Si leggono all inverso di come si scrivono, nominando PRIMA l anione e POI il catione. Gli indici stechiometrici sono posti in modo da bilanciare le cariche dell anione e del catione, così da generare un composto neutro. Carbonato di litio Li 2 CO 3 2 Li + CO 3 2- Cloruro di calcio CaCl 2 Ca 2+ 2 Cl - 23
Denominazione di composti ionici Un composto ionico è costituito da un catione ed un anione che si attraggono per forza elettrostatica. Si indicano con il nome dell anione seguito da quello del catione: Ad es. nitrato di potassio, fosfato di calcio, ecc. Possono avere nomi ritenuti normalmente di origine storica. 24
Denominazione di alcuni composti molecolari Esistono composti che hanno nomi ritenuti, che tuttavia sono di uso comune. Esempi: H 2 O NH 3 N 2 O 4 CO(NH 2 ) 2 PH 3 (NH 2 ) 2 CH 4 acqua (ossido di diidrogeno) ammoniaca (azoturo di idrogeno) ipoazotide (tetraossido di diazoto) urea fosfina idrazina metano Il metano è il più semplice dei composti organici: la nomenclatura dei composti organici segue delle regole specifiche che imparerete nel Corso di Chimica Organica 25