I composti chimici e nomenclatura tradizionale e IUPAC, Sintesi del corso di Chimica

Scarica I composti chimici e nomenclatura tradizionale e IUPAC e più Sintesi del corso in PDF di Chimica solo su Docsity! I COMPOSTI CHIMICI I composti attualmente conosciuti sono circa 6 milioni ed il loro numero aumenta di circa 6000 alla settimana. Una tale massa di sostanze ha bisogno di essere organizzata secondo regole chiare, semplici ed universalmente condivise. Lo scopo della nomenclatura è fornire regole per individuare un composto, attribuendogli in modo univoco e chiaro un nome preciso ed una formula, utilizzando il minor numero possibile di parole Nomenclatura IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) E’ la nomenclatura ufficiale, introdotta a partire dagli anni ’70 del ‘900, che sta lentamente soppiantando la nomenclatura tradizionale. Le regole della nomenclatura, affidate a Commissioni permanenti della IUPAC, sono tuttavia in continua evoluzione e seguono di pari passo lo sviluppo stesso della chimica. I COMPOSTI BINARI: contengono atomi di due diversi elementi ,es. H2O, NH3, CO2, HCl I COMPOSTI TERNARI: contengono atomi di tre diversi elementi , es. H2SO3, HNO3, CaCO3, NaClO Il NUMERO DI OSSIDAZIONE è una carica positiva o negativa che viene attribuita formalmente a ciascun elemento in un composto. Essa è determinata dal numero di elettroni che l’elemento possiede in più (carica negativa) o in meno (carica positiva) rispetto all’atomo neutro, quando gli elettroni di legame vengono attribuiti all’elemento più elettronegativo del composto. Il numero di ossidazione non è una carica reale, bensì fittizia, attribuita a ciascun elemento in un composto Per calcolare i numeri di ossidazione degli elementi di un composto si deve innanzitutto stabilire quale di essi è il più elettronegativo Poi si attribuiscono ad esso tutti gli elettroni di legame Si vede quindi la carica assunta dagli atomi dopo questa fittizia attribuzione REGOLE PER IL CALCOLO DEI NUMERI DI OSSIDAZIONE 1) Tutte le sostanze allo stato elementare hanno numero di ossidazione zero 2) Negli ioni monoatomici gli elementi hanno numero di ossidazione uguale alla carica ionica 3) Alcuni elementi mantengono costante il loro numero di ossidazione in tutti i composti che formano, mentre altri lo variano da un composto all’altro In generale i numeri di ossidazione seguono il seguente schema: a) L’idrogeno ha sempre numero di ossidazione +1 oppure -1; b) I metalli hanno solo numeri di ossidazione positivi; c) I non metalli possono avere numeri di ossidazione positivi o negativi; d) Tranne alcune eccezioni gli elementi di gruppi pari hanno solo numeri di ossidazione pari, mentre quelli dei gruppi dispari hanno solo numeri di ossidazione dispari; e) Per tutti gli elementi, il numero di ossidazione positivo più alto corrisponde al numero del gruppo cui l’elemento appartiene. Per quanto detto sopra, gli altri numeri di ossidazione si ottengono riducendo di 2, 4 o 6 unità il numero di ossidazione più alto. Da quanto detto nelle lettere precedenti emerge la seguente distribuzione dei numeri di ossidazione all’interno dei vari gruppi: I) Gli elementi del primo gruppo (tranne l’idrogeno) hanno sempre +1 ; II) Gli elementi del secondo gruppo hanno sempre +2 ; III) Gli elementi del terzo gruppo hanno sempre +3 ; IV) Nel quarto gruppo il carbonio ha –4, +4 e +2; il silicio –4 e +4; stagno e piombo +4 e +2 ; V) Nel quinto gruppo l’azoto ha –3, +1, +2, +3, +4 e +5; il fosforo –3, +3 e +5; l’antimonio +3 e +5; VI) Nel sesto gruppo l’ossigeno ha praticamente sempre –2, lo zolfo ha –2, +4 e +6 ; VII) Nel settimo gruppo il fluoro ha sempre –1; gli altri elementi hanno –1, +1,+3, +5 e +7.; VIII) Per i metalli di transizione non esistono regole così chiare. 4) La somma algebrica dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi di tutti gli elementi presenti in un composto è uguale a zero, se il composto è neutro, oppure è uguale alla carica ionica, se il composto è uno ione poliatomico 5) In ogni composto l’elemento più elettronegativo di tutti ha sempre numero di ossidazione negativo, mentre tutti gli altri elementi hanno numero di ossidazione positivo Regole per la scrittura delle formule dei composti binari Noti i numeri di ossidazione dei due elementi, si deve ricordare che la somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi di uno deve essere uguale, in valore assoluto, alla somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi dell’altro. Es: K2O CaO Al2O3 La regola di “Zaza” Si ricava l’indice di un elemento dal valore assoluto del numero di ossidazione dell’elemento che gli sta accanto. In pratica si incrociano gli indici ed i numeri di ossidazione. Si deve tuttavia ricordare che: • L’indice 1 si omette sempre; • Gli indici vanno generalmente ridotti ai minimi termini Nomenclatura tradizionale: Nomi particolari Azoto: nitroso e nitrico Rame: rameoso e rameico Stagno: stannoso e stannico Mercurio: mercuroso e mercurico Oro: auroso e aurico IDRURI Metallo o non metallo + idrogeno Idruro di potassio KH IUPAC idruro di potassio Idruro di magnesio MgH2 IUPAC diidruro di magnesio Ammoniaca NH 3 IUPAC triidruro di azoto Metano CH 4 IUPAC tetraidruro di carbonio Fosfina PH 3 IUPAC triidruro di fosforo IDRACIDI o ACIDI BINARI Composti binari dell’idrogeno con uno dei seguenti non metalli: F, Cl, Br, I, S. Sono composti covalenti polari ed a temperatura ambiente sono tutti gassosi, tranne HF, che è liquido a causa del legame a ponte di idrogeno. Negli idracidi gli elementi del 7° gruppo hanno sempre numero di ossidazione -1, mentre lo zolfo ha sempre numero di ossidazione -2. Gli idracidi in soluzione liberano ioni H+ provocando la reazione acida Nomenclatura tradizionale acido + nome non metallo terminante in IDRICO: HF acido fluoridrico; HCl acido cloridrico; HBr acido bromidrico; HI acido iodidrico; H2S acido solfidrico Nomenclatura ufficiale Nome non metallo, terminante in URO, col numero degli atomi di idrogeno indicati dai soliti prefissi; seguito da “di idrogeno”: HF fluoruro di idrogeno; HCl cloruro di idrogeno; HBr bromuro di idrogeno; HI ioduro di idrogeno; H2S solfuro di diidrogeno; IDROSSIDI Composti ternari di ossigeno, idrogeno e metalli; in essi compare il gruppo ossidrile (OH-), che si comporta come se avesse numero di ossidazione -1. Gli idrossidi sono tutti composti ionici e quindi solidi a temperatura ambiente. Derivano dalla reazione tra ossidi (basici) e acqua, in cui tutti gli elementi mantengono il proprio numero di ossidazione. Le formule si scrivono utilizzando le regole già viste per i composti binari, compresa la regola di Zaza, considerando l’ossidrile come un elemento a numero di ossidazione -1 Na2O+H2O → 2Na(OH) Fe2O3+ H2O → 2Fe(OH)3 Nomenclatura tradizionale a) se il metallo ha un solo numero di ossidazione: idrossido di nome metallo (es. idrossido di sodio Na(OH) b) se il metallo ha due numeri di ossidazione: idrossido + nome metallo con desinenza OSO, per il numero di ossidazione minore. Ad es. idrossido rameoso Cu(OH) (numero di ossidazione +1); idrossido + nome metallo con desinenza ICO, per il numero di ossidazione maggiore. Ad es. idrossido rameico Cu(OH)2 (numero di ossidazione +2 Nomenclatura ufficiale Si indica il numero dei gruppi ossidrile ponendo i soliti prefissi davanti al termine “idrossido”, cui segue “di” ed il nome del metallo: Na(OH) idrossido di sodio; Fe(OH)2 diidrossido di ferro (+2); Fe(OH)3 triidrossido di ferro (+3); Pb(OH)4 tetraidrossido di piombo (+4). Gli idrossidi in soluzione liberano ioni OH- provocando la reazione basica DECOMPOSIZIONE IN ACQUA DEGLI IDROSSIDI Gli idrossidi sono composti ionici ed in acqua si dissociano liberando tutti gli anioni OH - ed un catione metallico con tante cariche positive quanti sono gli OH liberati. Es: NaOH→Na++OH- Ca(OH)2→Ca2+ +2OH - Al(OH)3→Al3+ +3OH- Pb(OH)4→Pb4+ +4OH- OSSOACIDI o ACIDI TERNARI Sono composti ternari tra idrogeno, ossigeno ed un non metallo; sono composti covalenti polari solidi o liquidi a temperatura ambiente. Derivano dalla reazione tra anidridi e acqua (tutti gli elementi mantengono il proprio numero d ossidazione); inoltre nella formula dell’ossoacido il non metallo è presente, tranne qualche eccezione, sempre con un solo atomo CO2+H2O → H2CO3 Per trovare la formula dell'ossoacido si deve scrivere a destra nell'ordine idrogeno, non metallo e ossigeno mettendo per ognuno di questi elementi tanti atomi quanti ce ne sono a sinistra Cl2O7+H2O→H2Cl2O8 Il composto H2Cl2O8 in realtà non esiste e per trovare la vera formula dell’ossiacido dobbiamo dividere per due tutti gli indici del composto Cl2O7+H2O→2 HClO4 Nomenclatura tradizionale a) se il non metallo ha un solo numero di ossidazione: acido + nome non metallo con desinenza ICO es. acido carbonico H2CO3 b) se il non metallo ha due numeri di ossidazione: acido + nome non metallo con desinenza OSO, per il numero di ossidazione minore. es. acido solforoso H2SO3 (+4) acido + nome non metallo con desinenza ICO, per il numero di ossidazione maggiore. Acido metasilicico SiO2 + H2O → H2SiO3 acido triossosilicico (IV) Acido ortosilicico (eccezione) SiO2 + 2H2O → H4SiO4 acido tetraossosilicico (IV) Nomenclatura tradizionale degli anioni poliatomici I nomi degli anioni poliatomici sono simili a quelli degli acidi da cui derivano ICO → ATO OSO → ITO Feder ico mal ato Valor oso e fer ito Acido ternario → Anione poliatomico Ipo….oso → Ipo….ito ….oso → ….ito ….ico → ….ato Per….ico → Per….ato Riassumendo a) se il non metallo ha un solo numero di ossidazione: ione + nome non metallo con desinenza ATO. Ad es. ione carbonato CO32- b) se il non metallo ha due numeri di ossidazione: ione + nome non metallo con desinenza ITO, per il numero di ossidazione minore. Ad es. ione solfito SO32- (+4); ione + nome non metallo con desinenza ATO, per il numero di ossidazione maggiore. Ad es. ione solfato SO42- (+6). c) se il non metallo ha quattro numeri di ossidazione, come gli elementi del 7° gruppo (+1,+3,+5,+7): Ione IPO nome non metallo con desinenza ITO per il numero di ossidazione +1. Es. ClO- ione ipoclorito; Ione + nome non metallo con desinenza ITO, per il numero di ossidazione +3. Es. ione clorito ClO2-; Ione + nome non metallo con desinenza ATO, per il numero di ossidazione +5. Es. ione clorato ClO3-; Ione PER nome non metallo con desinenza ATO per il numero di ossidazione +7. Es. ione perclorato ClO4-; Nomenclatura ufficiale degli anioni poliatomici I termine anione è seguito da un aggettivo indicante, coi soliti prefissi, il numero degli atomi di ossigeno presenti e contenente il nome del non metallo con desinenza ato; segue, tra parentesi, il numero di ossidazione di questo ClO- anione ossoclorato (I); ClO2- anione diossoclorato (III); ClO3- anione triossoclorato (V); ClO4- anione tetraossoclorato (VII) SALI BINARI Sono composti ionici, formati da un metallo e da un non metallo, che derivano dalla reazione tra un acido binario ed un idrossido Idrossido + acido binario → sale binario + acqua Per trovare la formula del sale binario si deve innanzitutto scrivere la reazione di decomposizione in acqua dell’idrossido e dell’acido binario NaOH→Na+ + OH- HCl→ H+ + Cl- Unendo graficamente il catione metallico con l’anione non metallico si ottiene la formula del sale, unendo graficamente invece l’ossidrile con lo ione H+ si ottiene invece l’acqua NaOH + HCl→NaCl+ H2O Se è necessario si deve infine bilanciare la reazione Passiamo adesso ad un caso più complicato: 2Fe(OH)3 + 3H2S→Fe2S3+ 6H2O Si seguono gli stessi passaggi dell’esempio precedente Fe(OH)3→Fe3+ +3OH- H2S→2H++S2- Per scrivere la formula del sale, (che è un composto neutro) si deve considerare che la somma delle cariche positive dei cationi dovrà essere uguale alla somma delle cariche negative degli anioni +3 -2 Fe2 S3 +6 -6 Poi si aggiunge l’acqua Si procede infine al bilanciamento, secondo le solite regole Nomenclatura tradizionale a) se il metallo ha un solo numero di ossidazione: nome non metallo terminante in URO + di nome metallo Ad es. cloruro di sodio (NaCl), fluoruro di potassio (KF); b) se il metallo ha due numeri di ossidazione: nome non metallo terminante in URO + nome metallo con desinenza OSO, per il numero di ossidazione minore. Ad es. cloruro ferroso FeCl2 (+2); nome non metallo terminante in URO + nome metallo con desinenza ICO, per il numero di ossidazione maggiore. Ad es. cloruro ferrico FeCl3 (+3). Nomenclatura ufficiale Si scrive il nome del non metallo, terminante in URO, cui segue di ed il nome del metallo; ciascuno nome viene preceduto dai soliti prefissi riferiti al numero di atomi di ciascun elemento. Ad esempio: FeCl2 dicloruro di ferro; FeCl3 tricloruro di ferro; NaCl cloruro di sodio; Al2S3 trisolfuro di dialluminio; Li2S solfuro di dilitio. SALI TERNARI Sono composti ionici, formati da metallo, non metallo ed ossigeno, che derivano dalla reazione tra un acido ternario ed un idrossido Idrossido + acido ternario → sale ternario + acqua KOH + HClO→KClO + H2O Per trovare la formula del sale ternario si deve sempre scrivere la reazione di decomposizione in acqua dell’idrossido e dell’acido ternario KOH → K+ + OH- HClO → H+ + ClO- Unendo graficamente il catione metallico con l’anione poliatomico si ottiene la formula del sale KClO Unendo graficamente l’ossidrile con lo ione H+ si ottiene invece l’acqua