Nomenclatura e aspetti quali-quantitativi

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.
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 CO2, 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 Ca3(PO4)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 PO4, è preso per 2 volte.
IMPORTANTE: IL GRUPPO IONICO OH- PRENDE IL NOME DI OSSIDRILE E
LO IONE H+ PRENDE IL NOME DI IDROGENIONE
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. H2O: 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. H2O2) 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
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
O
OH
non metallo
H
H+O
non metallo
Ossidi Ossidi (o anidridi)
Idrossidi
Sali
Idruri
Idracidi
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
più alto
… di (Nome elemento)
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
metallo-OSO
alto
Ossidi
Acido IPO-non metallo-OSO
metallo-ICO
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
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, CaCl2, MgI2 (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
FeCl2 cloruro ferroso o cloruro di ferroe(II); FeCl3 cloruro ferrico o cloruro di ferro (III); Cu2O 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
SO2, SO3, CO2, N2O3, (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
NH3 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, H2S (acido fluoridrico, acido cloridrico, acido bromidrico, acido iodidrico, acido solfidrico)
METALLO E OSSIGENO: OSSIDI
Na2O, PbO2, CaO, Fe2O3, (ossido di sodio, ossido di piombo (IV) o piombico, ossido di calcio, ossido di di ferro (III)) o
ferrico
METALLO E IDROGENO: IDRURI
PbH2, CaH2 (idruro di piombo (II), idruro di calcio)
PEROSSIDI
Ossigeno a stato di ossidazione -1
perossido + nome metallo o non metallo
H2O2, Na2O2 ---> (perossido di idrogeno, perossido di sodio)
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
H2CO3, HNO2, HNO3, HClO, HClO2, HClO3, HClO4, HMnO4, H3PO4 (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)
Na2CO3, CaCO3, NaOCl, NaOCl4, CaSO4, BaSO4, CdCO3, Sn(ClO)4, KMnO4, Na3PO4 (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
NaH2PO4, BaHPO4, KH2PO4, Pb(HCO3)2, NH4HSO4) (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)
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.
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.
Arrenhius:
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: 12C.
Allora possiamo affermare che:
LA MASSA ATOMICA (O PESO ATOMICO= PA) DI UN ELEMENTO É LA MASSA RELATIVA
RISPETTO ALL’ATOMO DI 12C. 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 12C.
Vediamo alcuni esempi.
PESO MOLECOLARE del CaCO3
CaCO3 = PA Ca + PA C + 3 x PA O
Ca: 40.08 x 1
= 40.08
C: 12.011 x 1 = 12.011
O: 15.9994 x 3 = 47.9982
---------100.09
Che collegamento c’è tra PM e MOLE?
CaCO3
1 atomo di Ca
1 atomo di C
3 atomi di O
Molecola atomi
1 mole CaCO3
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 CaCO3?
g
5g
n=-------n= -------- = 0.050 mol
PM
100.09 g/mol
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
Esercizi riassuntivi
29) Indicare quale delle seguenti formule rappresenta un anione
a) CO
b) Cl2
c) CO32d) K+
30) Indicare quale tra le seguenti formule rappresenta un catione
a) NH3
b) NH4+
c) NO3d) NO
31) Indicare quanti atomi sono presenti nella molecola Fe(NO3)2
a) 8
b) 5
c) 9
d) 3
32) In una unità formula di Fe3(PO4)2 sono presenti
a) 8 atomi di ossigeno
b) 4 atomi di ossigeno
c) 12 atomi di ossigeno
d) 4 molecole di ossigeno
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) Fe2(OH)3
34) Quale tra i seguenti composti è il carbonato di sodio?
a) NaCO3
b) NaOH
c) Na2CO3
d) NaHCO3
35) Quale tra i seguenti composti è un acido?
a) H2SO4
b) NaOH
c) PbH4
d) Na2O
36) Quale riga comprende solo ossidi acidi (o anidridi)?
a) Na2O, CaO, CaO2
b) SO3, CuO, Cr2O3
c) MnO2, CuO, Cr2O3
d) SO3, CO2, P2O5
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
Esercizi riassuntivi
41) Quale sostanza viene espressa con la formula NaHCO3
a) carbonato di sodio
b) bicarbonato di sodio
c) bicarbonato di azoto
d) carbonato di azoto
42) A quale sostanza corrisponde la formula N2O
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