5 Nomenclatura e reazioni
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NOMENCLATURA CHIMICA E REAZIONI La nomenclatura dei composti chimici è stata codificata dall’organismo internazionale IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Ancora molto usata è la nomenclatura tradizionale. NOMENCLATURA DEGLI IONI MONOATOMICI Gli elementi sono ordinati nella tavola periodica, suddivisi in colonne (gruppi), e in righe (periodi).; si distinguono in metalli (a sinistra nella tavola) e non metalli (a destra). METALLI NON METALLI I metalli sono caratterizzati da conducibilità termica ed elettrica, lucentezza, malleabilità (capacità di essere ridotti in lamine), duttilità ( capacità di essere ridotti in fili). Cationi monoatomici Gli elementi del I° gruppo ( Li, Na, K, Rb, Cs) tendono a perdere un elettrone diventando ioni monovalenti positivi (cationi), quelli del II° gruppo ( Be, Mg, Ca, Sr, Ba) tendono a perdere due elettroni diventando ioni bivalenti positivi; in modo analogo, gli elementi del V, VI e VII gruppo, anziché perdere elettroni tendono ad attrarne per completare lo strato elettronico. Generalizzando i metalli tendono a perdere uno o più elettroni, diventando ioni positivi (cationi), mentre i non-metalli tendono ad acquistare elettroni diventando ioni negativi (anioni). L’idrogeno, pur essendo inserito nella tavola periodica nel 1° gruppo, è un tipico non-metallo. Nella tabella seguente è rappresentata la carica ionica degli elementi più rappresentativi. 23 1 2 13 14 15 16 H+ 17 18 H- Li+ Be2+ Na+ Mg2+ K+ Ca2+ Rb+ Sr2+ Cs+ Ba2+ Al3+ N3- O2- F- P3- S2- Cl- Se2- BrI- Secondo la nomenclatura IUPAC i cationi monoatomici prendono il nome del corrispondente elemento da cui derivano . I cationi derivanti dagli elementi del I° gruppo diventano cationi monovalenti: Li + Na + K+ Rb + Cs + ione litio ione sodio ione potassio ione rubidio ione cesio I cationi degli elementi del II° gruppo , perdendo due elettroni diventano cationi bivalenti: Be 2+ Mg 2+ Ca 2+ Sr 2+ ione berillio ione magnesio ione calcio ione stronzio Nel caso in cui un elemento si presenti con cariche differenti, i relativi cationi possono essere identificati, secondo la nomenclatura IUPAC, con un numero romano tra parentesi oppure, secondo la nomenclatura tradizionale, aggiungendo il suffisso oso (catione con minore carica) o ico (catione con maggiore carica). Cu + Cu 2+ Fe 2 + Fe 3 + Nomenclatura (I.U.P.A.C.) Nomenclatura tradizionale ione rame (I) ione rame (II) ione ferro (II) ione ferro (III) ione rameoso ione rameico ione ferroso ione ferrico Anioni monoatomici A differenza dei metalli, i non metalli tendono ad acquistare elettroni assumendo carica negativa e diventando anioni monoatomici. Gli elementi del penultimo gruppo, alogeni (fluoro, cloro, bromo, iodio) tendono ad acquistare un elettrone per completare lo strato elettronico. Gli anioni monoatomici prendono il nome 24 dall’elemento da cui derivano, aggiungendo la desinenza URO; lo ione dell’ossigeno O2- viene chiamato ione ossido: ione cloruro (CI-), ioduro (I- ), bromuro (Br -), fluoruro (F- ), solfuro (S2-). O 2− H− 3− N Ione ossido Ione idruro ione nitruro COMPOSTI Sono composti le sostanze costituite da due o più elementi legati tra loro da legami chimici. Composti binari Sono sostanze costituite da due elementi e i principali si possono raggruppare in ossidi, idruri, solfuri, alogenuri (cloruri, fluoruri, bromuri, ioduri). Essi possono essere formati da: 1. un metallo + un non metallo (chimica ionica); 2. due non metalli (chimica covalente). I composti costituiti da due diversi metalli sono chiamati leghe. Ossidi I composti degli elementi con l’ossigeno vengono chiamati ossidi. Gli ossidi che si formano da un elemento metallico sono chiamati OSSIDI IONICI O BASICI Na2O MgO CaO Al2O3 ossido di disodio ossido di magnesio ossido di calcio triossido di dialluminio Gli ossidi che si formano da un elemento non-metallico sono chiamati OSSIDI COVALENTI O ACIDI (anidridi) CO2 Cl2O Cl2O3 Cl2O5 Cl2O7 diossido di carbonio o anidride carbonica ossido di di cloro o anidride ipoclorosa triossido di dicloro o anidride clorosa pentossido di dicloro o anidride clorica eptossido di dicloro o anidride perclorica Esempi di altri composti binari ionici: NaCl Kl NaF LiH AIN FeCl2 FeCl3 SnCl2 SnCl4 CuCl CuCl 2 cloruro di sodio ioduro di potassio fluoruro di sodio idruro di litio nitruro di alluminio cloruro di ferro (II) o cloruro ferroso cloruro di ferro (III) o cloruro ferrico cloruro di stagno (II) cloruro di stagno (IV) cloruro di rame(I) o cloruro rameoso cloruro di rame(II) o cloruro rameico 25 Esempi di composti binari covalenti: HCl SiC CS2 OF2 CO PH3 AsH3 NH3 H 2S AsF3 CCl4 PF5 SF6 cloruro di idrogeno o acido cloridrico carburo di silicio disolfuro di carbonio difluoruro di ossigeno monossido di carbonio triidruro di fosforo o fosfina triidruro di arsenico o arsina triidruro di azoto o ammoniaca solfuro di di idrogeno o acido solfidrico trifluoruro di arsenico tetracloruro di carbonio pentafluoruro di fosforo esafluoruro di zolfo I composti con l’idrogeno sono chiamati idruri; alcuni sono chiamati idracidi per le loro caratteristiche acide (acidi alogenidrici, H2S) 1 2 3 14 15 16 17 LiH BeH2 B 2H 6 CH4 NH3 H 2O HF NaH MgH2 AlH3 SiH4 PH3 H 2S HCl KH CaH2 GaH3 GeH4 AsH3 H2Se HBr RbH SrH2 SnH4 SbH3 H2Te HI CsH BaH2 PbH4 BiH3 IDRURI Ioni di elementi non metallici con idrogeno: H3O+ ione ossonio + NH 4 ione ammonio + PH 4 ione fosfonio + AsH 4 ione armonio 26 IDRACIDI BILANCIAMENTO DI REAZIONI Una reazione chimica viene scritta come segue: H2 + Cl2 → 2 HCl Le sostanze a sinistra della freccia si definiscono reagenti, quelle a destra prodotti. La freccia rappresenta il processo chimico (in genere molto complesso) attraverso cui i reagenti vengono trasformati nei prodotti. Le reazione ha un significato quantitativo e va letta nel seguente modo: una mole di idrogeno molecolare reagisce con una mole di cloro molecolare per formare due moli di acido cloridrico. I numeri che precedono le sostanze chimiche sono i coefficienti stechiometrici e indicano il numero di moli/atomi/molecole implicate nella reazione. Le formule chimiche possono essere accompagnate da simboli che ne indicano lo stato fisico o il comportamento: (s): indica che la sostanza si trova allo stato solido, (l) liquido, (g) gassoso, (aq) la sostanza si trova in soluzione acquosa; ↑ indica che la sostanza si disperde in atmosfera(gas), ↓ indica che la sostanza tende a sedimentare (o precipitare, separandosi da una soluzione). Le reazioni chimiche devono rispettare il bilancio di massa (la somma delle masse dei reagenti deve essere uguale alla somma delle masse dei prodotti) e il bilancio di carica (la somma delle cariche presenti nei reagenti deve essere uguale alla somma delle cariche presenti nei prodotti). Per bilanciare le reazioni chimiche occorre fare riferimento alla legge della conservazione della massa; questa è verificata quando il numero di atomi di ciascun elemento è lo stesso a destra e a sinistra della reazione. Scrivere una reazione chimica comprende due fasi: 1) individuare la formula corretta di reagenti e prodotti ( relazione qualitativa); 2) bilanciare la reazione ( relazione quantitativa). Reazione tra sodio metallico e ossigeno molecolare: sodio + ossigeno → 1) SI DETERMINA LA FORMULA CORRETTA DI REAGENTI E PRODOTTI - L’ossigeno si trova in natura prevalentemente sotto forma di molecola biatomica ( O2), mentre il sodio allo stato metallico (Na), per cui si scrive: Na + O2 → Reagendo un metallo ed un non metallo si otterrà un ossido ionico: - Il sodio (metallo del 1° gruppo della tavola periodica) forma uno ione con una carica positiva mentre l’ossigeno (non metallo) assume carica - 2; per formare un composto neutro il rapporto catione:anione deve essere di 2:1: +1 −2 ( Na O )→ Na2O Per cui la reazione corretta, ma non ancora bilanciata è: Na + O2 → Na2O 27 2) BILANCIAMENTO DELLA REAZIONE La reazione viene bilanciata uguagliando il numero di atomi presenti nei reagenti e nei prodotti; essendo la molecola di ossigeno biatomica si produrranno due unità formula Na2O; per formare 4 ioni sodio sono perciò necessari 4 atomi di sodio metallico nei reagenti - 4Na + O2 → 2 Na2O Bilanciare e completare la seguente reazione Calcio + ossigeno → - - Reagenti: Ca + O2 → metallo + non metallo -> ossido ionico Le cariche ioniche di calcio e ossigeno (dovute alle caratteristiche della loro struttura elettronica) sono. +2 ( Ca −2 O )→ CaO Ca + O2 → CaO - Si bilanciano gli atomi di ossigeno: Ca + O2 → 2 CaO - Sono necessari due atomi di calcio nei reagenti: 2 Ca + O2 → 2 CaO La reazione ora è completa e bilanciata e indica che 2 atomi di calcio reagiscono con una molecola (biatomica) di ossigeno per formare 2 unità formula di ossido di calcio Bilanciare la seguente reazione C2H6 + O2 → CO2 + H2O Sono già noti reagenti e prodotti, rimane solo da bilanciare la reazione. - - - L’etano C2H6 contiene 2 atomi di carbonio e 6 atomi di idrogeno; la reazione produrrà quindi due molecole di anidride carbonica o biossido di carbonio CO2 e 3 molecole di acqua: C2H6 + O2 → 2 CO2 + 3 H2O Per ottenere due molecole di anidride carbonica e 3 molecole di acqua sono però necessari 7 atomi di ossigeno, 7 ovvero molecole O2 . 2 7 C2H6 + O2 → 2 CO2 + 3 H2O 2 Nelle reazioni è più conveniente esprimere i coefficienti stechiometrici in forma intera, per cui moltiplicando tutti i coefficienti stechiometrici per 2 si ottiene: 2 C2H6 + 7O2 → 4 CO2 + 6 H2O la reazione è ora bilanciata e indica che 2 molecole di etano reagiscono con 7 molecole di ossigeno per formare 4 molecole di biossido di carbonio (anidride carbonica) e 6 molecole di acqua. 28 REAZIONI FONDAMENTALI Le reazioni fondamentali che coinvolgono i vari elementi sono: - METALLO + O2 → (4 Na + O2 → 2Na2O) OSSIDO IONICO o BASICO Ossido di sodio - NON-METALLO + O2 → OSSIDO COVALENTE o ACIDO (ANIDRIDE) (2 S + 3O2 →2SO3) Triossido di zolfo o anidride solforica - OSSIDO BASICO + H2O → IDROSSIDO o BASE (Na2O + H2O → 2 NaOH) Idrossido di sodio - OSSIDO ACIDO + H2O → ACIDO ( SO3 + H2O → H2SO4 ) acido solforico - IDROSSIDO + ACIDO → SALE + ACQUA ( 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O ) solfato di sodio QUINDI : ELEMENTI Metalli Non metalli + + O2 O2 Ossidi basici Anidridi ( Ossidi acidi) + + H2O H2O Idrossidi Acidi Sali 29 OSSIDI Si chiamano ossidi i composti binari formati da un elemento e dall’ossigeno; se l’elemento è un metallo (a sinistra nella tavola periodica degli elementi) si ottengono gli ossidi basici; se l’elemento è un non-metallo (a destra della tavola periodica degli elementi) si formano gli ossidi acidi, chiamati tradizionalmente anidridi. Ossidi basici Secondo la nomenclatura tradizionale, gli ossidi basici vengono chiamati con il termine OSSIDO DI... seguito dal nome del metallo. K2 O ossido di potassio Na2O ossido di sodio CaO ossido di calcio Quando esistono più ossidi di uno stesso elemento, quello a minor contenuto di ossigeno assume il suffisso OSO, quello a maggior contenuto di ossigeno il suffisso ICO. Ad esempio il ferro può avere due differenti ossidi: FeO = ossido ferroso o ossido di ferro (II) Fe2O3 = ossido ferrico o ossido di ferro (III) Per semplificare la nomenclatura e rendere direttamente visibile la formula chimica, la nomenclatura I.U.P.A.C. prevede che davanti al nome dell’ossido e del metallo sia inserito un prefisso ( mono, di, tri, tetra, penta, esa ecc.) che indica rispettivamente la quantità di atomi di ossigeno e del metallo presenti. (Il prefisso mono alcune volte viene omesso). FeO = ossido di ferro Fe2O3 = Triossido di diferro 30 Ossidi acidi o covalenti o anidridi Gli ossidi acidi o anidridi sono composti formati dalla reazione di un non-metallo con l’ossigeno. Secondo la nomenclatura tradizionale gli ossidi acidi vengono chiamati anidridi. Secondo la nomenclatura I.U.P.A.C. questi composti sono chiamati ossidi acidi e la nomenclatura è identica a quella degli ossidi basici. Esempio: C + O2 → CO2 Diossido di carbonio o anidride carbonica S + O2 → SO2 Diossido di zolfo o anidride solforosa FORMULA NOM. TRAD. NOM. I.U.P.A.C CO2 Anidride carbonica Diossido di carbonio N2O3 Anidride nitrosa Triossido di diazoto N2O5 Anidride nitrica Pentossido di diazoto P2O3 Anidride fosforosa Triossido di difosforo P2O5 Anidride fosforica Pentossido di difosforo SO2 Anidride solforosa Diossido di zolfo SO3 Anidride solforica Triossido di zolfo Cl2O Anidride IPOclorOSA Ossido di dicloro Cl2O3 Anidride clorOSA Triossido di dicloro Cl2O5 Anidride clorICA Pentossido di dicloro Cl2O7 Anidride PERclorICA Eptossido di dicloro Notate i 4 ossidi del cloro ( stati di ossidazione +1, +3, +5, +7 ): Perossidi e superossidi I perossidi sono composti caratterizzati dalla presenza di due atomi di ossigeno legati tra loro. Ad esempio H2O2 covalente ( acqua ossigenata o perossido di idrogeno) oppure Na2O2 perossido di sodio ionico Na+ e O22-. I perossidi sono composti molto instabili che possono quindi facilmente reagire rilasciando ossigeno libero, possono essere sia di natura organica che inorganica e devono essere protetti da fonti di calore, urti, metalli ecc. La reazione di decomposizione dell’acqua ossigenata: 2 H 2O 2 → 2 H 2O + O 2 avviene facilmente in presenza di ioni metallici. Se questa reazione avviene troppo velocemente si può avere un improvviso aumento della pressione per lo sviluppo dell’ossigeno gassoso che può portare allo scoppio del recipiente che contiene il reattivo. I superossidi sono caratterizzati dalla presenza dello ione O2- . Esempi sono NaO2 (superossido di sodio), KO2 ( superossido di potassio). 31 IDROSSIDI O BASI Gli idrossidi sono composti che derivano dalla reazione tra un ossido basico e l’acqua. Essi sono caratterizzati dalla presenza del gruppo ossidrilico OH − . La formula generale è quindi: M(OH)v Dove V è uguale alla carica dello ione metallico. Il nome di questi composti, sia nella nomenclatura tradizionale che in quella I.U.P.A.C. , viene attribuito aggiungendo al termine IDROSSIDO DI... , il nome del metallo. Di seguito sono mostrate le reazioni di formazione con le relative nomenclature. REAZIONE FORMULA NOM. TRAD. NOM. I.U.P.A.C IDROSSIDI DI METALLI DEL I° GRUPPO Li2O + H 2O → 2 LiOH Na2O + H 2O → 2 NaOH K2 O + H 2O → 2 KOH Idrossido di litio Idrossido di sodio Idrossido di potassio Idrossido di litio Idrossido di sodio Idrossido di potassio IDROSSIDI DI METALLI DEL 2° GRUPPO BeO + H 2O → Be(OH)2 MgO + H 2O → Mg(OH)2 CaO + H 2O → Ca(OH)2 Idrossido di berillio Idrossido di magnesio Idrossido di calcio Idrossido Idrossido Idrossido IDROSSIDI DI METALLI VARI FeO + H 2O → Fe(OH)2 Fe2 O3 + H2O → Fe(OH)3 Cu2 O + H2O → 2 CuOH CuO + H 2O → Cu(OH)2 ZnO + H 2O → Zn(OH)2 Ag2 O + H 2O → 2 AgOH Idrossido ferroso Idrossido Ferrico Idrossido rameoso Idrossido rameico Idrossido di zinco Idrossido di argento di berillio di magnesio di calcio Idrossido di ferro (II) Idrossido di ferro (III) Idrossido di rame (I) Idrossido di rame (II) Idrossido di zinco Idrossido d’argento ACIDI Gli acidi inorganici sono composti contenenti idrogeno e un non-metallo. Si possono suddividere in due categorie: gli idracidi (formati solo da idrogeno e un non-metallo) e gli ossiacidi (formati da idrogeno, da un non-metallo e dall’ossigeno). Gli acidi, secondo una prima definizione, sono sostanze in grado di ionizzarsi e cedere ioni H + . HCl → H+ + ClHNO3 → H+ + NO3H2SO4 → 2 H+ + SO42- 32 Idracidi o acidi binari E’ ancora molto diffusa la nomenclatura tradizionale in cui il nome dell’acido viene dato aggiungendo all’atomo più elettronegativo il suffisso “IDRICO”; lo ione derivante dalla dissociazione avrà il suffisso URO. Tali acidi si ottengono dalla combinazione diretta dell’ idrogeno con il non-metallo. Esempio: H2 + Cl2 → 2 HCl FORMULA ( reazione di formazione dell’acido cloridrico) NOM. TRAD. NOM. I.U.P.A.C IONI HF Acido fluoridrico Fluoruro di idrogeno F- HCl Acido cloridrico Cloruro di idrogeno Cl- HBr Acido bromidrico Bromuro di idrogeno Br - HI Acido ioidrico Ioduro di idrogeno I- ione ioduro H 2S Acido solfidrico S2- ione solfuro HCN Acido cianidrico Cianuro di idrogeno CN- ione cianuro HN3 Acido azotidrico Azoturo d’idrogeno N3- Solfuro di diidrogeno idrogeno solforato ione fluoruro ione cloruro ione Bromuro ione azoturo Acidi ossigenati o ossoacidi Gli acidi ossigenati sono composti ternari covalenti ( formati da 3 diversi elementi): idrogeno, da un non-metallo e dall’ossigeno. La formula generale è: HXO Dove: H = idrogeno X = non-metallo O = ossigeno Questi composti derivano dalla reazione tra un ossido acido e l’acqua; per ricavare i rapporti tra i vari elementi basta impostare la formula generale e sommare gli atomi dei reagenti. REAZIONE FORMULA CO2 + H2O → NOM. TRAD H2CO3 Acido carbonico NOM. I.U.P.A.C Acido Triossicarbonico N 2O 3 + H 2O → H 2N 2O 4 = 2 HNO2 Acido nitroso Acido Diossinitrico N 2O 5 + H 2O → H 2N 2O 6 = 2 HNO3 Acido nitrico Acido Triossinitrico Cl2O + H2O → H2Cl2O2 = 2 HClO Acido IPOclorOSO Acido Monossiclorico Cl2O3 + H2O → H2Cl2O4 = 2 HClO2 Acido Acido Diossiclorico clorOSO 33 Cl2O5 + H2O → H2Cl2O6 = 2 HClO3 Acido Cl2O7 + H2O → H2Cl2O8 = 2 HClO4 Acido PERclorICO clorICO Acido Triossiclorico Acido Tetraossiclorico Gli acidi sono caratterizzati dalla capacità di rompere eteroliticamente il legame covalente polarizzato O-H per cedere ioni H+ protoni; gli elettroni di legame restano entrambi sull’ossigeno, si formerà quindi un anione; la carica dell’anione è uguale al numero di ioni H+ ceduti. L’acido nitrico si dissocia in uno ione H+ e uno ione NO3- (ione nitrato): HNO3 → H+ + NO3L’acido ipocloroso si dissocia in H+ e nello ione ClO- (ione ipoclorito). HClO → H+ + ClOGli acidi inorganici che nella molecola contengono più atomi di idrogeno legati ad ossigeni possono cedere uno o più protoni; ad esempio l’acido solforico può dissociarsi formando i seguenti ioni poliatomici: SO 24 − Ione solfato H2SO4 → 2 H+ + Oppure: H2SO4 → H+ + HSO4 − Ione idrogenosolfato ( o bisolfato) Secondo la nomenclatura tradizionale gli acidi con suffisso OSO creano uno ione con suffisso ITO, mentre per gli acidi con suffisso ICO lo cambiano in ATO. ACIDO Ipo........ oso ........oso .........ico Per........ico IONE Ipo........ ito .........ito .........ato Per.........ato Nella tabella sono elencati alcuni acidi e i rispettivi ioni derivanti dalla loro dissociazione totale o parziale. H2CO3 Acido carbonico HNO2 HNO3 H3PO4 Acido Nitroso Acido nitrico Acido ortofosforico H2SO3 Acido solforoso H2SO4 HClO HClO2 HClO3 HClO4 CO32- Ione Carbonato HCO3- Ione idrogenocarbonato (o bicarbonato) NO2Ione nitrito NO3ione Nitrato PO43Ione ortofosfato HPO42- Ione idrogenofosfato H2PO4- Ione diidrogenofosfato Ione solfito HSO3Ione idrogenosolfito ( o bisolfito) 2 − SO 4 Ione solfato SO32- Acido solforico Acido IPOclorOSO Acido clorOSO Acido clorICO Acido PERclorICO ClO2 − HSO4 − Ione idrogenosolfato ( o bisolfato) ClO − Ione IPOclorITO Ione clorITO ClO3 − Ione clorATO − ClO4 Ione PERclorATO Alcuni acidi, quali l’acido fosforico, sono preceduti da un suffisso orto che sta ad indicare che è stato ottenuto dalla reazione dell’ossido con 3 molecole di acqua. 34 Se l’acido viene ottenuto da 2 molecole di acqua, si mette il suffisso piro, da 1 molecola d’acqua meta. acido metafosforico : P2O5 + H2O → H2P2O6 → 2 HPO3 acido pirofosforico : P2O5 + 2 H2O → H4P2O7 acido ortofosforico : P2O5 + 3 H2O → H6P2O8 → 2 H3PO4 SALI I sali sono composti ionici in cui la cessione di uno o più protoni crea anioni la cui carica è neutralizzata da cationi metallici: ( CATIONE+) + (ANIONE-) = SALE L’acido cloridrico può cedere un protone in una reazione acido-base, formando lo ione cloruro Cl- , la carica negativa può essere neutralizzata da un catione sodio Na+ : cloruro di sodio. ( HCl ⇒ NaCl) A parte alcune eccezioni (es. Ione ammonio NH4+) i cationi derivano da metalli. La nomenclatura dei sali si ottiene aggiungendo al nome dello ione derivante dalla dissociazione dell’acido, il nome del catione. Trovare la formula del a) solfato di sodio b) del nitrato di magnesio. Lo ione solfato (SO 2 − 4 ) è bivalente negativo, il sodio è monovalente positivo ( Na+): per ottenere una formula elettricamente neutra, devono esserci due Na+ ed un SO 2 − 4 Na2SO4 − Lo ione nitrato (NO3 ) è monovalente negativo, il magnesio è bivalente positivo: Mg(NO3)2 Trovare la formula dei sali derivanti da: acido cloridrico con ione sodio, ione potassio, ione calcio; acido nitrico con lo ione sodio e lo ione calcio; acido nitroso con lo ione sodio e lo ione calcio. HCl = acido cloridrico ⇒ Cl − HNO3 = acido nitrico ⇒ NO3 HNO2 = acido nitroso ⇒ NO2 ione cloruro − − da cui: NaCl Cloruro di sodio KCl Cloruro di potassio CaCl2 Cloruro di calcio ione nitrato da cui: NaNO3 Nitrato di sodio Ca(NO3)2 Nitrato di Calcio ione nitrito da cui: NaNO2 Nitrito di sodio Ca(NO2)2 Nitrito di Calcio Nomenclatura Il nome si ricava indicando il numero di atomi di ossigeno presenti, lo ione derivante dall’acido di provenienza, seguito dal nome del metallo che ha sostituito l’idrogeno dell’acido di partenza. 35 FORMULA NOM. TRAD. NOM. I.U.P.A.C. NaNO2 NaNO3 CaCO3 K2SO3 K2SO4 NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4 Nitrito di sodio Nitrato di sodio Carbonato di calcio Solfito di potassio Solfato di potassio Ipoclorito di sodio Clorito di sodio Clorato di sodio Perclorato di sodio diossinitrato di sodio triossinitrato di sodio triossocarbonato di calcio triossisolfato di potassio tetraossosolfato di potassio monossoclorato di sodio diossoclorato di sodio triossoclorato di sodio tetraossoclorato di sodio. Dalla reazione di idrossido di sodio con acido solforico (H2SO4) si possono ottenere due sali: NaHSO4 idrogenosolfato di sodio ( o bisolfato di sodio) Na2SO4 solfato di sodio Da acido carbonico (H2CO3) con idrossido di calcio si possono ottenere: Ca(HCO3)2 idrogenocarbonato di calcio ( o bicarbonato di calcio) CaCO3 Carbonato di calcio Dall’acido fosforico (H3PO4), si possono ottenere 3 sali: NaH2PO4 diidrogenofosfato di sodio Na2HPO4 idrogenofosfato di sodio Na3PO4 fosfato di sodio REAZIONI DI SALIFICAZIONE Generalmente i sali si ottengono dalla reazione tra un idrossido (o base) e un acido. REAZIONE FORMULA HF + NaOH → H2O + HF + KOH → H 2O + 2HF + Ca(OH)2 → 2 H2O + HCl + NaOH → H2O + HCl + KOH → H 2O + 2HCl + Ca(OH)2 → 2 H2O + NaF KF CaF2 NaCl KCl CaCl2 NOM. TRAD Fluoruro di sodio Fluoruro di potassio Fluoruro di calcio Cloruro di sodio Cloruro di potassio Cloruro di calcio La nomenclatura tradizionale prevede i seguenti prefissi e suffissi: ACIDO Ipo........ oso ........oso .........ico Per........ico SALE Ipo........ ito .........ito .........ato Per.........ato ESEMPIO Dalle reazioni dell’ acido carbonico H2CO3 otteniamo un carbonato di........ H2CO3 + Ca(OH)2 36 → 2 H2 O + Ca(CO3) Carbonato di calcio NOM. I.U.P.A.C Fluoruro di sodio Fluoruro di potassio Fluoruro di calcio Cloruro di sodio Cloruro di potassio Dicloruro di calcio H2CO3 + 2 NaOH H2CO3 + Fe(OH)2 3H2CO3 + 2 Fe(OH)3 Oppure: H2CO3 + NaOH → → 2 H2 O → 2 H2 O → 3 H2 O 2 H2 O + Na2 (CO3) + Fe (CO3) + Fe2 (CO3)3 Carbonato di sodio Carbonato ferroso Carbonato ferrico + NaHCO3 Idrogenocarbonato di sodio ( o bicarbonato di sodio) − Acido nitroso ( HNO2 ) : ione nitrito NO 2 , si forma il nitrito di.......... HNO2 + LiOH HNO2 + NaOH 2 HNO2 + Ca(OH)2 HNO2 + CuOH 2 HNO2 + Cu(OH)2 → H2 O → H2 O → 2H2O → H2 O → 2H2O + LiNO2 + NaNO2 + Ca(NO2)2 + CuNO2 + Cu(NO2)2 Nitrito di litio Nitrito di sodio Nitrito di calcio Nitrito rameoso Nitrito rameico Facendo reagire l’acido ipocloroso con una base, si ottiene l’Ipoclorito di....... Ipoclorito di sodio HClO + NaOH → H2O + NaClO ( varechina ) Facendo reagire l’acido cloroso con una base, si ottiene il Clorito di........... HClO2 + NaOH → H2O + NaClO2 Clorito di sodio Facendo reagire l’acido clorico con una base , si ottiene il Clorato di........... HClO3 + NaOH → H2O + NaClO3 Clorato di sodio Facendo reagire l’acido perclorico con una base, si ottiene il Perclorato di........... HClO4 + NaOH → H2O + NaClO4 Perclorato di sodio Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + H2O I sali si possono ottenere anche in altri modi: REAGENTI metallo + acido ESEMPI Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 ossido + acido ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O idrossido + anidride Zn(OH)2 + SO3 → ZnSO4 + H2O ossido + anidride ZnO + SO3 → ZnSO4 acido + sale ( reazione di scambio) H2SO4 + ZnCl2 → ZnSO4 + 2 HCl sale + sale Na2SO4 + ZnCl2 → ZnSO4 + 2 NaCl ( reaz. di doppio scambio) 37 CLASSIFICAZIONE DELLE REAZIONI In generale le reazioni chimiche sono classificate in: Reazioni di sintesi Questo tipo di reazione consiste nel far reagire due sostanze per la preparazione di un prodotto. A + B → AB Questo tipo di reazioni avviene: - tra 2 elementi; es) N2 + 3H2 → NH3 ( Reazione di sintesi dell’ammoniaca) ( Reazione di sintesi del diossido di zolfo) es) S + O2 → SO2 - tra due composti di cui almeno 1 è un composto molecolare. es) SO3 + H2O → H2SO4 ( Reazione di sintesi dell’acido solforico) es) H2SO4 + NH3 → (NH4)2SO4 ( Reazione di sintesi del solfato di ammonio) Reazioni di decomposizione La reazione di decomposizione è la reazione inversa di una reazione di sintesi; in essa un reagente si scompone in più prodotti; per far avvenire queste reazioni, che comportano una rottura dei legami, la maggior parte delle volte occorre fornire una certa quantità di energia: termica, elettrica , raggiante ecc. AB → A + B PCl5 → PCl3 + Cl2 (Reaz. di decomposiz. o dissociaz. del pentacloruro di P) CALORE CaCO3 → CaO + CO2 ( reazione di decomposizione del carbonato di calcio) CALORE 2NaCl → 2 Na + Cl2 ( Reazione di decomposizione del cloruro di sodio) 2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O ELETTROLISI Reazioni di scambio semplice In queste reazioni un elemento sostituisce un altro elemento facente parte di un composto; solitamente in queste reazioni varia lo stato di ossidazione degli elementi che si scambiano, per cui tali reazioni sono anche di ossidoriduzione. AB + C → AC + B Questo tipo di reazioni avviene: - tra un elemento e un composto. H2SO4 + Mg → MgSO4 + H2 Reazioni di doppio scambio In questo tipo di reazioni lo ione positivo di un composto si scambia con lo ione positivo dell’altro. + AB + CD → (A B − + − + +C D ) → A D − + +C B − Questo tipo di reazioni avviene: - tra 2 composti ionici. Pb(NO3)2 + 2NaI → PbI2 + 2NaNO3 ( reazione di doppio scambio tra sali) NaCN + HCl → NaCl + HCN ( Spostamento di un acido debole con un acido forte) NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3 ⋅ H2O ( Spostam. di una base debole con una base forte) CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 ( Precipitazione di prodotti insolubili) 38 Reazioni di combustione CxHy + (x+y/4) O2 → x CO2 + y H 2O 2 Questo tipo di reazioni avviene: - tra una sostanza combustibile e l’ossigeno. CH4 + 2 O2 → CO2 + 2H2O ( Reazione di combustione del metano) Reazioni di Ossido riduzione In questo tipo di reazioni si ha uno scambio di elettroni tra i reagenti. − 2− 2 I + SO 4 + 4 H+ → I2 + SO2 + 2 H2O 39 ESERCIZI Scrivere il simbolo chimico dei seguenti elementi ed indicare se si tratta di metalli o non-metalli e quali ioni questi elementi tendono a formare: a) iodio f) berillio b) litio g) fluoro c) sodio h) fosforo d) calcio i) potassio e) zolfo Denominare i seguenti ioni: a) Clb) Fc) Id) Bre) Na+ f) K+ g) h) i) j) k) H+ HO2S2P3- Utilizzando la tavola periodica degli elementi indicare il gas nobile isoelettronico coi seguenti ioni: f) O2a) Na+ b) F g) K+ 2+ c) Ca h) Cl3+ d) Al i) Ba2+ 3e) N Dare il nome ai seguenti composti binari: a) CaO b) NaCl c) CaCl2 d) FeCl3 e) ZnI2 f) CoF3 g) LiH h) N2H4 i) j) k) l) m) n) o) OF2 Cl2O5 Na2S CO CO2 Na2O Al2O3 OSSIDI, IDROSSIDI, ACIDI, SALI E REAZIONI FONDAMENTALI Scrivere la formula chimica dei seguenti composti di uso comune: sale da cucina ( cloruro di sodio); soda caustica (idrossido di sodio) ; acido cloridrico e l’ammoniaca candeggina (ipoclorito di sodio) bicarbonato di sodio ( idrogenocarbonato di sodio) solfato di ferro(II) perossido di idrogeno (acqua ossigenata) Utilizzando la tavola periodica degli elementi scrivere e bilanciare le seguenti reazioni e scrivere il nome delle sostanze che si formano: a) Potassio + O2 → b) Sodio + O2 → c) Cesio + O2 → d) Calcio + O2 → e) Magnesio + O2 → f) Stronzio + O2 → 40 g) Alluminio + O2 → Utilizzando la tavola periodica degli elementi scrivere la formula dei seguenti ossidi sia secondo la nomenclatura tradizionale sia secondo la nomenclatura IUPAC:: a) Ossido di sodio b) Ossido di potassio c) Ossido di litio d) Ossido di cesio e) Ossido di calcio f) Ossido di magnesio g) Ossido di bario h) Ossido di berillio i) Ossido di stronzio j) Ossido di alluminio k) Triossido di diferro Distinguere tra i seguenti ossidi quelli acidi e quelli basici. a) K2O b) CaO c) CO2 d) N2O5 e) Cl2O7 f) N2O4 g) SO3 h) BaO i) Li2O j) Fe2O3 Completare le seguenti reazioni scrivendo coefficienti e prodotti: a) a + O2 → b) CaO + H2O → c) Li2O + H2O → d) BaO + H2O → e) SO2 + H2O → f) SO3 + H2O → g) N2O3 + H2O → h) N2O5 + H2O → i) Cl2O + H2O → j) Cl2O3 + H2O → k) Cl2O5 + H2O → l) Cl2O7 + H2O → Scrivere e bilanciare le reazioni con acqua dei seguenti ossidi; per ognuno scrivere la sostanza che si forma e il relativo nome. a) Ossido di calcio + acqua → b) Ossido di magnesio + acqua → c) Ossido di berillio + acqua → d) Ossido di sodio + acqua → e) Ossido di potassio + acqua → f) Ossido di alluminio + acqua → g) Diossido di zolfo + acqua → h) Triossido di zolfo + acqua → i) Diossido di carbonio + acqua → j) Pentossido di diazoto + acqua → k) Triossido di diazoto + acqua → l) Ossido di dicloro + acqua → m) Triossido di dicloro + acqua → n) Pentossido di dicloro + acqua → 66 o) Eptossido di dicloro + acqua → Scrivere le reazioni di dissociazione dei seguenti acidi considerando le dissociazioni parziali nel caso l’acido contenga più di un atomo d’idrogeno (protone). a) Acido nitroso f) Acido fosforico m) Acido clorico b) Acido nitrico g) Acido carbonico n) Acido perclorico c) Acido solforoso h) Acido cloridrico o) Acido solfidrico d) Acido solforico i) Acido ipocloroso p) Acido cianidrico e) Acido fosforoso l) Acido cloroso q) Acido ioidrico Il colore dei fuochi d’artificio è impartito da alcune sostanze che ad alte temperature emettono radiazioni elettromagnetiche a varia frequenza nel campo del visibile. Ad ogni lunghezza d’onda corrisponde un colore. Per il colore rosso si utilizzano i sali dello stronzio, per il verde i sali di bario, per il blu quelli del rame, per il giallo quelli del sodio. Le sostanze più usate sono: a) Solfato di stronzio b) Nitrato di sodio c) Nitrato di bario d) Cloruro di rame (I) Scriverne le formule Scrivere la formula dei seguenti sali Cloruro di sodio Cloruro di calcio Fluoruro di sodio Fluoruro di calcio Fluoruro di potassio Fluoruro di magnesio Bromuro di bario Solfuro di litio Solfuro di calcio Idrogenosolfuro di sodio Ioduro di calcio ioduro di alluminio Completare i dati mancanti in modo che ogni nome abbia la corrispondente formula: NaClO ……………… …………… Clorito di calcio KBrO3 ……………… …………… Periodato di magnesio NaIO ……………… NaIO3 ……………… …………… Ipobromito d’alluminio HIO4 ……………… Scrivere formule e nomi riportati affianco: a) HCl con b) HNO3 con c) H2SO4 con d) H2S con e) H3PO4 con f) H2CO3 con dei sali ottenuti sostituendo uno o più atomi di idrogeno dei seguenti acidi con i cationi Na+ , Ca2+ , Al3+ K+, Ba2+, Li+ Cs+ , Mg2+ , Al3+ Ca2+, Na+ Ca2+, Na+ Ca2+, Na+ Scrivere e bilanciare le seguenti reazioni e dare il nome alla sostanza prodotta: a) Acido nitrico + idrossido di bario b) Acido cloridrico + idrossido di sodo c) Acido ipocloroso + idrossido di potassio d) Acido carbonico + idrossido di calcio e) Acido nitroso + idrossido di litio f) Acido solforico + idrossido di potassio g) Acido solforoso + idrossido di sodio h) Acido solfidrico + idrossido di sodio i) Acido solfidrico + idrossido di calcio 66 j) Acido fluoridrico + idrossido di magnesio Quali dei seguenti nomi corrispondono alla formula KHSO3 1) Idrogenosolfato di potassio 2) Solfito di potassio 3) Bisolfito di potassio 4) Bisolfato di potassio 5) Idrogenosolfito di potassio A quale formula corrisponde l’acido Iodico? 1) HI 2) HIO 3) HIO2 4) HIO3 5) HIO4 Quali dei seguenti nomi corrispondono alla formula LiHS 1) Idrogenosolfato di litio 2) Solfuro di litio 3) Idrogenosolfuro di litio 4) Bisolfuro di litio 5) Idrogenosolfito di litio Scrivere le formule delle seguenti sostanze: Nitrito di sodio Tetrafluoruro di selenio Nitrato di calcio Bromato di rame (II) Tricloruro di fosforo Idrogenosolfuro di sodio Ipoiodito di cromo (III) Pentafluoruro di fosforo Tetrafluoruro di zolfo Tetrafluoruro di zolfo Diossido di azoto Ipobromito di sodio Cianuro di potassio Ipoiodito di potassio Idrogenosolfato di potassio Clorato di bario Nitrito d i bario Clorito di calcio Solfato di ammonio Triossido di selenio Clorito di Calcio Cianuro di cesio Ipoclorito di sodio Idrogenosolfito di ferro(III) Dare il nome alle seguenti sostanze secondo la nomenclatura tradizionale: (NH4)3PO4 CS2 NH4NO3 Sr(BrO2)2 KClO4 Mg(HCO3)2 Ca(H2PO4)2 Li2SO3 NaI NaBrO SnSO4 SeO2 NaHCO3 NH4H2PO4 Ba(HSO4)2 Cu(IO3)2 Completare le seguenti reazioni NaOH + HNO3 → N 2O 5 + H 2O → ..... + H2O → H2SO4 ..... + H2O → KOH ..... + HNO3 → KNO3 66 Ca(OH)2 + H3PO4 → ..... + H2O → HClO ..... + H2O → H3PO4 ..... + H2O → Ca(OH)2 ..... + H2SO4 → SrSO4 Scrivere, completare e bilanciare le seguenti reazioni: Ossido di Magnesio + acqua → Triossido di diazoto + acqua → Idrossido di alluminio + acido solforico → Completare la seguente tabella: Catione Anione Formula Pentossido di diazoto + acqua → Idrossido di sodio + acido solforico → Ossido di sodio + acqua → Nome Idrossido di calcio Ossido di sodio Acido nitrico Nitrito di stronzio Solfato di sodio Diidrogenofosfato di sodio Clorito di potassio 66 ACIDI E BASI PIU’ COMUNI IDRACIDI - HCl - HBr - HI - HF - H2S - HCN acido cloridrico acido bromidrico acido ioidrico acido fluoridrico acido solfidrico acido cianidrico OSSIACIDI - HNO2 acido nitroso - HNO3 acido nitrico - H2SO3 acido solforoso Cl − Br − I− F− S 2− CN − ione cloruro ione bromuro ione ioduro ione fluoruro ione solfuro ione cianuro NO2 − NO3 − SO3 2− HSO3 − ione nitrito ione nitrato ione solfito ione idrogenosolfito ( o ione bisolfito) -H2SO4 acido solforico SO4 2− ione solfato HSO4 − ione idrogenosolfato ( o ione bisolfato) - H3PO3 - H3PO4 acido fosforoso acido fosforico HPO3 2− PO4 3− HPO4 2 − H2PO4 − - H2CO3 acido carbonico CO3 2− ione carbonato HCO3 − ione idrogenocarbonato (o ione bicarbonato) - HClO acido IPOclorOSO - HClO2 acido clorOSO - HClO3 acido clorICO - HClO4 acido PERclorICO ClO − ClO2 − ClO3 − ClO4 − ione fosfito ione fosfato ione idrogenofosfato ione diidrogenofosfato ione IPOclorITO ione clorITO ione clorATO ione PERclorATO ACIDI E BASI DEBOLI PIU’COMUNI e RISPETTIVI IONI - NH3 ammoniaca - CH3COOH acido acetico 66 NH4 + ione ammonio CH3COO- ione acetato
