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Chimica per noi - Composti e Reazioni

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F1
Composti
e
reazioni
F1 Composti e
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
F1 Composti e
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
F1 Composti e
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
F1 Composti e
F1 Composti e
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
F1 Composti e
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
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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
F1 Composti e
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
F1 Composti e
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Formule
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F1 Composti e
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Formule
F1 Composti e
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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.
F1 Composti e
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
F1 Composti e
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
F1 Composti e
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.
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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
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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
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Schema riassuntivo dei composti binari.
Composti binari
F1 Composti e
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
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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
F1 Composti e
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
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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
F1 Composti e
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
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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
F1 Composti e
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
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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
F1 Composti e
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
F1 Composti e
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
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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
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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
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Esistono anche composti binari formati esclusivamente da non metalli
uniti tra loro da legame covalente.
Binari senza H né O
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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
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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
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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)
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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
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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
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Nella nomenclatura IUPAC, per tutti gli ossiacidi si utilizza lo stesso
schema:
Composti ternari
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la soluzione
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Composti ternari
F1 Composti e
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Composti ternari
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la soluzione
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
F1 Composti e
Composti ternari
Composti ternari (inizio)
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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
F1 Composti e
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
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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)
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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
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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
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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
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In tutte le nomenclature, i nomi dei sali acidi vengono costruiti utilizzando
quello dell’anione e riferendolo al metallo presente:
Composti quaternari
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13.7
Il nome degli ossidi
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51
TABELLE RIASSUNTIVE DELLA
NOMENCLATURA DA IMPARARE A MEMORIA
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6. La nomenclatura dei composti binari
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idracidi e degli idruri
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sali binari
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idrossidi
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ossoacidi
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8. La nomenclatura dei composti ternari
F1 Composti e
8.
ossiacido
sale
ipo…oso
ipo…ito
La nomenclatura dei composti
…osoternari
…oso
…ico
…ato
per…ico
per…ato
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radicali acidi
F1 Composti e
60
sali ternari
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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
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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.
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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
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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
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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
F1 Composti e
Reazioni chimiche
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