Chimica per il liceo/Nomenclatura chimica
Cenni storici
modificaLa nomenclatura chimica è il sistema dei termini ordinati e predisposti secondo norme convenzionali, per denominare i composti ed evitare ogni possibile confusione fra di essi, con lo scopo di favorire una comunicazione chiara all'interno della comunità scientifica.
In passato le sostanze chimiche venivano nominate sulla base delle loro proprietà morfologiche, del metodo di preparazione, del materiale da cui avevano origine, del comportamento chimico.
I primi a tentare una riforma della nomenclatura chimica furono A. Baumé, P. Macquer ed in particolare Bergman che, nel 1770-80 circa, propose il principio binomiale per il nome dei sali, derivato dal corrispettivo sistema botanico di Linneo. Ad esempio, Bergman denominava "magnesia vetriolata, aerata, nitrata, salita" rispettivamente solfato, carbonato, nitrato e cloruro di magnesio.
Nel 1786 Guyton de Morveau (allievo di Bergman), Fourcroy, Berthollet e Lavoisier vennero incaricati dall’Académie Française di attuare una riforma della nomenclatura chimica. Con questa nuova nomenclatura introdotta nel 1787 si cominciarono ad adoperare, ad esempio, i suffissi -ico, -oso, -ato, -ito, -uro, che sono usati anche oggi.
Sempre nel 1787 Guyton de Morveau espose i principi della nuova nomenclatura sistematica:
- Ogni composto deve avere una propria denominazione unica e caratteristica. Questo per ovviare al fatto che per il medesimo composto esistono molti nomi diversi, il che non solo determina confusione ed incomprensione, ma grosse perdite di tempo in ricerche ripetute.
- Come componenti del nome dovevano usarsi le radici dei nomi latini o greci delle parti che entravano a far parte del composto; mai, ad esempio, il nome di chimici. Questo comportava il principio della relazione diretta tra designazione delle sostanze e loro composizione.
- "È desiderabile che il nome non sia espressione di qualsivoglia ipotesi".
- Per i composti vengono date denominazioni di genere e specifiche, analogamente a quanto si fa in altre scienze naturali (acidi, alcali, terre, calci, ecc.).
- Se due elementi formano tra loro più composti, questo si esprime mediante prefissi o suffissi al nome specifico (vedi le terminazioni –ito, –ato, e i prefissi –ipo, –per, sesqui–, mono–, bi–, ecc.).
Dal 1957 è la IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) a regolamentare la nomenclatura chimica, riunendosi periodicamente con il fine di aggiornare le regole della “sintassi chimica” in base alle nuove conoscenze tenendo conto del principio di non ambiguità.
Differenza tra nomenclatura IUPAC e tradizionale
modificanomenclatura chimica: insieme di regole che permette di attribuire un nome specifico alla formula di un composto e viceversa. nonostante alcuni composti vengano riconosciuti attraverso un nome comune (es.H2O = acqua), la maggior parte di essi seguono delle regole generali. Tali norme sono individuate in due diversi tipi di nomenclatura chimica:
- Nomenclatura tradizionale: basata sull'utilizzo di prefissi e suffissi, a seconda del numero di ossidazione, per descrivere le caratteristiche chimiche delle diverse molecole (es.H2CO3 = acido carbonico)
- nomenclatura IUPAC: indica tipo e numero di atomi presenti (es.H2CO3 = acido triossocarbonico)
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Valenza e numero di ossidazione
modificaValenza
modificaLa valenza di un elemento in un composto è il numero di legami che l'elemento instaura con atomi di altri elementi. La valenza corrisponde al numero di elettroni ceduti, acquistati o condivisi dall'elemento nel composto considerato (infatti gli elettroni più esterni sono detti anche elettroni di valenza).
Numero di ossidazione (n.o.)
modificaIl numero di ossidazione di un elemento in un composto è definito come la carica elettrica formale che l'elemento assumerebbe nel composto, se gli elettroni di ciascun legame venissero attribuiti all'atomo più elettronegativo, come se da esso fossero completamente acquistati.
Calcolo del numero di ossidazione
modifica| Numero | Regola |
|---|---|
| 1 | Il n.o. di una specie chimica allo stato elementare è 0 |
| 2 | Due atomi uguali, uniti da uno o più legami covalenti omopolari, non si sottraggono elettroni vicendevolmente, poiché sono equamente condivisi (quindi n.o.=0) |
| 3 | Cationi e anioni hanno n.o. uguale alla propria carica |
| 4 | In una molecola la somma algebrica dei n.o. di tutti gli atomi è 0 |
| 5 | L'idrogeno (H) ha sempre n.o. uguale a +1, tranne che negli idruri (composti binari con dei metalli) in cui presenta n.o.= -1 |
| 6 | L'ossigeno (O) ha sempre n.o. uguale a -2, tranne che nei perossidi (ad esempio l'acqua ossigenata) nei quali n.o.= -1 |
| 7 | Nei metalli il n.o. è sempre positivo. Quelli del gruppo 1 hanno n.o.= +1 (ad esempio il sodio-Na); quelli del gruppo 2 e lo zinco ed il cadmio hanno n.o.= +2 (ad esempio il calcio-Ca); quelli del gruppo 3 hanno n.o.= +3 (ad esempio l'alluminio-Al e il boro-B) |
| 8 | Il fluoro (F) ha sempre n.o. = -1; il cloro (Cl), il bromo (Br) e lo iodio (I) hanno n.o. = -1 tranne nei composti in cui sono legati sono legati a fluoro e ossigeno nei quali assumono n.o. pari a +1,+3,+5,+7 |
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Composti binari: ossidi basici
modificaGli ossidi basici sono composti binari ( due elementi ) formati da un elemento con carattere metallico e atomi di ossigeno, che si originano mediante una reazione di sintesi ( Α+Β=AB ). L'ossigeno ha sempre numero di ossidazione -2 e viene scritto per ultimo essendo il più elettronegativo. Questi reagendo con l'acqua generano gli idrossidi.
Nella tabella sottostante sono elencati alcuni ossidi basici:
| Composto | Numero ossidazione del metallo |
Nomenclatura tradizionale | Nomenclatura IUPAC |
|---|---|---|---|
Na2O |
+1 |
Ossido di sodio |
Ossido di disodio
|
CuO |
+2 |
Ossido rameico |
Ossido di rame
|
Cu2O |
+1 |
Ossido rameoso |
Ossido di dirame
|
FeO |
+2 |
Ossido ferroso |
Ossido di ferro
|
Fe2O3 |
+3 |
Ossido ferrico |
Triossido di diferro
|
PbO |
+2 |
Ossido piombico |
Ossido di piombo
|
Pb2O |
+1 |
Ossido piomboso |
Ossido di dipiombo
|
La nomenclatura tradizionale chiama gli ossidi basici: ossidi. Un metallo può avere più numeri di ossidazione:
- Se ha un solo numero di ossidazione il composto assumerà il nome di ossido + di + “nome del metallo”;
- Se ha due numeri di ossidazione potrà formare con l’ossigeno due differenti ossidi. L’ossido che presenta il metallo con un numero di ossidazione minore assumerà il suffisso –oso. Mentre quello con numero di ossidazione maggiore assumerà il suffisso –ico;
- Se ha più di due numeri di ossidazione si utilizzano i prefissi ipo- e il suffisso -oso per il numero di ossidazione più basso, mentre il prefisso per- e il suffisso -ico per quello più alto. Per i numeri di ossidazione intermedi si segue la regola del metallo con due numeri di ossidazione.
Anche la nomenclatura IUPAC denomina gli ossidi basici: ossidi. A differenza della nomenclatura tradizionale, la IUPAC esplicita il numero di atomi presenti identificandoli con dei prefissi che precedono e la parola ossido e il nome dell’elemento. Questi sono: mono(1 atomo) -a volte omesso-, di(2 atomi), tri(3 atomi), tetra(4 atomi), penta(5 atomi), esa(6 atomi), epta(7 atomi). Ad esempio il composto Fe2O3 assumerà il nome di triossido di diferro.
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Composti binari: ossidi acidi
modificaViene detto ossido acido o anidride quel composto binario formato da ossigeno (l'ossigeno ha numero di ossidazione -2) e non metalli (gli elementi a destra nella tavola periodica). Gli ossidi acidi si originano per sintesi, come gli ossidi basici, ovvero A+B=AB. <br\>Se il non metallo presenta più numeri di ossidazione, forma con l'ossigeno anidridi diversi. Segue una tabella con le anidridi più importanti.
| Elemento | Numero di ossidazione | Formula | Nome tradizionale | Nome IUPAC |
|---|---|---|---|---|
| B | +3 | B2O3 | anidride borica | triossido di diboro |
| C | +2 | CO | anidride carboniosa | monossido di carbonio |
| C | +4 | CO2 | anidride carbonica | diosssido di carbonio |
| N | +3 | N2O3 | anidride nitrosa | triossido di diazoto |
| N | +5 | N2O5 | anidride nitrica | pentaossido di diazoto |
| S | +4 | SO2 | anidride solforosa | diossido di zolfo |
| S | +6 | SO3 | anidride solforica | triossido di zolfo |
| Cl | +1 | Cl2O | anidride ipoclorosa | ossido di dicloro |
| Cl | +3 | Cl2O3 | anidride clorosa | triossido di dicloro |
| Cl | +5 | Cl2O5 | anidride clorica | pentaossido di dicloro |
| Cl | +7 | Cl2O7 | anidride perclorica | eptaossido di dicloro |
| Br | +1 | Br2O | anidride ipobromosa | ossido di dibromo |
| Br | +3 | Br2O3 | anidride bromosa | triossido di dibromo |
| Br | +5 | Br2O5 | anidride bromica | pentaossido di dibromo |
| Br | +7 | Br2O7 | anidride perbromica | eptaossido di dibromo |
Al nome del composto va fatto seguire un attributo formato dal nome del non metallo e dal suffisso -ica se il composto ha un solo numero di ossidazione. Ad esempio il carbonio (n.o. C = +4) forma l'anidride carbonica o diossido di carbonio CO2 . Se invece l’elemento ha due numeri di ossidazione, il suffisso diventa -oso o –osa nel caso in cui il composto abbia il n.o. più basso ed –ico o –ica nel caso in cui il composto abbia il n.o. più alto (lo zolfo ad esempio forma l’anidride solforosa SO2 quando il n.o. è +4 e l’anidride solforica SO3 quando il n.o. è +6). Per quanto riguarda gli elementi con n.o. ≥ 2 è necessario utilizzare i suffissi –oso (o –osa) ed –ico (o –ica) per i composti con i due n.o. intermedi mentre negli altri composti si utilizza il prefisso ipo- e il suffisso -oso (o –osa) per il n.o. più basso o il prefisso per- e il suffisso -ico (o -ica) per il n.o. più alto: ad esempio il cloro forma l’anidride ipoclorosa Cl2O con n.o.Cl=+1 o l’anidride perclorica Cl2O7 con n.o.Cl=+7.
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Composti binari: idruri metallici e non metallici
modificaIdruri metallici (idruri salini o ionici)
modificaSono i composti dell'idrogeno con i metalli. Solo in questi composti l'idrogeno ha numero di ossidazione -1 (in tutti gli altri è sempre +1). Sono composti ionici, solidi.
| FORMULA | nomenclatura tradizionale | nomenclatura IUPAC |
|---|---|---|
| LiH | idruro di litio | idruro di litio |
| AlH3 | idruro di alluminio | triidruro di alluminio |
| MgH2 | idruro di magnesio | diidruro di magnesio |
| FeH3 | idruro ferrico | triidruro di ferro |
| CuH | idruro rameoso | idruro di rame |
- Nella formula l'idrogeno va scritto dopo il metallo perché ha una maggiore elettronegatività
Idruri non metallici (idruri covalenti)
modificaSono i composti dell'idrogeno con i NON metalli (tranne gli alogeni e zolfo) e i semimetalli. Sono composti molecolari (con legami covalenti) in genere gassosi o liquidi.
| FORMULA | nomenclatura tradizionale | nomenclatura IUPAC |
|---|---|---|
| NH3 | ammoniaca | triidruro di azoto |
| PH3 | fosfina | triidruro di fosforo |
| CH4 | metano | tetraidruro di carbonio |
| SiH4 | silano | tetraidruro di silicio |
| AsH3 | arsina | triidruro di arsenico |
- La nomenclatura tradizionale usa nomi consolidati nella tradizione chimica, mentre la IUPAC segue la solita logica.
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Composti binari: idracidi
modificaGli alogeni, elementi del VII gruppo, e lo zolfo, formano con l'idrogeno composti binari a carattere acido definiti come idracidi. Inoltre in questi composti l'idrogeno ha sempre numero di ossidazione (n.o.) +1, gli alogeni n.o. -1 e lo zolfo n.o. -2. L'idrogeno essendo il meno elettronegativo dei due elementi nella formula va scritto per primo.
Nomenclatura Tradizionale/IUPAC:
Nomi di alcuni composti binari.
| Composto | Nomenclatura Tradizionale | Nomenclatura IUPAC |
|---|---|---|
| HF | acido fluoridrico | fluoruro di idrogeno |
| HCl | acido cloridrico | cloruro di idrogeno |
| HBr | acido bromidrico | bromuro di idrogeno |
| HI | acido iodidrico | ioduro di idrogeno |
| H2S | acido solfidrico | solfuro di diidrogeno |
| H2Se | acido selenidrico | seleniuro di diidrogeno |
| H2Te | acido telluridrico | tellururo di diidrogeno |
| HN3 | acido azotidrico | azoturo di idrogeno |
La nomenclatura tradizionale prevede che il termine "acido" seguito dal nome del non metallo termini con il suffisso -idrico.
La nomenclatura IUPAC invece, prevede l'utilizzo del suffisso –uro per l'elemento del VI o VII gruppo, seguito dalla termine “di idrogeno”. (eventualmente con gli opportuni prefissi moltiplicativi).
Applicando la "Regola dell'incrocio" risulta che la formula generale di un idracido è HnX in cui: X = simbolo chimico dell'elemento del VI o del VII gruppo; n = numero di ossidazione dell'elemento X.
Composti binari: sali binari
modifica- Viene detto sale binario un composto ionico formato da un catione metallico e da un anione non-metallico. Nella formula che rappresenta un sale binario, si indica sempre prima l'elemento metallico seguito poi dall'elemento non-metallico.
- Esempio di alcuni sali binari:
| FORMULA MINIMA | NOMENCLATURA TRADIZIONALE | NOMENCLATURA IUPAC |
|---|---|---|
| NaCl | cloruro di sodio | cloruro di sodio |
| Na2S | solfuro di sodio | solfuro di disodio |
| CaI2 | ioduro di calcio | diidruro di calcio |
| AlF3 | floruro di alluminio | trifluoruro di alluminio |
| FeCl2 | cloruro ferroso | dicloruro di ferro |
| FeCl3 | cloruro ferrico | tricloruro di ferro |
| CsBr | bromuro di cesio | bromuro di cesio |
- La nomenclatura IUPAC dei sali binari fa seguire alla radice del nome dell'elemento non-metallico il suffisso -uro, la preposizione di e il nome del metallo, indicando con l'opportuno prefisso il numero di atomi presenti.
- La nomenclatura tradizionale invece prevede cha la radice del nome dell'elemento metallico sia seguita dal suffisso -oso, nelle specie a numero di ossidazione più basso, e -ico, nelle specie a numero di ossidazione più alto.
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Composti ternari: idrossidi
modifica- Definizione:
Gli idrossidi sono composti ternari, ovvero combinazioni di tre elementi diversi. Gli idrossidi sono formati da un metallo, ossigeno e idrogeno. Gli idrossidi sono sistemi basici costituiti da un ione metallico positivo(Mn+) e da ioni idrossido OH-.
- Formula e denominazione degli idrossidi:
-formula molecolare: metallo+gruppi OH(tanti quanti il numero di ossidazione del metallo).
-denominazione:
| nomenclatura tradizionale | nomenclatura IUPAC |
|---|---|
| Scrivere la parola idrossido. Nel caso in cui il metallo abbia un unico numero di ossidazione la parola idrossido è seguita da di e il nome del metallo oppure seguita dal nome del metallo terminante in -ico. Se invece il metallo ha più di un numero di ossidazione il nome del metallo termina in -oso quando ha numero di ossidazione minore e -ico quando ha numero di ossidazione maggiore | Scrivere la parola idrossido preceduta da prefissi che indicano il numero dei gruppi -OH, come di-(per due gruppi -OH), tri-(per tre gruppi -OH). La parola idrossido è seguita da di e il nome del metallo. |
- Esempi di alcuni idrossidi:
| Composto | Nomenclatura tradizionale | Nomenclatura IUPAC |
|---|---|---|
| NaOH | idrossido di sodio (o sodico) | idrossido di sodio |
| KOH | idrossido di potassio (o potassico) | idrossido di potassio |
| Ca(OH)2 | idrossido calcico | diidrossido di calcio |
| Ba(OH)2 | idrossido barico | diidrossido di bario |
| Fe(OH)2 | idrossido ferroso | diidrossido di ferro |
| Fe(OH)3 | idrossido ferrico | triidrossido di ferro |
| Al(OH)3 | idrossido di alluminio (o alluminico) | triidrossido di alluminio |
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Composti ternari: ossoacidi e relativo anione
modifica- Sono composti ternari con comportamento acido, formati da idrogeno, ossigeno e un NON metallo. Derivano dalla reazione in acqua di una anidride (ossido acido). Nella formula i componenti si scrivono nel seguente ordine: H+NM+O (idrogeno-non metallo-ossigeno).
| formula | nomenclatura tradizionale | nomenclatura IUPAC | anione: formula | anione: nom.tradizionale | anione: nom. IUPAC |
|---|---|---|---|---|---|
| H2CO3 | acido carbonico | acido triossocarbonico (IV) | CO32- | carbonato | triossocarbonato (IV) |
| '' | '' | '' | HCO3- | idrogenocarbonato (bicarbonato) | idrogenotriossocarbonato (IV) |
| HNO2 | acido nitroso | acido diossonitrico (III) | NO2- | nitrito | diossonitrato |
| HNO3 | acido nitrico | acido triossonitrico (III) | NO3- | nitrato | triossonitrato |
| H2SO3 | acido solforoso | acido triossosolforico (IV) | SO32- | solfito | triossosolfato (IV) |
| H2SO4 | acido solforico | acido tetraossosolforico (VI) | SO42- | solfato | tetrassosolfato (VI) |
| '' | '' | '' | HSO4- | idrogenosolfato (bisolfato) | idrogenotetrassosolfato (VI) |
| H3PO4 | acido (orto)fosforico | acido tetraossofosforico (V) | PO43- | fosfato | tetraossofosfato (V) |
| HClO | acido ipocloroso | acido (mono)ossoclorico (I) | ClO- | ipoclorito | ossoclorato (I) |
| HClO2 | acido cloroso | acido diossoclorico (III) | ClO2- | clorito | diossoclorato (III) |
| HClO3 | acido clorico | acido triossoclorico (V) | ClO3- | clorato | triossoclorato (V) |
| HClO4 | acido perclorico | acido tetraossoclorico (VII) | ClO4- | perclorato | tetraossoclorato (VII) |
- Negli ossoacidi la nomenclatura IUPAC viene un po' meno alla sua logica ferrea (ovverosia la formula letta a partire dalla fine tenendo conto degli indici), per cui in entrambe le nomenclature si inizia con il termine acido .... Inoltre nella IUPAC si precisa anche il numero dell'ossidazione del non-metallo.
Nell'anione, se la dissociazione non è completa, si usa il prefisso idrogeno... o diidrogeno...
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Composti ternari: sali ternari
modificaIl sottogruppo dei sali ternari della famiglia dei sali vede nella formula chimica sempre la presenza di almeno un atomo d'ossigeno, in quanto questi sali sono frutto di una reazione chimica in cui un reagente è un ossoacido. Generalmente la maggior parte degli errori si concentra proprio su questi composti, per la grande quantità di cose cui si deve prestare attenzione. I sali ternari sono composti formati da un anione (cariche negative) e da un catione (cariche positive).
- L'anione si ricava per dissociazione di un ossoacido (composto ternario formato da idrogeno,non metallo e ossigeno); le cariche negative corrispondono agli idrogeni che non sono presenti nella formula dell'anione.
Esempio ---> (HNO2 acido nitroso --> NO-2 nitrito)
- Il catione è in genere un metallo
- Tabella con formula, nome tradizionale, nome IUPAC
| Composto | Nomenclatura Tradizionale | Nomenclatura IUPAC |
|---|---|---|
| NaClO | Ipoclorito di sodio | Ossoclorato (I) di sodio |
| NaClO2 | Clorito di sodio | Diossoclorato (III) di sodio |
| NaClO3 | Clorato di sodio | Triossoclorato (V) di sodio |
| NaClO4 | Perclorato di sodio | Tetraossoclorato (VII) di sodio |
| Fe(ClO4)3 | Perclorato ferrico | Tris(tetraossoclorato) (VII) di ferro (III) |
| Mg(ClO2)2 | Clorito di magnesio | Bis(diossoclorato) (III) di magnesio |
- Nomenclatura tradizionale
Il nome di un sale nella nomenclatura tradizionale è dato dall'attributo del corrispondente radicale acido, completo di suffissi e prefissi,seguito dal nome dello ione positivo con i suffissi -oso e -ico a seconda del numero di ossidazione (n.o.)
- Nomenclatura IUPAC
Il nome del sale deve essere ricavato dal nome del corrispondente radicale acido; a questo segue il nome del metallo, eventualmente preceduto da uno dei prefissi che indicano il numero di atomi metallici presenti.
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