Laboratorio di chimica in casa/La nomenclatura chimica

Per comunicare i chimici usano una serie di simbolismi e nomenclature che anche questo libro adotta e che è necessario conoscere per comprendere la scrittura chimica di base.
In questo capitolo vengono esposti i metodi con cui i chimici assegnano il nome ai composti. Per imparare il "gergo chimico" si può consultare il Dizionario chimico divulgativo.

Ad ogni composto chimico è associato un nome ed una formula. Conoscendo entrambi è possibile avere un'idea della sua composizione e dei legami che i diversi elementi instaurano senza vedere la sua struttura di Lewis.
La formula bruta è una scrittura che condensa la struttura di Lewis, e cioè indica la composizione chimica di un complesso.

Le formule condensate hanno le seguenti caratteristiche:

Gli elementi sono scritti in ordine di elettronegatività crescente.^[1] Per esempio in NaCl viene prima Na (0,93) e poi Cl (3,16).
I numeri al pedice indicano quanti atomi dell'elemento alla loro sinistra sono presenti nella molecola. Per esempio H₂O contiene due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno, AlCl₃ uno di alluminio e tre di cloro.
Le parentesi fanno ripetere il gruppo di atomi al loro interno. Cu(NO₃)₂ contiene un atomo di rame e due anioni NO₃^-.
Gli ioni sono spesso contenuti fra parentesi quadre; per esempio [SbF₆]^-.

La formula bruta tuttavia elimina tutti i riferimenti riguardo ai legami fra gli elementi, quindi non sempre possibile partire da una formula bruta e risalire alla struttura di Lewis (specialmente se si è agli inizi). Per ovviare a questo problema il nome dei composti è stato scelto in modo che dia un'indicazione di come gli atomi sono legati.

La nomenclatura modifica

Negli ambienti in cui si studia la chimica sono validi tre tipi di nomenclatura: quella tradizionale, quella IUPAC^[2] e quella di Stock.
In questo libro è stato scelto di denominare i composti con il nome che viene dato loro più comunemente, che in genere è quello tradizionale, ma si farà uso anche degli altri due sistemi.

Nomenclatura tradizionale modifica

La nomenclatura più utilizzata in questo libro e nei laboratori è quella tradizionale. Essa compone il nome dei composti indicando le caratteristiche dell'anione e del catione: a entrambi assegna una radice simile a quella dell'elemento che lo compone (zolfo = solf-, ferro = ferr-, stagno = stann-, cloro = clor-, ecc.) ed una desinenza che ne indica lo stato di ossidazione.

Desinenze e prefissi
	Anione (-)	Catione (+)
	...-uro
Basso	...-ito	...-oso
Alto	...-ato	...-ico
Più basso	Ipo-...
Più alto	Per-...

Per il ferro, per esempio, gli stati di ossidazione più comuni^[3] sono +2 e +3. I composti di ferro +2 si chiameranno ferr-osi, gli altri ferr-ici (come mostrato in tabella). Dato che ogni anione in un composto chimico deve essere accompagnato da un catione, prendiamo il cloro come compagno del ferro. Esso può assumere stati di ossidazione -1 (da solo), +1, +3, +5 e +7 (nel suo ossoanione). I composti formati dalle combinazioni di questi due ioni sono:

Vi sono inoltre tre casi particolari di nomenclatura:

Quando l'elemento chimico possiede un solo stato di ossidazione (metalli del I, II e III gruppo, più altri) non è necessario specificare lo stato di ossidazione del catione, il nome sarà "... di sodio, ... di boro, ..."

Con un unico stato di ossidazione
+ NaCl	+2 CaSO₄	+3 Al₂O₃	+2 Zn(NO₃)₂
Cloruro di sodio	Solfato di calcio	Ossido di alluminio	Nitrato di zinco

I composti contenenti idrogeno in stato di ossidazione +1 vengono chiamati acidi.^[4] Quelli contenenti solo l'idrogeno ed un altro elemento sono chiamati idracidi (HCl, H₂S, HI) in cui l'anione prende il suffisso -idrico, mentre quelli contenenti anche l'ossigeno sono detti ossoacidi in cui il catione prende i suffissi visti prima per gli anioni.^[5]

La stessa cosa avviene per le anidridi, che seguono la stessa formula: "anidride + nome dell'anione + suffisso". Le anidridi sono semplicemente degli ossidi, che hanno tuttavia la caratteristica di generare il rispettivo ossiacido a contatto con l'acqua (anidride solforica SO₃ + acqua H₂O → acido solforico H₂SO₄)

Una grande quantità di esempi è fornita nel capitolo Sostanze inorganiche artigianali.

Tabella di riepilogo

Nell'immagine vengono collezionati gli esempi visti prima con il cloro. I suffissi ed i prefissi colorati sono applicabili ai casi generali.

Nomenclatura IUPAC modifica

Numerali greci
1	mono	6	esa
2	bi/di	7	epta
3	tri	8	otta
4	tetra	9	nona
5	penta	10	deca

La nomenclatura chimica ufficiale non è quella tradizionale, bensì quella stabilita dalla IUPAC nel 2005.
Essa prevede diversi tipi di nomenclatura per i composti inorganici, e risulta spesso artificiosa (poiché deve essere applicabile a qualsiasi composto chimico, anche molto complesso). Quella più semplice si chiama compositional che mantiene i prefissi per gli anioni (Cl^- rimane cloruro, NO₃^- rimane nitrato ecc.) mentre elimina quello dei cationi (Ferroso e ferrico diventa solo "... di ferro" e così via) e di acidi ed anidridi. Il loro rapporto di combinazione viene indicato tramite i prefissi numerici greci (cloruro ferroso FeCl₂ è quindi bicloruro di ferro, Na₃PO₄ diventa fosfato di trisodio, acido cloridrico HCl diventa cloruro di idrogeno, anidride solforosa SO₂ diventa diossido di zolfo.)

Formula	PbF₂	Cu(MnO₄)₂	K₂MnO₄	NaHCO₃	HClO₃	Cl₂O₅
Compositional	Difluoruro di piombo	Bipermanganato di rame	Manganato di dipotassio	Carbonato di sodio e idrogeno	Clorato di idrogeno	Pentossido di dicloro
Tradizionale	Fluoruro piomboso	Permanganato rameico	Manganato di potassio	Bicarbonato di sodio	Acido clorico	Anidride clorica

Nomenclatura di Stock modifica

Numeri romani
1	I	5	V
2	II	6	VI
3	III	7	VII
4	IV	8	VIII

Un altro sistema di nomenclatura rigoroso e chiaro è quello di Alfred Stock. Esso è del tutto simile a quello usato dalla compositional ma al posto dei numerali greci utilizza i numeri romani per indicare lo stato di ossidazione del catione e dell'anione. Come accade per le altre due nomenclature, non è necessario specificare lo stato di ossidazione se non c'è pericolo di ambiguità.

Formula	PbF₂	NaHCO₃	Cu(MnO₄)₂	K₂MnO₄	HClO₃	Cl₂O₅
Stock	Fluoruro di piombo(II)	Idrogenocarbonato di sodio	Manganato(VII) di rame(II)	Manganato(VI) di potassio	Clorato(V) di idrogeno	Ossido di cloro(V)
Compositional	Difluoruro di piombo	Idrogenocarbonato di sodio	Bipermanganato di rame	Manganato di dipotassio	Clorato di idrogeno	Pentossido di dicloro
Tradizionale	Fluoruro piomboso	Bicarbonato di sodio	Permanganato rameico	Manganato di potassio	Acido clorico	Anidride clorica

Tale nomenclatura viene applicata soprattutto per dare il nome ai singoli cationi. Per esempio Cu²⁺ è chiamato catione rameico nella tradizionale, catione Cu(+2) o rame(+2) dalla IUPAC e rame(II) o catione Cu^II dalla nomenclatura di Stock. Tutti e cinque sono sinonimi, ma la versione in grassetto è quella solitamente più usata (ed approvata anche dalla IUPAC), specialmente quando il catione non è un singolo atomo ma una molecola intera. Per esempio [Cu(H₂O)₆]²⁺ è una molecola che si forma sciogliendo un composto di rame(II) in acqua. Il suo nome ufficiale è esaacquarame(II).

Note modifica

↑ Fa eccezione l'idrogeno, in composti come CH₄ ed NH₃, che per ragioni storiche sono lasciati scritti in tal modo.
↑ I.U.P.A.C. Sta per "International Union of Pure and Applied Chemistry" (Unione internazionale di chimica pura e applicata) la quale è l'ente che stabilisce le convenzioni internazionali riguardanti la chimica teorica e pratica.
↑ Esistono composti in cui lo stato di ossidazione dell'elemento non segue le regole consuete, e tali casi spesso evadono la nomenclatura tradizionale (per quelli verranno usate le due nomenclature spiegate nei paragrafi successivi).
↑ Il concetto di acidità verrà spiegato più avanti.
↑ Esistono anche acidi contenenti quattro elementi, come il clorosolfonico e il tiofosforico ma sono raramente incontrati in un semplice laboratorio.

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L'elettronegatività

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Le equazioni di reazione

[1] Fa eccezione l'idrogeno, in composti come CH₄ ed NH₃, che per ragioni storiche sono lasciati scritti in tal modo.

[2] I.U.P.A.C. Sta per "International Union of Pure and Applied Chemistry" (Unione internazionale di chimica pura e applicata) la quale è l'ente che stabilisce le convenzioni internazionali riguardanti la chimica teorica e pratica.

[3] Esistono composti in cui lo stato di ossidazione dell'elemento non segue le regole consuete, e tali casi spesso evadono la nomenclatura tradizionale (per quelli verranno usate le due nomenclature spiegate nei paragrafi successivi).

[4] Il concetto di acidità verrà spiegato più avanti.

[5] Esistono anche acidi contenenti quattro elementi, come il clorosolfonico e il tiofosforico ma sono raramente incontrati in un semplice laboratorio.

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