Valenza, numero di ossidazione e classificazione dei composti

Per assegnare i nomi e scrivere le formule corrette dei composti possiamo far ricorso alla valenza degli elementi che si sono combinati. Il concetto di valenza è strettamente collegato a quello di legame chimico. Gli atomi formano legami utilizzando gli elettroni esterni che possono essere condivisi, ceduti o acquistati dagli atomi vicini. La valenza di un atomo corrisponde al numero di legami che esso è in grado di formare. Nella moderna nomenclatura, al posto della valenza, si preferisce usare il numero di ossidazione: “Il numero di ossidazione (n.o.) rappresenta la carica che ogni atomo assumerebbe se gli elettroni di legame fossero assegnati all’atomo più elettronegativo.” Il numero di ossidazione di un elemento in un composto pertanto è sempre preceduto dal segno (+) o (-): il segno (-) spetta all’elemento più elettronegativo poiché gli sono assegnati gli elettroni di legame.

Regole per determinare i numeri di ossidazione

Le regole per determinare i numeri di ossidazione degli elementi dei vari composti:

1) In un legame covalente gli elettroni condivisi sono formalmente attribuiti all’atomo più elettronegativo.

2) Gli atomi nelle sostanze elementari hanno sempre numero di ossidazione 0.

3) Gli ioni monoatomici hanno numero di ossidazione coincidente con la carica elettrica dello ione.

4) Il numero di ossidazione dell’ossigeno nei composti è -2. Le eccezioni sono nei perossidi, in cui vale -1, e quando è legato al fluoro, in cui è +2.

5) Il numero di ossidazione dell’idrogeno nei composti è +1. Fanno eccezione i casi in cui H è combinato con un metallo, in quel caso ha n.o. -1.

6) In una molecola o in un composto ionico la somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi presenti deve essere 0.

7) In uno ione poliatomico la somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi presenti deve equivalere alla carica dello ione.

Gli elementi di transizione, nei composti ionici, presentano invece numeri di ossidazione variabili e formano cationi con un numero di cariche diverse, non sempre facilmente riconducibili alla loro posizione nella tavola periodica.

Scrittura delle formule dei composti binari

- Scrivere le formule più semplici

A partire dalle regole dei numeri di ossidazione, è possibile scrivere le formule dei composti più semplici costituiti da 2 elementi soltanto e sono chiamati composti binari. Nella formula di un composto binario:

1) Si scrive di solito per primo il simbolo dell’elemento che ha numero di ossidazione più positivo; per i composti binari l’ordine di scrittura dei simboli è: metalli = B; Si; C; As; P; N; H; Se; S; I; Br; Cl; O; F.

A sinistra si scrive l’elemento che è più a sinistra.

2) Non si riporta l’indice numerico di un elemento se esso vale 1.

Per scrivere correttamente le formule di un composto binario a partire dagli elementi che lo costituiscono, è necessario ricordare la regola 6 dei numeri di ossidazione: la somma dei numeri di ossidazione degli atomi di una molecola è sempre 0.

- La nomenclatura chimica

Nomenclatura chimica e sistemi di classificazione

La nomenclatura chimica permette di identificare i composti mediante un nome specifico. Nella maggior parte dei casi però, per attribuire il nome ai differenti composti si usano alcune regole codificate secondo diversi sistemi di nomenclatura: quello tradizionale, di Stock e IUPAC.

1) La nomenclatura tradizionale è basata principalmente sulla divisione degli elementi in metalli e non metalli, e tiene conto del numero di ossidazione degli atomi presenti nella formula.

2) La nomenclatura secondo la notazione di Stock fornisce informazioni più chiare; essa, infatti, indica i numeri di ossidazione con numeri romani posti tra parentesi.

3) La nomenclatura IUPAC è basata sulle regole redatte dalla IUPAC nel 1959, riviste nel 1971, nel 1990 e aggiornate nel 2005. La nomenclatura IUPAC consente di evidenziare, in modo chiaro e immediato, la relazione tra il nome di un composto e la sua formula chimica.

Classificazione dei composti organici

La classificazione dei composti organici si basa, di fatto, sulle loro proprietà chimiche. Ai fini della nomenclatura, è conveniente raggruppare le varie classi di composti in 2 grandi categorie: i composti binari , formati da 2 elementi, e i composti ternari formati da 3 elementi.

Le classi di composti costituiti soltanto da 2 elementi sono gli ossidi, gli idruri, gli idracidi e i Sali binari. Per semplificare lo studio possiamo distinguerli ulteriormente, secondo il legame che unisce i loro atomi, in ionici o molecolari. I primi, costituiti da un catione metallico e un anione non metallico, comprendono i Sali binari, gli idruri metallici e gli ossidi basici. Ai secondi appartengono gli ossidi acidi, gli idruri non metallici o covalenti e gli idracidi.

I composti ternari sono formati dalla combinazione di 3 differenti elementi. I principali composti ternari sono gli idrossidi, gli ossiacidi e i Sali degli ossiacidi. Anche i composti ternari possono essere suddivisi in base al tipo di legame in ionici e molecolari.