Appunti completi di Chimica generale e inorganica, 2024

NOMENCLATURA IUPAC DEGLI IONI

Gli ioni positivi si dividono in ioni monoatomici e poliatomici.

• Per gli ioni monoatomici positivi basta dire il nome dell’elemento con la sua carica; per esempio Na+ si

+ ione calcio o calcio 2 più. Quando un

chiama ione sodio o sodio più, K+ ione potassio o potassio più, Ca 2

elemento forma un solo ione, può anche essere omessa la carica. Quando un metallo ha più di due ioni

+ e Fe + sono ferro due più e ferro tre più

possibili, come nel caso del ferro, va specificata la carica (es. Fe 2 3

ecc.

• Per gli ioni poliatomici positivi c’è un unico suffisso tipico, ovvero “onio”. Ad esempio, lo ione più diffuso é

+, anche detto ione ammonio. Prende questo nome perché si ottiene dalla ammoniaca e il suffisso

l’NH 4 + é detto fosfonio perché viene dalla fosfina.

onio perché é uno ione poliatomico positivo. Il PH 4

Gli ioni negativi si dividono a loro volta in monoatomici e poliatomici.

• Per gli ioni monoatomici negativi il suffisso è “uro”. Cl- per esempio é il cloruro, Br- é bromuro, H- idruro,

- solfuro. L’ossigeno ha uno ione O -, questo ione non si chiama ossuro ma ione ossido (è un eccezione).

S 2 2

- e si chiama nitruro.

Un altro caso é N 3

• Per gli ioni poliatomici negativi c’è un po’ di variabilità. Possono avere la desinenza -uro, come nel caso del

-, lo ione disolfuro S . Altri nomi sono “di fantasia”, come lo ione OH- ovvero lo

cianuro CN-, l’azoturo N 22-

3 (è indicato con un puntino perché ha un elettrone spaiato) è detto ione

ione idrossido, lo ione O

2-. è detto perossido. Dal perossido si formano anche composti caratterizzati

superossido, oppure lo ione O 22-

da legami tra ossigeni; sono composti citotossici perché i legami possono rompersi in moto omolitico

generando due radicali OH. I radicali sono specie che generano eventi reattivi proliferativi all’interno

dell’organismo e possono portare a patologie gravi. L’ultimo caso di ioni negativi poliatomici è quello degli

), solfato (SO ), nitrato (NO ) e solidato (SiO ). Sono

ioni con la desinenza “ato” come carbonato (CO 32- 42- 3- 44-

ciò che rimane dopo che gli idrossidi acidi cedono il loro protone e sono definiti basi coniugate degli

idrossidi acidi.

Idrossidi

Sono l’ultima categoria di composti. Sono composti ternari dati dalla combinazione di idrogeno, un

elemento chimico X e l’ossigeno. I primi due gruppi della tavola periodica generano gli idrossidi ionici

, M e OH-.

assieme al Tallio del terzo gruppo. Questi contengono lo ione M+, M 2+ 3+

Il primo gruppo:

Il secondo gruppo:

Il tredicesimo gruppo: Questi idrossidi (in blu) sono composti ionici e in acqua si

dissociano dando origine a ioni solfatati e quindi in acqua

introducono ioni OH-. Sono le classiche basi inorganiche.

Essendo ionici, sono solidi a temperatura ambiente.

Gli idrossidi molecolari (in giallo), formati dagli elementi più

elettronegativi, sono molto numerosi. Si chiamano anche

idrossidi acidi o ossiacidi perché in acqua hanno tendenza a

cedere protoni comportandosi da acidi. Gli ossiacidi sono gli

acidi fondamentali.

Le caratteristiche strutturali degli ossiacidi sono simili. Nella struttura di Lewis l’elemento X é

centrale legato variamente ad almeno un gruppo OH (non come ione idrossido) formando un

angolo di 109 gradi e spesso un doppio legame con l’ossigeno. Gli H sono legati sempre agli

PO , H PO .

ossigeni, tranne in 2 casi del fosforo H 3 3 3 2

Alcuni esempi di ossiacidi sono i seguenti:

Nell’acido borico abbiamo il boro centrale, i tre ossigeni

periferici legati al boro e gli idrogeni legati agli ossigeni. Ha

una struttura trigonale piana e si può scrivere con Lewis.

L’immagine accanto è un piano reticolare che

contiene gli acidi borici legati attraverso legami ad

idrogeno; l’idrogeno di un OH lega all’ossigeno di un

OH di un altro acido borico.

SiO ha un silicio legato a quattro

L’acido del silicio H 4 4

ossigeni ed ogni ossigeno legato ad un idrogeno. In

laboratorio è molto raro. É importante per i suoi

anioni che si formano dalla cessione di idrogeni. Lo

, è l'unità costituente

ione dell’acido del silicio, SiO 44-

di una classe di polimeri detti silicati. I silicati sono i polimeri che costituiscono rocce e polimeri sintetici,

ovvero siliconi, sostanze plastiche inventate dall’uomo. Sono chimicamente inerti per via dei legami

fortissimi tra silicio e ossigeno. Tutte le reazioni effettuate in laboratorio sono fatte nel vetro che è composto

da silicati. PO , H PO , H PO . L’acido fosforico ha

Il fosforo ha alcuni acidi. I più importanti sono (acido fosforico), H 3 4 3 3 3 2

PO è l’unico acido che lega l’H direttamente all’atomo centrale. L’H PO ha due

una struttura canonica. L’H 3 3 3 2

idrogeni legati direttamente al fosforo. Tutti gli H legati all’O sono acidi e hanno carica parziale positiva.

Anche gli anioni dell’acido fosforico danno origine a dei polimeri. Sono detti fosfati oppure poli fosfati. I poli

fosfati sono dei componenti dei detersivi ma sono anche conservanti molto utilizzati nell’industria

P O , chiamato acido difosforico, che si ottiene

alimentare. L’acido fosforico ha un altro derivato H 4 2 7

PO . Questa reazione avviene con l’eliminazione di

prendendo due molecole di acido fosforico, quindi 2H 3 4

una molecola di acqua. Il legame formatosi si chiama legame fosfoestereo. Sono due tetraedri uniti per un

vertice.

In condizioni opportune, gli acidi difosforici danno vita a dei polimeri, continuando questo processo per più

molecole. Si viene a creare una catena che ripete la struttura segnata in rosso

I polimeri possono avere strutture a catena quando hanno strutture tetraedriche oppure ad anello.

SO e H SO .

Gli acidi dello zolfo più importanti sono due: H 2 4 2 3

Se all’H SO si prendiamo un OH e lo rendiamo un legame perossidico OOH, otteniamo l’acido

2 4 SO sostituiamo un ossigeno con uno zolfo otteniamo un H S O , ovvero un

perossidisolforico. Se all’H 2 4 2 2 3

acido tiosolforico.

Se all’H SO aggiungiamo un H O otteniamo H S O ovvero acido difosforico.

2 4 2 2 2 7

S O è invece il perossidisolforico che si ottiene dall’H S O con l’aggiunta di un ossigeno.

H

2 2 8 2 2 7

Nomenclatura IUPAC degli ossiacidi

La nomenclatura degli ossiacidi, ad ora superata, prevedeva un prefisso (ipo e per) e un suffisso (oso e ico)

in base ai numeri di ossidazione. Quando i numeri di ossidazione erano solo due, si usavamo iso e oso,

quando erano più di due si usavano anche i prefissi.

SO ha numero di ossidazione +4 acido solforoso e nel H SO ha numero di ossidazione +6,

Ad esempio: H

2 3 2 4

per cui si chiamava acido solforico.

La nomenclatura odierna, la IUPAC, per questi composti prevede che la desinenza sia unica, ovvero -ico. I

composti prendono tutti il nome di acidi poiché parliamo di ossiacidi. La formula è data da:

= acido tri osso nitrico (V)

Es. HNO 3

Il numero di idrogeni si ricava dalla formula tramite il numero di ossidazione. La somma dei numeri di

ossidazione deve essere tre. Sappiamo che l’ossigeno è meno due, sappiamo che l’azoto é più cinque,

-6+5=-1, significa che l’idrogeno è più uno.

BO

Es. Acido triossoborico (III) = H 3 3 P O

Es. Acido eptaosso difosforico (V) = H 4 2 7

Gli anioni corrispondenti a questi acidi hanno la stessa nomenclatura, invece del suffisso -ico hanno, però, il

suffisso -ato.

CENNI DI TERMODINAMICA CHIMICA

Li utilizzeremo quando andremo a trattare di reazioni chimiche perché questi concetti di termodinamica

chimica servono a noi soprattutto per poter fare delle previsioni, previsioni sulle reazioni (es. se queste in

certe condizioni avvengono, se è favorita la reazione opposta, se sono reazioni che avvengono con

emissione di calore o acquisto di calore, qual è il loro aspetto legato agli stati accessibili, se una reazione in

certe condizioni è spontanea o meno).

La termodinamica è una disciplina che si occupa, che studia, i trasferimenti e le trasformazioni dell’energia

di un qualsiasi sistema termodinamico.

Definizione generale di sistema termodinamico si definisce come tale una qualsiasi percettibile quantità di

materia su cui si possa fare un’osservazione macroscopica. I costituenti del nostro sistema termodinamico

sono atomi, molecole oppure ioni.

Cos’è l’ambiente del sistema termodinamico? L’ambiente è tutto il resto dell’universo, tutto ciò che circonda

il nostro sistema termodinamico. Il sistema termodinamico può essere isolato, chiuso o aperto.

SISTEMA TERMODINAMICO ISOLATO non può scambiare energia e non può scambiare materia con

l’esterno.

SISTEMA TERMODINAMICO CHIUSO può scambiare energia con l’esterno, ma non può scambiare materia.

SISTEMA TERMODINAMICO APERTO lo scambio è libero (sia di energia, sia di materia) con l’ambiente.

Isolato chiuso aperto

In genere le reazioni chimiche avvengono in sistemi aperti, perché possono scambiare energia e

possono acquisire i prodotti. Ogni stato del sistema termodinamico viene descritto da variabili, vengono

definite variabili termodinamiche di stato, descrivono effettivamente lo stato del sistema.

P = pressione (bar)

T = temperatura (K=kelvin)

V = volume (dm³)

n = quantità di sostanza (mol)

Le prime due (pressione e temperatura) si chiamano variabili intensive perché non dipendono dalla quantità

di materia e non sono additive, mentre volume e moli sono variabili estensive perché dipendono dalla

quantità di materia contenuta nel sistema termodinamico e sono additive.

La termodinamica studia sistemi in equilibrio, cos’è uno stato di equilibrio? È uno stato in cui le proprietà

fisiche e chimiche del sistema restano invariate nel tempo se non perturbato. La

termodinamica studia le trasformazioni di un sistema da uno stato di equilibrio iniziale a

uno stato di equilibrio finale (trasformazioni del sistema fra stati di equilibrio).

Le trasformazioni per noi sono le reazioni chimiche che cambiano la composizione del

sistema da stato iniziale a stato finale, se avviene una reazione chimica non cambiano gli

atomi ma sono diversamente combinati.

LE FUNZIONI DI STATO DEL SISTEMA TERMODINAMICO

Sono funzioni che dipendono esclusivamente dallo stato del sistema. La prima funzione di stato del sistema

termodinamico è l’energia interna.

ENERGIA INTERNA (U) l’en