1 Chimica inorganica, tavola periodica

MAGNESIO

Uno dei composti più importanti è l’ossido che si ottiene dalla decomposizione del carbonato.



MgCO3 MgO + CO2.

Ha un alto punto di fusione, buona conducibilità termica e scarsa conducibilità elettrica. Viene infatti utilizzato

come refrattario nei forni elettrici. È altresì importante perché presente nella clorofilla delle piante, in una

complessa molecola organica dove esso funge da coordinatore, chiamata porfirina, dove favorisce il processo



di fotosintesi, la cui reazione è 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2.

CALCIO La reazione importante è la stessa del magnesio. Si ottiene l’ossido per decomposizione

all’aria, che poi può essere idratato per dare l’idrossido e poi nuovamente carbonatato

dall’anidride carbonica dell’aria.

 

CaO + H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

In presenza di un’alta concentrazione di anidride carbonica, in acqua dal carbonato si può ottenete il



bicarbonato CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2

Nei metalli alcalino terrosi, i bicarbonati sono più solubili dei carbonati *. Il CaO può essere utile anche per

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preparare il metasilicato di calcio. CaO + SiO2 CaSiO3



E per preparare il carburo di calcio CaO + 3C CaC2 + CO che per idrolisi dà l’acetilene



CaC2 + H2O C2H2 + Ca(OH)2 

Per reazione con cloro si ottiene l’ipoclorito 2Cl2 + 2Ca(OH)2 CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O

Che, per effeto dell’anidride carbonica, si decompone, in acqua, per dare CaCO3 e acido ipocloroso HClO.

Per effetto della luce si ha scissione fotochimica e l’acido ipocloroso si scinde dando HCl e ½ O2. Mescolando



acido cloridrico e acido ipocloroso HClO + HCl Cl2 + H2O. Questa miscela ha proprietà sbiancanti

perché ossigeno e cloro nascenti hanno forti proprietà ossidanti.

BARIO E STRONZIO : I Loro Sali sono molto utilizzati per preparare i fuochi d’artificio perché danno colorazioni

verdi per il bario e rosse per lo stronzio.

 *si ha questa inversione di solubilità perché l’insolubilità dei carbonati aumenta all’aumentare della

dimensione dei cationi, che diventano molto simili a quelle dell’anione.

ELEMENTI DEL TERZO GRUPPO.

Configurazione elettronica esterna: ns2 np1.

Stati di ossidazione: +3 (rimozione di tutti gli elettroni) +1 (rimozione dell’elettrone np, stabile nel Tallio),

qualche volta si trova anche il +2, come nell’Indio.

Il boro, primo elemento del gruppo, è un non metallo, mentre gli altri elementi sono metalli. Il boro ha una

chimica a parte di notevole complessità.

BORO elementare si presenta in forma elementare come una struttura compatta a forma di

Icosaedro, cioè un solido avente 20 facce a forma di triangolo equilatero. Esso viene utilizzato

come refrattario, perché resiste alle alte temperature senza subire grandi variazioni: è quindi un

non conduttore, utilizzato come isolante.

Preparazione del boro 

Riduzione dagli ossidi o dagli alogenuri B2O3 + 3Mg 3MgO + 2 B



Riduzione dagli alogenuri 2BBr3 + 3H2 2B + 6HBr



Per la reazione 2 B2O3 + 4C B4C + 3CO2 si forma il carburo di boro, detto diamante nero, un materiale

ceramico abrasivo.

Facendo reagire il boro con l’ammoniaca, si ottiene nitruro di boro e idrogeno. Il nitruro di boro è

caratterizzato da un eccellente durezza a caldo.

Uno dei composti ossigenati più importanti è il borace, che si trova in natura come sale sodico dell’ipotetico

acido H2B4O7. Il borace ha formula Na2B4O7*10H2O, utilizzato per la fabbricazione dei vetri e degli smalti, e

per la saldatura dei metalli. È utilizzato anche per lavare i tessuti perché è in grado di sciogliere i grassi etc.

L’anione B4O7(--) non esiste in natura, e si trova sotto la forma [B4O5(OH)4]2-.

Acidificando il borace si ottiene acido ortoborico H3BO3, che con acqua forma



un addotto di Lewis B(OH)3 + H2O H2O:B(OH)3

Tale addotto in soluzione si dissocia



H2O:B(OH)3 + H2O H3O+ + [B(OH)4]- , è un acido debole con ka ~10^-10

È uno standard per le titolazioni di acidi forti, in quanto sciogliendosi in acqua



[B(OH)4]- agisce da base 2[B(OH)4]- + 2H3O+ 2B(OH)3 + 4H2O



Riscaldando l’acido borico si ottiene 2B(OH)3 B2O3 + 3H2O

Il boro forma con idrogeno una classe di composti chiamati borani, dei quali il primo termine della serie si

chiama diborano e ha formula B2H6 e si prepara per reazione di un alogenuro con tetraidroborano di sodio

(energico riducente): 

4 BF3 + 3 NaBH4 3 NaBF4 + 2 B2H6

Oppure per reazione di sodio boroidruro con iodio elementare, che da ioduro di sodio, diborano e idrogeno.

Il diborano ha una situazione di legame abbastanza interessante e costituisce un esempio di legame a 3 centri.

È instabile all’aria, quando entra a contatto con l’ossigeno dell’atmosfera si



trasforma in ossido di boro, liberando acqua B2H6 + 3 O2 B2O3

+ 3H2O.

Dal punto di vista commerciale, era importante un sale che si ottiene facendo precipitare il metaborato di

sodio da soluzioni di perossido di idrogeno, detto perborato di sodio, che aveva proprietà sbiancanti. Questo

sale ha composizione incerta NaBO2*H2O2*3H2O. in questo sale, che ha come formula minima NaBO2, è

presente un anione in forma trimerica, B3O6 3- , o in forma polimerica, [(BO2(n]n- . In queste formule, ogni

atomo di boro ha geometria trigonale planare legato a ponte con atomi di ossigeno.

ALLUMINIO si trova in natura come Al2O3*nH2O , chiamata allumina, e si prepara per

elettrolisi di una miscela di Al2O3/Na3AlF6. Siccome l’allumina si trova impura per ossidi,

occorre purificarla attraverso il processo bayer, sfruttando le proprietà anfotere

dell’alluminio. 

Al2O3 + SiO2 + 4 NaOH + 5H2O 2 Na[Al(OH)4] + Na2[Si(OH)6]

Tutti gli altri idrossidi di eventuali metalli precipitano. Quando si acidifica con CO2



CO2 + 2 Na[Al(OH)4 Na2CO3 + Al2O3 + 4H2O l’esaidrossosilicato di sodio resta in soluzione

Dopodiché si passa all’elettrolisi vera e propria (Processo Hall)



(+) 2Al 3+ + 6e- 2Al



(-) 2O (2-) +C CO2 + 4 e-

La reazione all’anodo è particolare perché si utlizzano elettrodi di grafite. L’idrossido di alluminio è anfotero, e

per questo abbiamo

 

Al 3+ + 6H2O 3H3O+ + Al(OH)3 che, se reagisce con OH- [Al(OH)4]-



E per disidratazione dà luogo all’allumina. 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O

L’allumina esiste in natura in due forme cristalline molto differenti: l’alfa-allumina, detta anche corundum,

materiale durissimo utilizzato per pulire i vetri o per preparare carta smeriglio, e la gamma-allumina,

materiale poroso capace di assorbire acqua ed utilizzata come supporto per cromatografia e catalizzatori.

Il cloruro di alluminio, AlCl3, è ionico allo stato solido, ma fondendo si presenta

come una molecola dimera (anche allo stato gassoso) con legami a 3 centri.

Bromuri e ioduri esistono come dimeri anche allo stato solido, cosa che non vale

per l’alluminio. In acqua AlCl3 si idrolizza dando idrossido e acido cloridrico



AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCl.

Gallio, indio e tallio: sono noti per l’applicazione nel drogaggio dei semiconduttori. Composti a stato di

ossidazione +1 sono noti solamente per il Tallio (velenosissimo, causa calvizie ed impotenza, utilizzato per la

derattizzazione), del quale si conosce un cloruro TlCl, poco solubile in acqua come l’argento cloruro.

ELEMENTI DEL GRUPPO IV

Configurazione elettronica esterna: ns2 np2

Stati di ossidazione: +2, + 4 con elementi più elettronegativi, negativi fino a -4 con elementi meno EN.

Carbonio e silicio hanno sostanzialmente carattere non metallico, e ciò rende i loro ossidi acidi. Scendendo

verso il piombo, gli elementi diventano metalli, quindi si ha un comportamento fortemente anfotero. La

differenza sostanziale tra questi due elementi sta nel fatto che il carbonio forma un legame C-C ad alta

energia, piuttosto che altri legami. Inoltre il silicio ha poche possibilità di formare catene perché ha gli orbitali

d vuoti, a differenza del carbonio che forma lunghe catene di idrocarburi. Piuttosto il silicio forma un legame

ad alta energia con l’ossigeno, il che giustifica la formazione di catene del tipo Si-O-Si-O-Si….

SOLIDI COVALENTI In genere nei solidi covalenti le interazioni che si hanno tra le molecole allo stato solido

sono analoghe a quelle dei legami covalenti interni alle singole molecole. Se in un metano sostituissimo ogni

atomo di idrogeno con gruppi metilici, e così via, otterremmo il diamante, la forma cristallina più pura del

carbonio.

CARBONIO : si trova in natura sotto due forme allotropiche, diamante e grafite. Nel primo vengono osservate

distanze di legame eguali a quelle di un legame semplice nell’etano (1.54 Armstrong) , dove si ha

sovrapposizione di orbitali ibridi sp3. Nella grafite sono state invece osservate distanze di

legame paragonabili a quelle del benzene, perché si ha un legame che riceve un contributo di

orbitali pi, come nelle ibridizzazioni sp2. I “foglietti” di grafite sono infatti tenuti insieme sul

piano verticale da interazioni di non legame degli orbitali pi dei vari carboni, che nel reticolo

cristallino risultano avere solamente 3 legami.

Il diamante è un solido isotropo. Ciò significa che è identico in tutte le direzioni verso le quali esso viene

esaminato, mentre la grafite è anisotropa, appunto perché lo sviluppo del reticolo avviene lungo piani

preferenziali. La debole interazione tra gli strati fa sì che la grafite sia un conduttore di elettricità.

Sottoponendo la grafite a pressioni elevatissime (>70.000 atm) e a temperature superiori ai 1800 gradi, si

ottengono i diamanti sintetici. Data la durezza di questo composto, è usato per tagli e scavi a livello

industriale, oltre che ovviamente commercializzato come pietra preziosa.

Il discorso fatto per il diamante è valido anche per il quarzo, composto da unità elementari di silice SiO2, nel

quale ogni atomo di Silicio è tetraedricamente legato a 4 atomi di ossigeno. Le coppie elettroniche di legame

sono isolate in mezzo agli atomi, e quindi impossibilitate a muoversi. Ciò rende questo composto, a differenza

dei metalli che hanno gli elettroni liberi di muoversi, un isolante e non un conduttore di elettricità. Questa

struttura tetraedrica è anche responsabile della complessità degli acidi polisilicici, in cui atomi di ossigeno

formano legami a ponte ed è l’unita SiO4 quella che si ripete.

Reazioni del carbonio: chiaramente, reagisce con ossigeno in 3 modi

 

C + ½ O2 CO CO + ½ O2 CO2 C+O2CO2

L’anidride carbonica sciogliendosi in acqua la rende debolmente acida

 

CO2 + 2