Chimica generale - dall'atomo alla nomenclatura

2 L’ATOMO E I SUOI LEGAMI

1) Atomo.

a. Costituito da 3 tipi di particelle:

I. Protoni = cariche elementari positive;

II. Neutroni = cariche nulle;

III. Elettroni = cariche elementari negative;

b. Costituito da un nucleo: formato da Protoni e Neutroni;

c. Costituito da una “nube” che ruota attorno al nucleo: formata da

elettroni;

Si parla di nube elettronica e non di carica puntiforme perché le cariche negative

sono delocalizzate, cioè, gli elettroni sono in costante movimento rotatorio e

vibratorio.

Costituzione dell’atomo: = elettrone (-)

= protone (+)

= neutrone (nessuna carica)

2) Tipi di legame chimico.

a. Legame omeopolare: si ha quando atomi uguali (H-H ; O-O) mettono in

comune uno o più elettroni per completare l’orbitale di legame;

b. Legame covalente: si ha quando atomi diversi (H-Cl) mettono in comune

uno o più elettroni per completare l’orbitale di legame;

c. Legame dativo o di coordinazione: si ha quando un atomo (chiamato

datore) cede (in comproprietà=messa in comune) un doppietto di

elettroni ad un atomo (chiamato accettore) in grado di riceverlo;

I legami omeopolari e covalenti possono essere di semplice, doppio e triplo legame

(ogni legame si indica con un trattino);

legame omeopolare = (ad es.) idrogeno + idrogeno = H-H

legame covalente = (ad es.) idrogeno + cloro = H-Cl 3

legame dativo = (ad es.) zolfo + ossigeno = anidride solforica O

la freccia indica il legame dativo S = O

O

legame semplice = 1 elettrone in comune = (ad es.) etano H C-CH

3 3

legame doppio = 2 elettroni in comune = (ad es.) etene H C=CH

2 2

legame triplo = 3 elettroni in comune = (ad es.) etino HC≡CH

4 LA REAZIONE CHIMICA

1) Reazioni chimiche.

Quando si mettono a contatto due o più atomi o molecole si ottengono delle

reazioni che danno luogo a combinazioni atomiche (o molecolari) più o meno

spontanee.

Questo significa che non tutte le reazioni chimiche si ottengono semplicemente

ponendo nello stesso “recipiente” gli atomi da combinare, ma che in molti casi

bisogna “spendere” o “sottrarre” energia, che può essere di tipo meccanica,

elettrica o elettromeccanica.

Le reazioni sono sempre di ossidoriduzione, infatti, contemporaneamente una

specie si ossida e una specie si riduce.

Si dice che una specie si ossida quando cede elettroni e, quindi, aumenta il

proprio numero di ossidazione, mentre, si dice che una specie si riduce quando

acquista elettroni diminuendo, quindi, il proprio numero di ossidazione.

Quindi:

- l’elemento che si ossida è detto riducente (perché sottrae elettroni ad un

elemento riducendone il numero);

- l’elemento che si riduce è detto ossidante (perché cede elettroni ad un

elemento aumentandone il numero). non metalli

Si può quindi dedurre che gli elementi riducenti sono i e quelli

metalli.

ossidanti i Esistono anche elementi che possono comportarsi, in base

metalli non metalli.

alle condizioni di reazione, sia da che da Questi elementi

anfoteri.

sono chiamati

Ogni reazione chimica da luogo a dei prodotti. Gli atomi dei prodotti risultanti

devono pareggiare gli atomi dei prodotti reagenti, questo perché la materia non

si può né creare né distruggere.

reagenti risultanti

Sono chiamati i prodotti posti in combinazione e i prodotti

ottenuti dalla combinazione.

2) Bilanciamento delle formule chimiche.

Quando in una reazione chimica entrano in gioco elementi atomici o

molecolari si ottengono sempre dei prodotti di reazione, cioè dei prodotti

ottenuti dalla combinazione chimica degli atomi in gioco. Tali reazioni, sotto

forma di uguaglianze tra prodotti in combinazione e prodotti ottenuti per

reazione, vanno matematicamente bilanciate, cioè si deve fare in modo che gli

5

atomi posti in reazione siano uguali agli atomi dei prodotti risultanti secondo lo

schema:

elementi = elementi

reagenti risultanti

Quindi, si procede in questo modo:

Esempio 1: anidride solforica.

S + O = SO

3

normalmente l’ossigeno in natura si trova sotto forma di molecola biatomica

(O ), quindi:

2

S + O = SO

2 3

cioè:

zolfo + ossigeno = anidride solforica

bilanciamo:

esistono 2 atomi di ossigeno da una parte e 3 atomi di ossigeno dall’altra,

mentre gli atomi di zolfo sono uguali (1 per parte), bilanciamo l’ossigeno

moltiplicando per 3 l’ossigeno del reagente e per 2 il risultante:

S + 3O = 2SO

2 3

adesso abbiamo 6 atomi di ossigeno nei reagenti e 6 atomi di ossigeno nei

risultanti ma abbiamo ancora solo 1 atomo di zolfo nei reagenti e 2 atomi di

zolfo nei risultanti, quindi non ci resta che bilanciare lo zolfo moltiplicando per

2 il reagente: formula perfettamente bilanciata.

2S + 3O = 2SO

2 3

Esempio 2: acido solforico.

SO + H O = H SO

3 2 2 4

Controlliamo il numero di atomi: 1 atomo di zolfo nei reagenti e 1 atomo di

zolfo nei risultanti, 4 atomi di ossigeno nei reagenti e 4 atomi di ossigeno nei

risultanti, 2 atomi di idrogeno nei reagenti e 2 atomi di idrogeno nel prodotto:

in questa formula non c’è bisogno di alcun bilanciamento.

6 Poniamola adesso sotto forma molecolare, cioè come ottenuta dalla reazione di

combinazione di zolfo e ossigeno:

2SO + H O = H SO

3 2 2 4

controllando la formula vediamo subito che esistono 2 atomi di zolfo nei

reagenti e 1 nei risultanti, per bilanciare proviamo a moltiplicare per 2 il

prodotto dei risultanti:

2SO + H O = 2H SO

3 2 2 4

adesso abbiamo 2 atomi di zolfo sia nei reagenti che nei risultanti, ma abbiamo

7 atomi di ossigeno nei reagenti e 8 nel prodotto risultante, nonché 2 atomi di

idrogeno nei reagenti e 4 atomi di idrogeno nei risultanti; moltiplichiamo

quindi per 2 la molecola d’acqua:

2SO + 2H O = 2H SO

3 2 2 4

adesso abbiamo 2 atomi di zolfo, 8 atomi di ossigeno, 4 atomi di idrogeno, sia

nei reagenti che nei risultanti. Formula bilanciata.

3) Come si combinano gli elementi chimici.

Gli elementi chimici si combinano mediante le loro caratteristiche chimico-

fisiche. Più precisamente mediante il loro comportamento chimico e mediante

il numero di ossidazione, cioè la capacità di cedere o acquistare elettroni e il

numero di elettroni scambiabili.

In base a questo possiamo dividere gli elementi in 4 grandi gruppi chimici:

- metalli = che cedono elettroni;

- non metalli = che acquistano elettroni;

- anfoteri = che possono sia cedere che acquistare elettroni;

- gas nobili = non danno luogo a reazioni sono detti anche inermi.

Il numero di ossidazione può essere positivo o negativo e indica

principalmente che uno o più elementi positivi possono combinarsi solo uno o

più con elementi negativi, questo perché la carica elettrica della molecola

risultante deve essere nulla. Non possono combinarsi elementi solo negativi o

solo positivi.

Il numero di ossidazione è indicato nelle tabelle di ogni elemento presente

nella tavola periodica.

Principalmente: il numero di ossidazione dell’idrogeno è sempre +1, tranne che

per la composizione di idruri, in quel caso il n.o. è –1; l’ossigeno ha sempre

7

n.o. –2, tranne che nei perossocomposti dove ha n.o. –1; gli elementi intesi

come sostanze semplici hanno n.o. 0.

4) Come “costruire” una molecola combinando gli elementi in base ai loro

numeri di ossidazione.

Vediamo come combinare alcune elementi in base ai numeri di ossidazione e

quante molecole si possono ottenere per quegli elementi che possiedono più di

un numero di ossidazione:

prendiamo in esame l’elemento più presente in natura: l’acqua.

Nota particolare: quando in chimica si parla di acqua si intende per

antonomasia la formula chimica H O che, in realtà, è la formula dell’acqua

2

distillata. L’acqua, come la chiamiamo comunemente e cioè quella presente in

natura è in realtà una soluzione di elementi vari (sali, ioni) disciolti in acqua

distillata, quindi H O+ elementi vari.

2

Combiniamo dunque idrogeno e ossigeno:

per:

= n.o. +1; =n.o. –2

H O

si combina:

H + O

poniamo i numeri di ossidazione:

+1 -2

H + O

Ora, per costruire la molecola e renderla neutra dobbiamo eseguire una

semplice operazione razionale tra numeri relativi e far si che la loro somma

algebrica sia pari a zero, quindi:

2x(+1) + (-2) = 0

significa che per costruire la molecola servono 2 atomi di idrogeno (+1) e 1

atomo di ossigeno (-2) e quindi: +1 -2

+1 -2 +1 -2

quindi

H + O = HO 2H + O = H O

2

8 NB: in una reazione chimica gli elementi reagenti e gli elementi prodotti

devono sempre essere neutri, cioè non devono possedere nessuna “carica”

residua, il che significa che la loro somma algebrica deve essere sempre

pari a zero secondo lo schema:

reagenti = 0 prodotti = 0

reagenti = prodotti 0 = 0

Combiniamo Cloro e Ossigeno:

Cloro (Cl) + Ossigeno (O)

L’atomo di Cloro possiede quattro numeri di ossidazione (n.o.), quindi

chimicamente può combinarsi per formare quattro diverse molecole:

= n.o. +1, +3, +5, +7; = n.o. –2

Cl O

Per = +1:

Cl

+1 -2

Cl + O

2x(+1) + (-2) = 0

quindi,

+1 -2 +1 -2

per dare

Cl + O = ClO 2Cl + O = Cl O

2

Per = +3

Cl

+3 -2

Cl + O

2x(+3) + 3x(-2) = 0

quindi,

+3 -2 +3 -2

per dare

Cl + O = ClO 2Cl + 3O = Cl O

2 3 9

Per = +5

Cl

+5 -2

Cl + O = ClO

2x(+5) + 5x(-2) = 0

quindi,

+5 -2 +5 -2

per dare

Cl + O = ClO 2Cl + 5O = Cl O

2 5

Per = +7

Cl

+7 -2

Cl + O

2x(+7) + 7x(-2) = 0

quindi,

+7 -2 +7 -2

per dare

Cl + O = ClO 2Cl + 7O = Cl O

2 7

10 NOMENCLATURA

1) Nomenclatura. Nozioni.

La nomenclatura è la tecnica di assegnazione dei nomi ai composti molecolari,

si devono seguire semplici regole in base al tipo di reazione e di elementi che

entrano in reazione.

a) Ossidi e Anidridi.

Metalli e non metalli, nei loro numeri di ossidazione positivi, possono

combinarsi con l’ossigeno per dare luogo a due classi di ossidi: ossidi basici e

ossidi acidi.

- ottenuti dalla combinazione di ossigeno e metalli vengono

Ossidi Basici:

chiamati OSSIDI;

- ottenuti dalla combinazione di ossigeno e non metalli

Ossidi Acidi:

vengono chiamati ANIDRIDI.

Gli ossidi e le anidridi si nominano nel seguente modo:

- prima si pone il nome del tipo di ossido: per gli ossidi basici la parola

ossido, per gli ossidi acidi la parola anidride;

- si fa seguire, per gli elementi con un solo n.o., il suffisso –ico alla radice

dell’elemento