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La tavola periodica e il legame chimico

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Il mondo della chimica corrisponde ad un insieme numeroso e diversificato di sostanze, ovvero di composti chimici.Essi risultano formati dall' unione di atomi appartenenti agli stessi elementi chimici e più diffusamente ad elementi chimici diversi.Gli unici elementi chimici che non si uniscono a formare composti sono quelli dell' ottavo gruppo A della tavola periodica, conosciuti con il nome di gas inerti.In ordine al modo in cui si uniscono gli atomi è indipendenza dei loro valori di elettronegatività e in modo più approssimato si può considerare anche la loro natura e posizione all’interno della tavola periodica. Le possibili unioni riguardano :

• non metalli che si uniscono ad altri non metalli;
• non metalli che si uniscono a metalli;
• metalli insieme ad altri metalli.

I non metalli li troviamo a destra nella tavola periodica e ben rappresentati dall’ossigeno, dall’azoto e anche dall’idrogeno. Questi hanno valori elevati di elettronegatività che si traduce in una forte attrazione verso gli elettroni utili a formare i legami chimici.

• secondo caso, riguarda l unione dei non metalli con elementi metallici, ci troviamo di fronte ad elementi che hanno un comportamento estremo, rispetto ai valori di elettronegatività, per cui accade che gli elettroni messi a disposizione, si spostano sul non metallo, diventando uno ione negativo mentre, il metallo che ha ceduto questi elettroni, diventa uno ione positivo. E dovremmo riconoscere che le particelle di carica oppposta si attraggono originando una struttura reticolata geometrica, del composto chimico che si dirà composto ionico, la struttura che ne scaturisce è rigida, queste sostanze le troviamo nello stato solido. immaginiamo il nostro sale da cucina e piu diffusamente le sostanze che vanno a costituire il mondo dei minerali e della chimica indica con il nome di sali.

• in questo caso avendo gli atomi una simile forza attrattiva verso elettroni (di valenza) scambiati, scaturisce una loro condivisione, che il legame chimico lo abbiamo conosciuto con il nome di covalente. Se il composto si forma unendo atomi uguali (O2,N2,CL2) le nuove particelle che possiamo chiamare molecole, hanno una omogenea distribuzione delle proprie cariche e per tanto anche se si avvicinano o urtano, tentano a rimanere indipendenti, come risultato la sostanza ordinariamente si viene a presentare nello stato aeriforme (immaginiamo l'ossigeno e l'azoto). Se i non metalli sono diversi si forma sempre un legame covalente, solo che le coppie di elettroni condivisi si spostano leggermente verso l’atomo più elettronegativo per cui la molecola diventa una particella dipolari, con due poli, una carica negativa vicino all’atomo più elettronegativo e la carica positiva vicino un atomo meno elettronegativo. In questo caso le molecole se si avvicinano, tendono ad attrarsi e cioe a restare unite e il risultato più frequentemente fa apparire queste sostanze in forma di liquido.

i tre casi di unione

• La terza condizione riguarda l unione tra elementi metallici, più spesso atomi uguali ma anche diversi. Ad essere coinvolti sono sempre un numero di questi atomi avendo valori bassi e simili di elettronegatività, si viene a creare un flusso, di elettroni di legame i quali si spostano continuamente tra tutti gli atomi presenti. Tali elettroni funzionano da collante, e tendono fortemente uniti fra di loro gli atomi presenti. Anche questa condizione genera una disposizione piu o meno ordinata delle particelle e le sostanze indicate con il termine di metalliche, ordinariamente si presentano nello stato solido. Pensiamo ai granelli di oro, di argento, al rame, normalmente presenti in natura, ma anche a condizioni artificiali, come le leghe metalliche. La chimica utilizza una propria unità di misura per valutare la forza che tiene unite le particelle fra di loro piu propriamente detta energia di legame chimico. Esso corrisponde a KJ/mol. In questo caso i valori oscillano tra i 450 e i 550 kj/mol.

Nel caso del legame dei non metalli che si generano molecole, abbiamo riferito che tra le molecole si genera un interazione dipolare,indicata in generale con il nome di legame chimico secondario. Anche questo ha una sua forza, e che in media possiamo valutare fra i 45 e i 50 kj per mol.Volendo mettere a confronto il legame fondamentale, interatomico, con quello secondario, inrermolecolare possiamo constatare un rapporto di circa 10 a 1, ovvero è molto piu difficile rompere il legame fra gli atomi che quello fra le molecole.

i tre casi di unione

La chimica è impegnata soprattutto nella possibilità di trasformare sostanze chimiche in nuove sostanze chimiche. Questo passaggio viene messo in evidenza attraverso un simbolismo che si definisce equazione di reazione. In linea generale le reazioni chimiche o trasformazioni, possono essere di tre tipi e anche in questo caso si usano simboli e formule per indicare le diverse sostanze. - i simboli si rilevano abbastanza facilmente dalla tavola periodica. Per le formule sappiamo che queste sono il risultato dell unione dei simboli dei diversi elementi che partecipano alla realizzazione del composto. - La sequenza dei simboli nella formula, non avviene a caso ma con uso di opportune regole. Altre regole permettono di assegnare il nome alla sostanza rappresentata sa una certa formula. Queste regole tengono in considerazione il fatto che i composti possono essere formati da soli due elementi, detti binari quindi piu semplici, oppure da tre diversi elementi e cioè ternari e cosi via. - I chimici a tale scopo hanno ideato un fattore, chiamato NUMERO DI OSSIDAZIONE, il quale riesce a risolvere in modo abbastanza agevole il problema di scrivere correttamente le formule chimiche ed anche le equazioni di reazione.

LE FORMULE CHIMICHE E L'EQUAZIONE DI REAZIONE

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Il numero di ossidazione (n.o.) per definizione rappresenta la carica reale o formale che si assegna ad ogni elemento chimico, e quando esso si lega ad altri elementi, gli elettroni di legame vengono assegnati all'atomo piu elettronegativo, in buona sostanza si considera come se tutti i legami tra gli atomi fossero di tipo ionico.

Questi numeri li possiamo trovare sulla tavola periodoca, con il segno meno o piu davanti ai numeri. Se il segno è negativo vuol dire che tale elemento si comporta da elettronegativo spostando su di se gli elettroni di legame, all‘apposto con il segno positivo vuol dire che cede gli elettroni di legame. Noi troviamo indicati i numeri di ossidazione che piu frequentemente gli elementi possono prendere, senza escludere la presenza anche di altri numeri che puo formare raramente.

Per il calcolo del numero di ossidazione ci servono le seguenti regole:

1. Nelle sostanze nello stato elementare, il numero di ossidazione è zero, per esempio il ferro metallico (Fe), ossigeno monoatomico(O) od anche ossigeno molecolare (O2).
2. L' idrogeno ha quasi sempre +1, tranne quando si lega ai metalli per cui diventa -1;
3. L'ossigeno nei suoi composti presenta il -2, tranne nei perossidi dove si forma un legame tra due atomi di ossigeno, per cui diventa -1, e con un altra eccezione di quando si lega al fluoro (elemento piu elettronegativo di tutti) diventando +2;
4. i metalli del primo gruppo a hanno sempre +1, i metalli del secondo gruppo a portano sempre +2, e quelli del terzo gruppo a, hanno quasi sempre solo il +3;
5. la somma algebrica dei numeri di ossidazione dei diversi elementi di un composto chimico è, sempre pari a zero;
6. in uno ione poliatomico, la sua somma algebrica è pari alla carica di uno ione
7. in uno ione monoatomico il numero di ossaidazione è uguale alla carica dello ione

numero di ossidazione

questi sono composti ternari perche formati da tre elementi chimici: il numero di ossidazione lo vogliamo usare per scrivere correttamente la formula molecolare nei composti binari inorganici (è giusto aggiungere che esiste la seconda categoria di composti definiti organici, questi ultimi sono quelli formati dal carbonio e lo stesso nome indica l importanza che li lega alla vita e che per tanto la chimica ne effettua una trattazione a se). Partiamo dalle indicazioni gia suggerite attraverso l'uso della tavola periodica, circa le diverse possibilità di formazione dei composti: prendiamo due non metalli, per esempio il carbonio + l ossigeno e vediamo la formula corretta. Dobbiamo per regola scrivere prima il simbolo dell elemento che si comporta da elettroppsitivo, seguito dall'elemento elettronegativo, prendere i loro numeri di ossidazione e invertirli come pedice (regola dell incrocio), e se questi si possono semplificare per un fattore comune, si semplificano ad eccezione dei perossidi.

+1 ? -2 +1 ? -2 +2 ? -2 H3 P O4 H CL O3 Ca S O4 | | | | | | +3 +5 -8 +1 +5 -6 +2 +6 -8H3 P 04 H CL O3 Ca S O4

ESEMPI PER IL CALCOLO DEL NUMERO DEI OSSIDAZIONE

Describe the problem you’re going to resolve and, above all, the reason why your idea is interesting

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NOMENCLATURA COMPOSTI CHIMICI INORGANICI

in buona sostanza si tratta di sapere come si assegnano i nomi alle sostanze chimiche. In verità questa storia ha le sue radici in tempi lontani per cui essendo poche le sostanze conosciute bastava dare allo scopritore la scelta del nome. Sappiamo che anche la chimica ha vissuto e vive il progresso per cui l'aumento e la scoperta di nuove sostanze ha evidenziato la necessita di trovare delle regole universali per l assegnazione dei nomi e ridurre la confusione. Una prima valida proposta giunge alla fine del settecento, ad opera di colui che è riconosciuto come il padre della chimica moderna, ovvero LAVOISIERE, le sue regole hanno dato vita a quella conosciuta come nomenclatura classica o tradizionale. Con il passare del tempo ha evidenziato dei limiti per cui non si riusciva a dare un nome funzionale ad alcune nuove sostanze, un alcuna altra modifica è stata consigliata agli inizi del 900 dal chimico statunitense STOCK. Nel 1961 è stata istituita una specifica commissione con il compito di trovare nuove regole che potessero semplificare quelle preesistenti e allo stesso tempo risolvere i casi difficili. E inoltre la stessa commissione si riunisce a scadenza periodica per fare eventuali aggiustamenti che si sarebbero venuti a presentare. Queste nuove regole vengono indicate come nomenclatura ufficiale od anche nomenclatura iupac. L'approccio alla conoscenza di questa tematica puo essere diversificata per cui la nostra è solo una delle tante, ma che in ogni caso portano alla medesima conclusione. dividiamo i composti in: binari, organici, inorganici formati solo da due tipi di elementi chimici; ternari da tre e quaternari da quattro.

nomenclatura ufficiale:1° esempio) monossido di monoferro2° esempio) monossido di bisodio3° esempio) triossido di biferronomenclatura tradizionale:1° esempio) ossido ferroso2° esempio: ossido di bisodio3° esempio) ossido ferriconomenclatura di Stock:1° esempio) ossido di ferro (II)2° esempio) ossido di sodio (I)3° esempio) ossido di ferro (III)->n.o

Fe+O Na+O Fe+O || || ||+2 -2 +1 -2 +3 -2Fe + O Na+O Fe + 0 || || ||Fe2O2 Na2O Fe2O3 ||FeO

la formula corretta del binario si scrive ponendo a sinistra l elemento elettropositivo e a destra quello elettronegativo e, che in questo caso è l ossigeno prendiamo per esempio il sodio.

OSSIGENO+ METALLO -> OSSIDI BASICI

Composti BINARI

Composti BINARI

In questo caso nella nomenclatura tradizionale non usiamo più il nome di ossidi ma di anidridi:nomenclatura ufficiale:1° esempio) ossido di carbonio 2° esempio) biossido di monocarbonio3° esempio) biossido di zolfonomenclatura tradizionale:1° esempio) anidride carboniosa2° esempio) anidride carbonica3° esempo) anidride solforosa

NON METALLO+OSSIGENO-> OSSIDO ACIDO

C+ O C2+O S+ O || || ||+2 -2 +2 -2 +4 -2C+ O C2 + O S O || || ||C2+O2 4 -2 S2O4 || C2+O ||CO || SO2 C2O4 || CO2

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Composti BINARI

nomenclatura di Stock:1° esempio: cloruro di idrogeno2° esempio: solfuro di idrogeno (II)3° esempio: cianuro di idrogenonomenclatura tradizionale:1° esempio: acido cloridico 2° esempio: acido solfidrico3° esempio: acido cianidririconomenclatura ufficiale:1° esempio: cloruro di idrogeno2° esempio: solfuro di diidrogeno3° esempio cianuro di idrogeno

Cl + H S+H Cn+ H || || || -1 1 -2 1 -1 1 || || || HCl H2S HCn

NON METALLO+ IDROGENO-> IDROACIDI

nomenclatura ufficiale:1° esempio: bidruro di ferro2° esempio: triduro di ferronomenclatura tradizionale:1° esempio: idruro ferroso2° esempio: idruro ferriconomenclatura di Stock:1° esempio: idruro di ferro (II)2° esempio: idruro di ferro (III)

Fe+ H Fe + H || ||+2 -1 +3 -1Fe+ H Fe + H || || FeH2 FeH3

METALLO + IDROGENO -> IDRURI

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Nomenclatura ufficiale.1° esempio: diifosforo di trirame2° esempio: fosforo di trirame nomenclatura tradizionale:1° esempio: fosforo rameico2° esempio: fosforo rameoso

METALLO + NON METALLO -> SALE BINARIO

Cu + P Cu+ P || || +2 -3 +1 -3 Cu P Cu P || || Cu3P2 Cu3P

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composti ternari

OSSIDO BASICO + ACQUA -> IDROSSIDO OSSIDO ACIDO + ACQUA -> OSSIACIDI IDROSSIDI + OSSIACIDI -> SALI TERNARINa2O + H2O-> NaOH IDROSSIDO DI SODIO per scrivere correttamente la formula, viene prima il metallo e poi tanti gruppi OH corrispondenti al numero di ossidazione del metallo FeO+ H2O-> Fe(OH)2 Fe2 O3+H2O->Fe(OH)3 Cu2O+ H2O-> 2CUOHCuO+H2O -> Cu(OH)2

Nomenclatura ufficiale:1° esempio: biidrossido di ferro 2° esempio: triiossido di birame3° esempio: idrossido di rame4° esempio: biidrossido di ramenomenclatura tradizionale:1° esempio: idrossido ferroso2° esempio: idrossido ferrico3° esempio: idrossido rameoso4° esempio biidrossido rameico

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nomenclatura ufficiale:1° esempio: idrossido di sodio 2° esempio: biidrossido di ferro 3° esempio: triidossido di ferro nomenclatura tradizionale:1° esempio: idrossido di sodio2° esempio: diidrossido ferroso3° esempio: triidrossido ferrico

OSSIDO BASICO + H20: IDROSSIDO

Na2O + H2O FeO + H2O Fe2O3 + H20 || || || +1 -2 +2 +3 -2Na2O + H2O FeO + H2O Fe2O3 + H2O || || || +1 -2 Fe(OH)2 +6 -6 Na2O + H2O Fe2O3 + H2O || || Na(OH) Fe(OH)3

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CL2O + H2O CL2 O3 + H2O CL2 O5 + H2O CL2 O7 + H2O || || || || H2 CL2 O2 H2 CL2 O4 H2 CL2 O6 H2 CL2 O8 || || || ||HCLO H CL O2 HCLO3 HCLO4

Nomenclatura ufficiale: 1° esempio: acido ossoclorico (I)2° esempio: acido diossoclorico (III)3° esempio: acido triossoclorico (V)4° esempio: acido tetraossoclorico (VII)nomenclatura tradizionale: 1° esempio: acido ipocloroso2° esempio: acido cloroso3° esempio: acido clorico4° esempio: acido perclorico

nomenclatura ufficiale:1° esempio: acido diossocarbonioso (II)2° esempio: acido triossocarbonico (IV)nomenclatura tradizionale:1° esempio: acido carbonioso2° esempio: acido carbonico

CO + H2O CO2 + H2O || || +2 +4 CO + H2O CO2 + H2O || ||H2CO2 H2CO3

(si deve scrivere prima l’idrogeno, poi il non metallo, in seguito l’ossigeno, poi a sinistra verifico il numero delle unità elementari, faccio la somma algebrica e pongo i numeri ottenuti quali indici rispettivi)

OSSIDI ACIDI + H2O-> OSSIACIDI / acidi ossigenati

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NaOH+ H2 CO2 -> Na2CO2+ H2OAl(OH)3+ H CO3 -> Al(CO3)3+H2OFe(OH)2 + HCLO -> Fe(CLO)2 + H2O

I sali rappresentano sicuramente un gruppo abbastanza numeroso e la loro formazione può avvenire mettendo insieme e in combinazioni diverse, i gruppi di sostanze che abbiamo finora trattato.Tra queste combinazioni possiamo proporre la reazione tra idrossidi e ossiacidi, che porta sempre alla formazione di un sale più acqua. Ma comunque ricordiamo che le reazioni di salificazione possono essere molto diverse. nei sali si sostituise nel nome di nomenclatura -OSO con -ITO e -ICO con -ATO

IDROSSIDI + OSSIACIDI -> SALI TERNARI

nomenclatura tradizionale:1° esempio: carbonito di sodio 2° esempio: tricarbonato di alluminio 3° esempio: ipoclorito di ferronomenclatura ufficiale:1° esempio: biossocarbonato di sodio 2° esempio: triossocarbonato di alluminio3° esempio: ossoclorato di ferro

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nome ufficiale:1° esempio: tetraossofosfato di trimagnesio nome tradizionale: 1° esempio: fosfato di magnesio

Mg(OH)2 + H3 PO4—> Mg3(PO4) + H2O prima vado a bialnciare i metalli e poi bilancio i non metalli che sono diversi da idrogeno e ossigeno e in ultima analisi, se posso semplificare i coefficienti li semplifico

1. IDROSSIDO + ACIDO -> SALE + H2O

i sali rappresentano una famiglia molto numerosa di sostanze chimiche e ci sono diversi tipo di reazioni chimiche che portano alla loro formazione: - idrossido+acido= sale+ H2O- metallo+acido= sale+H2O - ossido acido+ idrossido= sale+H2O - ossido basico+acido= sale+H20 - acido+sale = sale+acido - idrossido+sale= sale+idrossido - sale+sale= sale+sale

reazioni di salificazione

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nomenclatura ufficiale:1° esempio: triosso nitrato di magnesio + idrossido di ferro2° esempio: triosso clorato di magnesio + acido nitriconomenclatura tradizionale: 1° esempio: nitrato di magnesio + idrossido ferroso 2° esempio: clorato di magnesio + acido nitrico

H CLO3 + Mg (NO3)2 —> Mg (CLO3)2 +HNO3

Mg (OH)2 + Fe (NO3)2 —> Mg(NO3)2 + Fe (OH)2

3. idrossido + sale = sale + idrossido 4. acido + sale= sale + acido

Nomenclatura ufficiale:1° esempio: bicloruro di ferro 2° esempio triosso nitrato di ferro3° esempio: triosso nitrato di ferronomenclatura tradizionale: 1° esempio: cloruro ferroso2/3° esempio: nitrato di ferro

Fe + HCL —> FeCL2 + H2 Fe + H NO3 —> Fe(NO3)2 + H2 Fe + H NO3 —> Fe(NO3)3 + H2

2. metallo + acido = sale + H2O

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