FORMULE CHIMICHE e Nomenclatura (2a parte)

 

Idruri e idracidi

Teoricamente sono da considerarsi idruri tutti i composti binari dell'Idrogeno

I rapporti con cui l'idrogeno si lega con gli elementi dal I al VII (17°) gruppo si ripetono con periodicità: 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1 (LiH, BeH2, BH3, CH4, NH3, H2O, HF). La tipologia del legame presente nelle varie sostanze appena scritte varia da ionico a covalente quasi omopolare fino a covalente molto polare, come già abbiamo discusso parlando di legami chimici.

Idruri metallici: gli idruri dei gruppi I e II sono detti idruri metallici. In questi composti l'idrogeno ha lo stato di ossidazione -1. Scendendo lungo i due gruppi gli idruri diventano nettamente ionici (ione H:-).
Idruri covalenti: gli idruri degli elementi del IV gruppo e seguenti sono covalenti e tendono ad avere natura molecolare.

Per la nomenclatura degli idruri si usa il prefisso idruro di- seguito dal nome dell'elemento diverso dall'idrogeno. La IUPAC accetta anche l'adozione dei nomi correnti come quelli usati negli esempi seguenti:

      LiH, idruro di litio (idruro di litio)
      BaH2, idruro di bario (diidruro di bario)
      CH4, metano; SiH4, silano (tetraidruri di-)
      NH3, ammoniaca; PH3, fosfina; AsH3, arsina; SbH3, stibina (trididruri di-)
      N2H4, idrazina (tetraidruro di diazoto)
      H2O, acqua; H2S, acido solfidrico (diidruro di-)

La tabella seguente fornisce i nomi degli idruri dal 13° al 16° gruppo. Ho tradotto in italiano solo la colonna dei nomi IUPAC. Guardate come risultano curiosi i nomi di alcune sostanze ben note (es. ammoniaca e acqua).
Group Formula Traditional name Traditional name (ITA) IUPAC name IUPAC name (ITA)
13 B2H6 Diborane Diborano Diborane(6) Diborano(6)
14 CH4 Methane Metano Methane Metano
SiH4 Silane Silano Silane Silano
  GeH4 Germane Germano Germane Germano
  SnH4 Stannane Stannano Stannane Stannano
15 NH3 Ammonia Ammoniaca Azane Azano
  PH3 Phosphine Fosfina Phosphane Fosfano
  AsH3 Arsine Arsina Arsane Arsano
  SbH3 Stibine Stibina Stibane Stibano
16 H2O Water Acqua Oxidane Ossidano
  H2S Hydrogen sulfide Solfuro di diidrogeno Sulfane Solfano
  H2Se Hydrogen selenide   Seleniuro di diidrogeno   Selane Selano
  H2Te Hydrogen telluride Tellururo di diidrogeno   Tellane Tellano

Idracidi: alcuni idruri del VI (16°) e quelli del VII (17°) gruppo e altre importanti sostanze, sono detti idracidi.
Per la loro nomenclatura si premette il termine acido e si aggiunge la desinenza -idrico al nome dell'elemento o del gruppo chimco caratteristico.

IDRACIDI COMUNI :
Formula nome corrente nome IUPAC
HF acido fluor-idrico Fluor-uro di idrogeno
HCl acido clor-idrico clor-uro di idrogeno
HBr acido brom-idrico brom-uro di idrogeno
HI acido iod-idrico iod-uro di idrogeno
H2S acido solf-idrico solf-uro di diidrogeno
HCN acido cian-idrico cian-uro di idrogeno

 

Acidi Ossigenati o Ossiacidi

Sono composti ternari formati da idrogeno, Ossigeno e un non-metallo, oppure un metallo il cui ossido abbia proprietà acide (esempio: Cr, Mn ed altri elementi di transizione specie se ad elevato stato di ossidazione).

Si possono considerare derivati formalmente della reazione tra un ossido acido (nonmetallo-ossigeno) e l'acqua. Ho specificato il termine "formalmente" perché non sempre questa reazione avviene e l'acido, in questi casi, se isolabile, viene ottenuto per altra via.
Le formule degli ossiacidi si scrivono secondo lo schema HXO, ovvero premettendo gli atomi di idrogeno, seguiti dall'elemento non metallico che lo caratterizza "X", ed infine l'ossigeno. Tale formulazione mette in evidenza la natura acida del composto.

Anche la nomenclatura degli ossiacidi ha subito nel tempo varie riformulazioni per arrivare a quella conclusiva (?) della IUPAC. A questo proposito c'è da dire che la nomenclatura classica resiste strenuamente anche nel mondo scientifico internazionale, contro quanto suggerito dalla IUPAC.

Reazione anidride di partenza acido derivato
CO2 + H2O H2CO3 anidride carbonica acido carbonico
N2O3 + H2O 2 HNO2 anidride nitrosa acido nitroso
N2O5 + H2O 2 HNO3 anidride nitrica acido nitrico
SO2 + H2O H2SO3 anidride solforosa acido solforoso
SO3 + H2O H2SO4 anidride solforica acido solforico
P2O5 + 3H2O 2 H3PO4 anidride fosforica acido fosforico
P2O5 + H2O 2 HPO3 anidride fosforica acido metafosforico (*)
(*) esiste solo in forma polimerica

 

La tabella che segue, tratta da una lodevole dissertazione sulla nomenclatura in Chimica Inorganica a cura di Pierandrea Malfi (pierandrea.malfi@liceofoscarini.it), nel sito del Liceo Classico "Marco Foscarini" di Venezia (www.liceofoscarini.it), indica la denominazione degli ossiacidi più comuni nelle tre principali regole di nomenclatura

formula
chimica
n.o.
Suffissi
Nomi
Vecchia
nom.
Stock
Racc.
IUPAC
Vecchia
nom.
Stock
Racc.
IUPAC
HNO2 +3 -oso -ato osso
X
ato
ac. nitroso nitrato III di idrogeno idrogeno diosso nitrato
HNO3 +5 -ico ac. nitrico nitrato V di idrogeno idrogeno triossonitrato
HClO +1 ipo e oso ac. ipocloroso clorato I di idrogeno idrogeno monossoclorato
HClO2 +3 -oso ac. cloroso clorato III di idrogeno idrogeno diossoclorato
HClO3 +5 -ico ac. clorico clorato V di idrogeno idrogeno triossoclorato
HClO4 +7 per e ico ac. perclorico clorato VII di idrogeno idrogeno tetraossoclorato
H2SO3 +4 -oso ac. solforoso solfato IV di idrogeno diidrogeno triossosolfato
H2SO4 +6 -ico ac. solforico solfato VI di idrogeno diidrogeno tetraossosolfato
H2CO3 +4 -ico ac. carbonico carbonato IV di idrogeno diidrogeno triossocarbonato
H3PO3 +3 -oso ac. fosforoso fosfato III di idrogeno triidrogeno triossofosfato
H3PO4 +5 -ico ac. fosforico fosfato V di idrogeno triidrogeno tetraossofosfato
H3BO3 +3 -ico ac. borico borato III di idrogeno triidrogeno triossoborato
H3BO3 e` praticamente un acido di Lewis

La nomenclatura IUPAC è di tipo "compositiva", in pratica esplicita la formula senza possibilità di equivoci, proponendo una corrispondenza logica dal punto di vista letterale e numerico, senza proporre il minimo contributo di tipo chimico. La nomenclatura "corrente" degli ossiacidi è strutturata in modo da mettere in evidenza la tipologia del composto (acido) e il grado di ossidazione dell'elemento caratteristico, assegnando:

      la desinenza -oso per i numeri di ossidazione minorI
      la desinenza -ico per i numeri di ossidazione maggiori

Qualora tali desinenze non siano sufficienti, si fa ricorso ai prefissi ipo- (per indicare il numero di ossidazione più basso) e per- (per indicare quello più alto). Come esempio si vedano gli acidi ossigenati del cloro scritti nella tabella precedente. Per il nostro corso non intendo mettere in evidenza le differenze tra gli acidi ossigenati del cloro, del bromo e dello iodio, pertanto potete formularli tutti alla stessa maniera.

Un elenco di acidi ossigenati denominati secondo la nomenclatura corrente:

Alcune formule minime non corrispondono a reali formule molecolari, e talvolta neppure a composti isolabili. Di alcuni acidi si conoscono solo i sali derivati.
FORMULA NOME   FORMULA NOME
HBO2 Acido metaborico   H2S2O7 Acido disolforico (pirosolforico)
H3BO3 Acido ortoborico   H2CrO4 Acido cromico
H2CO3 Acido (meta)carbonico   H2Cr2O7 Acido dicromico
H4SiO4 Acido silicico   H2MnO4 Acido manganico
H2SiO3 Acido metasilicico   HMnO4 Acido permanganico
HNO2 Acido nitroso   HClO Acido ipocloroso
HNO3 Acido nitrico   HClO2 Acido cloroso
H3PO2 Acido ipofosforoso   HClO3 Acido clorico
HPO2 Acido metafosforoso   HClO4 Acido perclorico
H4P2O5 Acido pirofosforoso   HBrO Acido ipobromoso
H3PO3 Acido (orto)fosforoso   HBrO2 Acido bromoso
HPO3 Acido metafosforico   HBrO3 Acido bromico
H3PO4 Acido (orto)fosforico   HBrO4 Acido perbromico
H4P2O7 Acido pirofosforico   HIO Acido ipoiodoso
H2SO3 Acido solforoso   HIO3 Acido iodico
H2SO4 Acido solforico   HIO4 Acido periodico
H2SeO3 Acido selenoso      
H2SeO4 Acido selenico      

Gli acidi si dicono monoprotici, diprotici, triprotici etc., a seconda del numero di idrogeni che possono sostituire con metalli (inpropriamente che possono dissociare). Qualche volta il numero di idrogeni protici non corrisponde con quelli presenti nella formula. Come si fa a capire quanti sono gli idrogeni protici? Basta conoscerne la formula di struttura e considerare dissociabili solo quelli dei gruppi -OH. La risposta che ho fornito vuol dire anche che l'unico vero modo per saperlo è quello di impararlo a memoria. Per ridurre le vostre difficoltà, l'unica cosa che possiamo fare e di limitare il numero di acidi da imparare, riducendo al minimo quelli che presentano un numero di idrogeni protici diverso da quelli presenti nella formula HXO. In pratica dovete imparare quelli trascritti nella tabella ed altri ad essi immediatamente riconducibili. Le formule di struttura di Lewis da conoscere sono rintracciabili nel seguente link:

Strutture di Lewis di alcuni acidi ossigenati di nostro interesse.

 

Acidi meta, orto e piro

Questi prefissi indicano il "grado di idratazione" di un acido. Formalmente possiamo variare il grado di idratazione di un acido senza però pretendere di aver fatto una operazione chimica, nel senso che qualche volta si può fare sulla carta, ma spesso non si può fare nella pratica. Come vedete ritorno sul discorso che la nomenclatura non corrisponde perfettamente alle proprietà chimiche supposte.

  • Si definisce orto l'acido che contiene il maggior numero possibile di molecole d'acqua.
  • L'acido meta contiene una molecola d'acqua in meno rispetto all'orto.
  • Il termine di (o piro ormai deprecato) si usa invece per indicare gli ossiacidi che derivano dalla condensazione di due molecole di un ortoacido col la perdita di una molecola d'acqua in globale.

La formula bruta degli acidi 'di' si costruisce quindi raddoppiando i coefficienti dell'acido orto e sottraendo una molecola di acqua (due idrogeni e un ossigeno).

Anche questi prefissi si conservano invariati nella nomenclatura dei sali (e degli anioni).

Per quanto riguarda i prefissi orto e meta, la IUPAC ha approvato il loro uso solo per i seguenti acidi :
ortoborico (H3BO3), ortosilicico (H4SiO4), ortofosforico (H3PO4), ortoperiodico (H5IO6);
metaborico (HBO2), metasilicico (H2SiO3), metafosforico (HPO3)n.

Il prefisso piro è consentito solo per l'acido pirofosforico (H4P2O7); in tutti gli altri casi si dovrebbe usare il prefisso di-.

Tioacidi: con questo termine si indica la sostituzione di un O con S in un ossiacido.
Esempio: H2S2O3, acido tiosolforico (instabile sopra i -100°C, stabili i sali).

 

Sali

Sono composti ionici che si ottengono, normalmente, dalla reazione di un acido con una base. Dal punto di vista della nomenclatura si può pensare che derivino dagli acidi per sostituzione di uno o più idrogeni con un elemento metallico.

La nomenclatura IUPAC dei sali, oltre a quella "compositiva", permette tante variazioni e addizioni che, tranne casi in cui si potrebbero verificare ambiguità, di fatto accetta anche la vecchia nomenclatura. Pertanto faremo riferimento principalmente a quest'ultima e forniremo la nomenclatura IUPAC solo per completezza.

I sali che derivano dagli idracidi, cambiano il suffisso -idrico in -uro

Lo stesso suffisso, -uro, è quello che si assegna a tutti gli anioni monoatomici derivati dagli acidi idracidi: azoturo, solfuro, fluoruro, cloruro, bromuro, ioduro etc.. Le ultime raccomandazioni IUPAC suggeriscono di aggiungere il numero di cariche negative

      Cl -, cloruro o cloruro(1-)
      S 2 -, solfuro o solfuro(2-)

Nei sali (e negli anioni), le desinenze -oso e -ico diventano rispettivamente -ito e -ato, mentre eventuali prefissi si conservano invariati. Questi nomi valgono anche per gli anioni derivati dagli ossoacidi di cui fornisco alcuni esempi qui di seguito (riporto anche i nomi raccomandati dalla IUPAC):

      CO32 -, carbonato o triossicarbonato(2-)
      HCO3-, bicarbonato o idrogenocarbonato o idrogeno(triossocarbonato)(1-)
      NO2-, nitrito o diossinitrato(1-)
      NO3-, nitrato o triossinitrato(1-)
      ClO -, ipoclorito o ossicloruro(1-)
      ClO3-, clorato o triossicloruro(1-)
      SO42 -, solfato o tetraossosolfato(2-)
      HSO4-, bisolfato o idrogenosolfato o idrogeno(tetraossosolfato)(1-)
      PO43 -, fosfato o tetraossofosfato(3-)
      HPO42 -, idrogenofosfato o idrogeno(tetraossofosfato)(2-)
      H2PO4-
, diidrogenofosfato o diidrogeno(tetraossofosfato)(1-)

Riassumendo, nei termini della nomenclatura corrente vale la seguente tabella:

Acido Sale
-oso -ito
-ico -ato
-idrico -uro
Eventuali prefissi si mantengono invariati

 

Alle volte i sali derivano per reazione incompleta di un acido poliprotico con una base, pertanto mantengono idrogeni acidi nell'anione. In tal caso si indica, prima dell'anione, il numero di idrogeni presenti, usando le particelle mono-, di-, tri- etc. (mono viene spesso omesso)

  H3PO4 + 3 NaOH Na3PO4     fosfato di sodio  
  H3PO4 + 2 NaOH Na2HPO4     idrogenofosfato di sodio  
  H3PO4 +   NaOH NaH2PO4     diidrogenofosfato di sodio  
  H2CO3 + 2 NaOH Na2CO3     carbonato di sodio  
  H2CO3 +   NaOH NaHCO3     idrogeno carbonato di sodio  

 

Ecco alcuni esempi di sali (in alcuni casi è presente anche l'acido da cui derivano):

      HNO2, acido nitroso o idrogeno diossonitrato
      NaNO2, nitrito di sodio o sodio diossonitrato
      NaNO3, nitrato di sodio o sodio triossonitrato
      Ca(NO3)2, nitrato di calcio o calcio bis(triossonitrato)
      H2CO3, acido carbonico o diidrogeno triossocarbonato
      Na2CO3, carbonato di sodio o disodio triossocarbonato
      CaCO3, carbonato di calcio o calcio triossocarbonato
      NaHCO3, bicarbonato o idrogenocarbonato di sodio o sodio idrogeno(triossocarbonato)
      Ca(HCO3)2, idrogenocarbonato di calcio o calcio bis(idrogeno(triossocarbonato))
      H2SO4, acido solforico o diidrogeno(tetraossosolfato)
      CuSO4, solfato rameico o rame tetraossosolfato
      Cu(HSO4)2, idrogenosolfato rameico o rame bis(idrogeno(tetraossosolfato))
      H3PO4, acido fosforico o triidrogeno(tetraossofosfato)
      Ca3(PO4)2
, fosfato di calcio o tricalcio bis(tetraossofosfato)
      CaHPO4, idrogenofosfato di calcio o calcio idrogeno(tetraossofosfato)
      Ca(H2PO4)2, diidrogenofosfato di calcio o calcio bis(diidrogeno(tetraossofosfato))
altri:
      NaClO, ipoclorito di sodio o sodio ossocloruro
      Ba(ClO)2, ipoclorito di bario o bario bis(ossocloruro)
      Fe(ClO4)3, Perclorato ferrico o ferro tris(tetraossocloruro)
      HgCl2, cloruro mercurico o cloruro di mercurio(II) o mercurio(2+) cloruro
      Hg2Cl2, cloruro mercuroso o cloruro di mercurio(I) o dimercurio(2+) dicloruro