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 primo al settimo (17°) gruppo si ripete con periodicità tra gli elementi tipici:

Gruppo	1°	2°	3° (13°)	4° (14°)	5° (15°)	6° (16°)	7° (17°)
numero di H	1	2	3	4	3	2	1
	LiH	BeH2	BH3	CH4	NH3	H2O	HF
	NaH	MgH2	AlH3	SiH4	PH3	H2S	HCl
	KH	CaH2	GaH3	GeH4	AsH3	H2Se	HBr

La tipologia del legame presente nelle precedenti sostanze varia, in orizzontale, 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 1° e 2° 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 4° (14°) 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 (tra parentesi la versione IUPAC):

      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 (triidruri di-)
      N₂H₄, idrazina (tetraidruro di diazoto)
      H₂O, acqua; H₂S, acido solfidrico (diidruri di-)

• Idracidi: alcuni idruri del 6° (16°) e quelli del 7° (17°) gruppo e altre importanti sostanze, sono detti idracidi.
Per la loro nomenclatura classica si premette il termine acido e si aggiunge la desinenza -idrico al nome dell'elemento o del gruppo chimco caratteristico.

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 a comportamento non metallico che lo caratterizza "X", ed infine l'ossigeno. Tale formulazione mette in evidenza la natura acida del composto e il comportamento non metallico dell'elemento centrale.

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, nonostante i suggerimenti della 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 (*)

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, spesso 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 ossidi tipici del cloro e gli acidi ossigenati corrispondenti presenti nella tabella che segue. 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.

      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 comuni acidi ossigenati.

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 con 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). (Vai quasi alla fine del link precedente relativo alle strutture di Lewis)

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, es:

      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):

      CO₃^{2 -}, carbonato, triossocarbonato(2-)
      HCO₃^-, bicarbonato o idrogenocarbonato, idrogeno(triossocarbonato)(1-)
      NO₂^-, nitrito, diossonitrato(1-)
      NO₃^-, nitrato, triossonitrato(1-)
      ClO ^-, ipoclorito, monossoclorato(1-)
      ClO₃^-, clorato, triossoclorato(1-)
      SO₄^{2 -}, solfato, tetraossosolfato(2-)
      HSO₄^-, bisolfato, idrogenosolfato o idrogeno(tetraossosolfato)(1-)
      PO₄^{3 -}, fosfato, tetraossofosfato(3-)
      HPO₄^{2 -}, idrogenofosfato, idrogeno(tetraossofosfato)(2-)
      H₂PO₄^-, diidrogenofosfato, diidrogeno(tetraossofosfato)(1-)

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

      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

      Seguono alcuni esempi di sali (in alcuni casi è presente anche l'acido da cui derivano segnati in rosso) con nomenclatura classica seguita dalla IUPAC in ITA e, fra parentesi quadra, in inglese:

      HNO₂, acido nitroso, Diossonitrato di idrogeno, [ hydrogen(dioxidonitrate) ]
      NaNO₂, nitrito di sodio, Diossonitrato di sodio
      NaNO₃, nitrato di sodio, Triossonitrato di sodio
      Ca(NO₃)₂, nitrato di calcio, bis(Triossonitrato) di calcio
      H₂CO₃, acido carbonico, Triossocarbonato di diidrogeno, [ dihydrogen(trioxidocarbonate) ]
      Na₂CO₃, carbonato di sodio, Triossocarbonato di disodio
      CaCO₃, carbonato di calcio, triossocarbonato di calcio
      NaHCO₃, bicarbonato di sodio, idrogenocarbonato di sodio, idrogeno(triossocarbonato) di sodio
      Ca(HCO₃)₂, bicarbonato di calcio, idrogenocarbonato di calcio, bis(idrogenotriossocarbonato) di sodio
      H₂SO₄, acido solforico, Tetraossosolfato di diidrogeno, [ dihydrogen(tetraoxidosulfate) ]
      CuSO₄, solfato rameico, Tetraossosolfato di rame
      Cu(HSO₄)₂, idrogenosolfato rameico, bis(idrogenotetraossosolfato) di rame
      H₃PO₄, acido fosforico, Tetraossofosfato di triidrogeno, [ trihydrogen(tetraoxidophosphate) ]
      Ca₃(PO₄)₂, fosfato di calcio, bis Tetraossofosfato di tricalcio
      CaHPO₄, idrogenofosfato di calcio, idrogeno(tetraossofosfato) di calcio
      Ca(H₂PO₄)₂, diidrogenofosfato di calcio, bis(diidrogenotetraossofosfato) di calcio
altri:
      NaClO, ipoclorito di sodio, monossoclorato(I) di sodio
      Ba(ClO)₂, ipoclorito di bario, bis(monossoclorato(I)) bario
      Fe(ClO₄)₃, Perclorato ferrico, tris(tatraossoclorato(VII)) di ferro
      HgCl₂, cloruro mercurico, cloruro di mercurio(II), dicloruro di mercurio
      Hg₂Cl₂, cloruro mercuroso, cloruro di mercurio(I), dicloruro di dimercurio

Esempi di nomenclatura IUPAC, spesso non aggiornati si trovano ai seguenti indidrizzi (dicembre 2023):
      file PDF del prof. Rodomontano sulla nomenclature
Anche la casa editrice Zanichelli propone un pdf con uno stralcio di nomenclatura tradizionale e IUPAC (non perfettamente aggiornato):
      Le regole della nomenclatura tradizionale e IUPAC
Nei due link seguenti, sempre a cura della Zanichelli, trovate la nomenclatura estratta dal libro di Giuseppe Valitutti, il primo in formato pdf e il secondo in formato ppt:
      Classificazione e nomenclatura dei composti
      Classificazione e nomenclatura dei composti
Invito i più coraggiosi a fare il download del RedBook della IUPAC dalla seguente pagina web (nel RedBook ne potrete vedere delle belle):
      Red Book | International Union of Pure and Applied Chemistry