Composti covalenti e ionici: Classificazione, formule e nomenclatura

Organizzazione

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  Pre-Lab: nessun pre-lab

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  Modalità: inchiesta, gruppi di 2

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  Valutazione: quaderno di laboratorio, relazione post-lab

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  Sicurezza: Nessun requisito specifico di sicurezza

I: Background

La chimica ha a che fare con la materia, e nell’universo esiste un’enorme varietà di materia. Il comportamento della materia dipende dal tipo di elementi che sono presenti e dalla struttura di questi elementi, come sono collegati per formare una molecola. In questo esercizio, valuterai alcuni modelli rappresentativi per sviluppare le regole usate per classificare un composto, per prevedere la formula di un composto e per dare un nome al composto. Questo esercizio è solo l’inizio del lavoro necessario per padroneggiare le regole di scrittura delle formule e della nomenclatura. Il tuo libro di testo ha delle tabelle con i nomi e le formule di cationi e anioni comuni, e discute le regole di nomenclatura in dettaglio. Avrai bisogno di passare un po’ di tempo con questo materiale, poiché le regole formali di nomenclatura potrebbero non essere presentate a lezione, anche se saranno certamente usate nelle discussioni sulle strutture di Lewis e sulla chimica delle reazioni.

II: Esercizi

Parte A: Composto covalente o ionico?

Molti composti, specialmente quelli discussi nei corsi di chimica generale, sono classificati come composti covalenti o ionici. La classificazione di un composto dipende dal tipo di legame chimico tra gli elementi del composto. In questa parte del foglio di lavoro, imparerai a classificare facilmente i composti in una delle due categorie.

In un composto covalente, gli elettroni di valenza sono condivisi tra i due atomi del legame. Questi possono essere condivisi uniformemente (legame covalente) o non uniformemente (legame covalente polare). In un legame ionico, gli elettroni sono localizzati ad uno degli atomi (dandogli una carica negativa complessiva), mentre l’altro atomo ha una carica positiva complessiva. La differenza di elettronegatività tra i due atomi nel legame può aiutare a prevedere se il legame sarà probabilmente ionico, covalente o covalente polare, così come il tipo di atomi coinvolti (metalli o non metalli). Un legame con due atomi identici è sempre covalente puro, mentre un legame covalente con due atomi diversi è probabile che sia covalente polare.

Caratteristiche dei composti covalenti e ionici

Considera la Tabella 1 quando rispondi alle seguenti domande.

• Gli elementi nei composti covalenti sono metalli, non-metalli, o una miscela di entrambi?

• Gli elementi dei composti ionici sono metalli, non metalli o una miscela di entrambi?

• Confronta i tipi di elementi trovati (metalli o non-metalli) per le due classificazioni. Che tendenza vedi nel tipo di elemento presente e nella classificazione?

Classificare i composti

• Per ogni composto covalente, classifica il tipo di legame come covalente polare o non polare.

• Quale tendenza vedi nella classificazione del composto e nel tipo di legame formato tra gli elementi del composto?

• Scrivi una regola che ti permetta di classificare un composto come ionico o covalente sulla base di ciò che hai imparato esplorando il modello nella Parte A.

Parte B: Predire la formula di un composto ionico

In una formula chimica, i pedici sono usati per specificare i numeri di un tipo di atomo nella formula. Per esempio, O2 è interpretato come una molecola formata da due atomi di ossigeno, e CH3OH è interpretato come una molecola con un carbonio, quattro idrogeni e un ossigeno. Gli apici sono usati per specificare la carica di uno ione. Al3+ è interpretato come un singolo atomo di alluminio con una carica di 3+, il che lo rende il catione dell’alluminio.Alcuni ioni sono atomici, come Al3+ o F-, ma ci sono anche ioni poliatomici. Uno ione poliatomico è una particella composta da più di un atomo, che collettivamente porta una carica ionica. OH- (l’anione idrossido) è una particella composta da un ossigeno e un idrogeno, e l’intera entità ha una carica negativa; NO3- (nitrato) ha un azoto e tre atomi di ossigeno con una carica negativa portata dall’intera particella. Se la formula di un composto ha un apice, si può assumere che la sostanza sia uno ione, mentre se la formula non ha un apice, si può assumere che la carica sulla molecola sia zero (neutra).

Caratteristiche dei composti ionici

• Guardando la prima colonna, qual è la carica di ogni composto ionico?

• In base alla formula del composto ionico, quanti cationi e quanti anioni sono presenti in ogni composto ionico?

• Qual è la somma della carica totale dei cationi più la carica totale degli anioni? Tieni conto del numero di ogni ione presente nella formula del composto, così come del segno della carica di ogni ione.

Carica di bilanciamento nei composti ionici

• Perché AlF3 ha più ioni F- nella formula del composto ionico che NaF?

• Perché sono necessarie le parentesi nelle formule con più ioni poliatomici nel composto?

• Consideriamo un catione con una carica 4+ e un anione con una carica 2-. Quanti cationi e quanti anioni sarebbero necessari per un composto ionico formato tra questi due ioni?

• Scrivi una regola che ti permetta di prevedere il numero di cationi e anioni presenti nella formula di un composto ionico. Fai una lista di ciò che devi sapere per poter scrivere la formula di un composto ionico.

Parte C: Nomenclatura per composti covalenti e ionici

La nomenclatura è la denominazione sistematica dei composti in modo da comunicare i numeri e i tipi di elementi o ioni presenti nel composto. Comprendere le regole della nomenclatura diventa sempre più importante nella chimica organica, perché ci sono milioni di composti organici che contengono solo C, H e O. Per comunicare di quale composto si sta parlando, bisogna capire come nominare il composto quando si dà una formula o una struttura, e come scrivere la formula o la struttura di un composto dal nome. Per esempio, l’etere dimetilico e l’etanolo hanno entrambi due carboni, un ossigeno e sei atomi di idrogeno, ma una di queste molecole può essere usata come spray congelante per rimuovere le verruche, e l’altra è un depressore del sistema nervoso che fa ubriacare la gente; è molto più facile riferirsi all’etanolo come etanolo che come il composto organico con due carboni, sei idrogeni e un ossigeno che fa ubriacare la gente. Inizieremo l’esplorazione della nomenclatura con semplici composti covalenti e con composti ionici. La nomenclatura non è difficile, ma è… noiosa. Non c’è modo di evitare una certa memorizzazione con la nomenclatura. Le regole della nomenclatura e le formule e le cariche dei diversi ioni devono essere conosciute, per poter nominare correttamente i composti dalle formule o scrivere le formule dai nomi.

Nomenclatura dei composti covalenti

Per i composti covalenti della tabella 3, rispondi alle seguenti domande.

• Il primo elemento scritto nella formula è il più elettronegativo degli elementi della formula o il meno elettronegativo degli elementi? Questo ordine cambia nel nome del composto? Cosa cambia nel nome del composto?

• Descrivi come il numero di elementi nella formula viene comunicato nel nome del composto.

• Considera i composti della tabella precedente con carbonio e ossigeno o con azoto e ossigeno. Perché è importante comunicare i numeri di ogni elemento nel nome? Perché non funzionerebbe, per esempio, dare il nome di ossido di carbonio per un composto che consiste di carbonio e ossigeno?

Nomenclatura dei composti ionici

Per i composti ionici della tabella 4, rispondi alle seguenti domande.

• Nella formula è scritto prima il catione o l’anione? Questo ordine cambia nel nome?

• Il numero di cationi o anioni nella formula viene comunicato nel nome del composto? Perché pensate che non sia necessario farlo?

• I nomi dei cationi sono gli stessi dei nomi degli elementi per i metalli del gruppo principale nella tabella, ma non per i cationi di rame e ferro. Qual è il significato del numero romano nei nomi dei cationi del rame e del ferro?

Analisi delle regole di nomenclatura

• Scrivi una breve descrizione delle regole di denominazione dei composti covalenti sulla base dei composti esplorati nella Tabella 3.

• Se l’anione dell’ossigeno è chiamato ossido, e l’anione del cloro è chiamato cloruro, predici il nome degli anioni di zolfo, bromo e azoto. Quale sarebbe la carica per ciascuno di questi anioni?

• Scrivi una breve descrizione delle regole di denominazione dei composti covalenti basate sui composti esplorati nella Tabella 4.

• Perché non è necessario specificare la carica dei cationi dei metalli alcalini o dei metalli alcalino-terrosi, ma è necessario specificare la carica dei cationi dei metalli di transizione?

Questa è stata una breve introduzione alla denominazione sistematica dei composti covalenti e ionici. Qui è stata presentata solo una piccola parte dei molti composti possibili, ma se si conoscono le regole di nomenclatura, e si conoscono le formule degli ioni, si può nominare qualsiasi cosa o interpretare qualsiasi nome.

Parte D: Nomenclatura degli anioni – gli -ides, gli -ites, gli -ates

Nome degli anioni di zolfo, Azoto e Fosforo

• Per gli anioni -ide, come è legata la carica sull’anione alla configurazione elettronica dell’elemento neutro e alla posizione dell’elemento nella tavola periodica? Come cambia la configurazione elettronica dell’elemento quando forma l’anione specificato?

• Nella serie di anioni di uno stesso elemento (gli anioni contenenti zolfo per esempio), cosa cambia nella formula dell’anione nel passare dall’anione -ide all’anione -ite e all’anione -ate?

• Che tendenza vedi nel numero di atomi di ossigeno nelle forme -ate degli anioni verso le forme -ite degli anioni? Che tendenza vedi nella carica degli anioni -ate e -ite?

• Scrivi un’affermazione che descriva come potresti prevedere la carica sull’anione di un elemento che avrebbe la terminazione -ide (coruro o solfuro, per esempio).

• Il nome generale per l’insieme degli anioni -ate e -ite è oxyanion. Spiega perché questi ioni sono chiamati ossianioni.

• Scrivi una frase che descriva come determinare la formula dell’anione -ite di un elemento dalla formula dell’anione -ate di quell’elemento.

Parte E: Nomenclatura degli anioni – per-ates, -ates, -ites, hypo-ites

Considerare la tabella 6 qui sotto.

Nominare gli anioni di cloro e bromo

• Partendo da clorato e bromo, descrivi il cambiamento di formula visto per il perclorato e il perbromato.

• Partendo da clorato e bromato, descrivi il cambiamento nella formula visto per ipoclorito e ipobromito.

• Scrivi una frase generale che descriva come determinare la formula dell’anione per-ato di un elemento dalla formula dell’anione -ato di quel composto.

• Scrivi un’affermazione generale che descriva come determinare la formula dell’anione ipo-ite di un elemento dalla formula dell’anione -ite di quel composto.

Parte F: Nomenclatura degli ossiacidi – gli acidi -ici e gli acidi -osi

Considera la seguente tabella 7.

Nominare gli ossiacidi

• Qual è l’identità del catione per ciascuno degli acidi?

• Qual è la tendenza nel nome degli acidi degli ossianioni -ate?

• Qual è la tendenza nel nome degli acidi degli ossicianioni -ite?

• Scrivi un’affermazione generale che descriva come prevedere la formula e il nome di un ossiacido quando vengono dati la formula e il nome dell’ossianione.

Parte G: Bingo della nomenclatura

Il tuo istruttore ti fornirà una carta del bingo contenente una miscela di formule e nomi chimici. Chiamerà le informazioni mancanti e tu dovrai indicare se hai la formula o il nome corrispondente. Il primo studente che ne abbina cinque in una riga, colonna o diagonale, chiamerà la prossima serie di sostanze chimiche.