Composti ionici: formule e nomenclatura

Un elemento composto da atomi che perdono facilmente elettroni (un metallo) può reagire con un elemento composto da atomi che guadagnano facilmente elettroni (un non metallico) per produrre ioni attraverso il completo trasferimento di elettroni. Il composto formato da questo trasferimento è stabilizzato dalle attrazioni elettrostatiche (legami ionici) tra gli ioni caricati in modo opposto.

Spostandosi dall’estrema destra a sinistra sulla tavola periodica, gli elementi nonmetrici spesso guadagnano elettroni per formare anioni con lo stesso numero di elettroni di un atomo del gas nobile successivo nella tavola periodica, e una carica negativa uguale al numero di gruppi spostati a sinistra dai gas nobili. Cioè, gli atomi del gruppo 17 guadagnano un elettrone e formano anioni con una carica di 1−; gli atomi del gruppo 16 guadagnano due elettroni e formano ioni con una carica di 2− e così via. Ad esempio, un atomo di ossigeno neutro, con 8 protoni e 8 elettroni, guadagna prontamente due elettroni. Questo si traduce in un anione con 8 protoni, 10 elettroni e una carica di 2−, ed è simboleggiato come O²⁻. L’anione, O²⁻, ha lo stesso numero di elettroni del successivo gas nobile – neon. Il nome degli anioni è il nome dell’elemento non metallico con il suo finale sostituito dal suffisso -ide, quindi O^{2− è} chiamato ossido.

I metalli di transizione e alcuni altri metalli spesso presentano cariche variabili che non sono prevedibili dalla loro posizione nella tabella. Ad esempio, il rame può formare ioni con una carica 1 + o 2 + e il ferro può formare ioni con una carica 2 + o 3 +.

In ogni composto ionico, il numero totale di cariche positive dei formazioni è uguale al numero totale di cariche negative degli anioni. Pertanto, i composti ionici sono elettricamente neutri, anche se contengono ioni positivi e negativi. La formula di un composto ionico deve avere un rapporto di ioni tale che il numero di cariche positive e negative sia uguale.

Ad esempio, se un composto contiene alluminio e ossigeno sotto forma di Al³⁺ e O²⁻, la formula del composto sarebbe Al₂O₃. Due ioni di alluminio, ognuno con una carica di 3+, ci darebbero sei cariche positive, e tre ioni ossido, ognuno con una carica di 2−, ci darebbero sei cariche negative. Pertanto, il composto sarà elettricamente neutro, con lo stesso numero di cariche positive e negative.

Molti composti ionici contengono ioni poliatomici come il catione, l’anione o entrambi. Gli ioni poliatomici sono un gruppo di atomi legati che agiscono come unità discrete, portando una carica complessiva. Come per i composti ionici semplici, questi composti devono anche essere elettricamente neutri, quindi le loro formule possono essere previste trattando gli ioni poliatomici come unità discrete. Le parentesi vengono utilizzate nella formula per indicare ioni poliatomici che si comportano come un’unità. Ad esempio, la formula per il fosfato di calcio, uno dei minerali nelle nostre ossa, è Ca₃(PO₄)₂. Il composto contiene lo ione poliatomico PO₄³⁻, costituito da un atomo di fosforo e quattro atomi di ossigeno, e con una carica complessiva di 3−. Questa formula indica che ci sono tre ioni Ca²⁺ (totale sei cariche positive) per ogni due gruppi PO₄³⁻ (totale sei cariche negative). Il composto è elettricamente neutro, e la sua formula mostra un conteggio totale di tre atomi Ca, due P e otto O.

I composti ionici sono simboleggiati dalla formula, indicando il numero relativo dei suoi ioni costituenti. Per i composti contenenti solo ioni monatomici (come nacl) e per molti composti contenenti ioni poliatomici (come CaSO₄), queste formule sono solo le formule empiriche. Tuttavia, le formule per alcuni composti ionici contenenti ioni poliatomici non sono formule empiriche. Ad esempio, il composto ionico sodio ossalato è composto da Na⁺ e C₂O₄²⁻ ioni combinati in un rapporto 2:1, e la sua formula è scritta come Na₂C₂O₄.

Nomenclatura dei composti ionici

Il nome di un composto binario contenente ioni monatomici è costituito dal nome della catione (il nome del metallo) seguito dal nome dell’anione (il nome dell’elemento non metallico con il suo finale sostituito dal suffisso -ide). Ad esempio, il nome per Na₂O è ossido di sodio.

I composti contenenti ioni poliatomici sono anche chiamati in modo simile a quelli contenenti solo ioni monatomici, cioè nominando prima la catione e poi l’anione. Ad esempio, il nome di CaSO_{4 è} solfato di calcio.

La maggior parte dei metalli di transizione e alcuni metalli del gruppo principale possono formare due o più tacazioni con cariche diverse. I composti di questi metalli con non metalli sono nominati con lo stesso metodo dei composti binari, tranne per il fatto che la carica dello ione metallico è specificata da un numero romano tra parentesi dopo il nome del metallo.

La carica di uno ione metallico è determinata dalla formula del composto e dalla carica di anione. Ad esempio, in un composto ionico binario di ferro e cloro, il ferro mostra tipicamente una carica di 2+ o 3+, e le due formule composte corrispondenti sono FeCl₂ e FeCl₃. In questi casi, la carica dello ione metallico è inclusa come numero romano tra parentesi immediatamente dopo il nome del metallo. Questi due composti sono quindi denominati cloruro di ferro(II) e cloruro di ferro (III).

I composti ionici che contengono molecole d’acqua come componenti integrali dei loro cristalli sono chiamati idrati. Il nome di un idrato ionico deriva aggiungendo un termine al nome del composto anidro (che significa “non idratato”) che indica il numero di molecole d’acqua associate a ciascuna unità di formula del composto. La parola aggiunta inizia con un prefisso greco che indica il numero di molecole d’acqua e termina con “idratare”. Ad esempio, il solfato di rame composto anidro (II) esiste anche come idrato contenente cinque molecole d’acqua e denominato pentaidrato di solfato di rame(II) (penta = 5). Lavare la soda è il nome comune per un idrato di carbonato di sodio contenente dieci molecole d’acqua; il nome sistematico è carbonato di sodio decaidrato (deca = 10).

Le formule per gli idrati ionici sono scritte aggiungendo un punto centrato verticalmente, un coefficiente che rappresenta il numero di molecole d’acqua e la formula per l’acqua. Ad esempio, il pentaidrato di solfato di rame(II) è scritto come CuSO₄â5H₂O.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 2.6: Composti molecolari e ionici e Openstax, Chimica 2e, Sezione 2.7: Nomenclatura Chimica.