OSSIDI: NOMENCLATURA, TIPI, PROPRIETÀ ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

Gli ossidi sono una famiglia di composti binari dove le interazioni tra l'elemento e l'ossigeno. Quindi un ossido ha una formula molto generale del tipo EO, dove E è qualsiasi elemento.

A seconda di molti fattori, come la natura elettronica di E, il suo raggio ionico e le sue valenze, possono formarsi vari tipi di ossidi. Alcuni sono molto semplici e altri, come Pb ₃ O ₄ , (chiamati minio, arcazón o piombo rosso) sono misti; cioè, risultano dalla combinazione di più di un semplice ossido.

Piombo rosso, un composto cristallino contenente ossido di piombo. Fonte: BXXXD, tramite Wikimedia Commons

Ma la complessità degli ossidi può andare oltre. Esistono miscele o strutture in cui può intervenire più di un metallo, e dove anche le proporzioni non sono stechiometriche. Nel caso di Pb ₃ O ₄ , il rapporto Pb / O è pari a 3/4, di cui sia numeratore che denominatore sono numeri interi.

Negli ossidi non stechiometrici le proporzioni sono numeri decimali. E _0.75 O _1.78 è un esempio di un ipotetico ossido non stechiometrico. Questo fenomeno si verifica con i cosiddetti ossidi metallici, soprattutto con i metalli di transizione (Fe, Au, Ti, Mn, Zn, ecc.).

Tuttavia, ci sono ossidi le cui caratteristiche sono molto più semplici e differenziabili, come il carattere ionico o covalente. In quegli ossidi dove predomina il carattere ionico, saranno composti da cationi E ⁺ e anioni O ^2– ; e quelli puramente covalenti, i legami singoli (E - O) o doppi (E = O).

È la differenza di elettronegatività tra E e O che determina il carattere ionico di un ossido.Quando E è un metallo altamente elettropositivo, l'EO avrà un carattere ionico elevato. Mentre se E è elettronegativo, cioè un non metallo, il suo ossido EO sarà covalente.

Questa proprietà definisce molte altre esibite dagli ossidi, come la loro capacità di formare basi o acidi in soluzione acquosa. Da qui provengono i cosiddetti ossidi di base e acidi. Quelli che non si comportano come nessuno dei due, o che al contrario mostrano entrambe le caratteristiche, sono ossidi neutri o anfoteri.

Nomenclatura

Esistono tre modi per denominare gli ossidi (che si applicano anche a molti altri composti). Questi sono corretti indipendentemente dal carattere ionico dell'ossido di EO, quindi i loro nomi non dicono nulla sulle sue proprietà o strutture.

Nomenclatura sistematica

Dati gli ossidi EO, E ₂ O, E ₂ O ₃ e EO ₂ , a prima vista non si può sapere cosa si cela dietro le loro formule chimiche. Tuttavia, i numeri indicano i rapporti stechiometrici o il rapporto E / O. Da questi numeri si possono dare nomi anche se non è specificato con quale valenza "funziona" E.

I numeri di atomi sia per E che per O sono indicati dai prefissi di numerazione greci. In questo modo, mono- significa che c'è un solo atomo; di-, due atomi; tri-, tre atomi e così via.

Quindi, i nomi dei precedenti ossidi secondo la nomenclatura sistematica sono:

- Monossido di E (EO).

- Monossido di di E (E ₂ O).

- Triossido di di E (E ₂ O ₃ ).

- Di ossido di E (EO ₂ ).

Applicando quindi questa nomenclatura per Pb ₃ O ₄ , l'ossido rosso nella prima immagine, abbiamo:

Pb ₃ O ₄ : tri- piombo tetra ossido .

Per molti ossidi misti, o con rapporti stechiometrici elevati, è molto utile utilizzare la nomenclatura sistematica per nominarli.

Nomenclatura azionaria

Valencia

Sebbene non sia noto quale elemento sia E, il rapporto E / O è sufficiente per sapere quale valenza stai usando nel tuo ossido. Come? Secondo il principio dell'elettroneutralità. Ciò richiede che la somma delle cariche degli ioni in un composto sia uguale a zero.

Questo viene fatto assumendo un elevato carattere ionico per qualsiasi ossido. Quindi, O ha una carica -2 perché è O ^2- , ed E deve contribuire con n + in modo da neutralizzare le cariche negative dell'anione ossido.

Ad esempio, in EO l'atomo di E funziona con valenza +2. Perché? Perché altrimenti non potrebbe neutralizzare la carica -2 del solo O. Per E ₂ O, E ha valenza +1, poiché la carica +2 deve essere divisa tra i due atomi di E.

E in E ₂ O ₃ , devono essere calcolate per prime le cariche negative apportate da O. Poiché ce ne sono tre, quindi: 3 (-2) = -6. Per neutralizzare la carica di -6, le E devono contribuire con +6, ma poiché ce ne sono due, +6 viene diviso per due, lasciando E con una valenza di +3.

Regola mnemonica

O ha sempre una valenza -2 negli ossidi (a meno che non sia un perossido o un superossido). Quindi una regola mnemonica per determinare la valenza di E è semplicemente quella di prendere in considerazione il numero che accompagna la O. E, d'altra parte, avrà il numero 2 ad accompagnarlo, e se no, significa che c'è stata una semplificazione.

Ad esempio, in EO la valenza di E è +1, perché anche se non è scritta, c'è solo una O. E per EO ₂ , poiché non c'è 2 che accompagna E, c'era una semplificazione, e perché appaia deve essere moltiplicata per 2. Quindi, la formula diventa E ₂ O ₄ e la valenza di E è quindi +4.

Tuttavia, questa regola fallisce per alcuni ossidi, come Pb ₃ O ₄ . Pertanto, è sempre necessario eseguire calcoli di neutralità.

In cosa consiste

Una volta che la valenza di E è a portata di mano, la nomenclatura stock consiste nello specificarla tra parentesi e con numeri romani. Di tutte le nomenclature questa è la più semplice e accurata rispetto alle proprietà elettroniche degli ossidi.

Se E, invece, ha una sola valenza (che può essere trovata nella tavola periodica), allora non è specificata.

Quindi, per l'ossido EO se E ha valenza +2 e +3, è chiamato: (nome di E) (II) ossido. Ma se E ha solo valenza +2, allora il suo ossido è chiamato: ossido di (nome di E).

Nomenclatura tradizionale

Per citare il nome degli ossidi, ai loro nomi latini vanno aggiunti i suffissi –ico o –oso, per le valenze più grandi o più piccole. Nel caso in cui ce ne siano più di due, vengono utilizzati i prefissi –hipo, per il più piccolo, e –per, per il più grande di tutti.

Ad esempio, il piombo funziona con valenze +2 e +4. In PbO ha una valenza di +2, quindi è chiamato: ossido plumbous. Mentre PbO ₂ è chiamato: ossido di piombo.

E come si chiama Pb ₃ O ₄ secondo le due nomenclature precedenti? Non ha nome. Perché? Perché Pb ₃ O ₄ consiste in realtà in una miscela 2; cioè, il solido rosso ha una doppia concentrazione di PbO.

Per questo motivo sarebbe sbagliato cercare di dare a Pb ₃ O ₄ un nome che non sia costituito da nomenclatura sistematica o gergo popolare.

Tipi di ossidi

A seconda di quale parte della tavola periodica E è e, quindi, della sua natura elettronica, si può formare un tipo di ossido o un altro. Da questo derivano molteplici criteri per assegnare loro una tipologia, ma i più importanti sono quelli legati alla loro acidità o basicità.

Ossidi di base

Gli ossidi di base sono caratterizzati dal fatto di essere ionici, metallici e, cosa più importante, generano una soluzione di base dissolvendosi in acqua. Per determinare sperimentalmente se un ossido è basico, deve essere aggiunto a un contenitore con acqua e indicatore universale disciolto in esso. La sua colorazione prima dell'aggiunta dell'ossido deve essere verde, a pH neutro.

Una volta che l'ossido è stato aggiunto all'acqua, se il suo colore cambia da verde a blu, significa che il pH è diventato basico. Questo perché stabilisce un equilibrio di solubilità tra l'idrossido formato e l'acqua:

EO (s) + H ₂ O (l) => E (OH) ₂ (s) <=> E ²⁺ (aq) + OH ^- (aq)

Sebbene l'ossido sia insolubile in acqua, solo una piccola porzione si dissolve per modificare il pH. Alcuni ossidi di base sono così solubili da generare idrossidi caustici come NaOH e KOH. Cioè, gli ossidi di sodio e di potassio, Na ₂ O e K ₂ O, sono molto basici. Nota la valenza di +1 per entrambi i metalli.

Ossidi acidi

Gli ossidi acidi sono caratterizzati dall'avere un elemento non metallico, sono covalenti e generano anche soluzioni acide con l'acqua. Ancora una volta, la sua acidità può essere controllata con l'indicatore universale. Se questa volta quando si aggiunge l'ossido all'acqua, il suo colore verde diventa rossastro, allora è un ossido acido.

Quale reazione avviene? Il prossimo:

EO ₂ (s) + H ₂ O (l) => H ₂ EO ₃ (aq)

Un esempio di ossido di acido, che non è un solido, ma un gas, è la CO ₂ . Quando si dissolve in acqua, forma acido carbonico:

CO ₂ (g) + H ₂ O (l) <=> H ₂ CO ₃ (aq)

Allo stesso modo, la CO ₂ non è costituita da anioni O ^2- e cationi C ⁴⁺ , ma piuttosto una molecola formata da legami covalenti: O = C = O. Questa è forse una delle maggiori differenze tra ossidi di base e acidi.

Ossidi neutri

Questi ossidi non modificano il colore verde dell'acqua a pH neutro; cioè, non formano idrossidi o acidi in soluzione acquosa. Alcuni di loro sono: N ₂ O, NO e CO. Come la CO, hanno legami covalenti che possono essere illustrati dalle strutture di Lewis o da qualsiasi teoria del legame.

Ossidi anfoteri

Un altro modo per classificare gli ossidi dipende dal fatto che reagiscano o meno con un acido. L'acqua è un acido molto debole (e anche una base), quindi gli ossidi anfoteri non mostrano "le loro due facce". Questi ossidi sono caratterizzati dalla reazione sia con gli acidi che con le basi.

L'ossido di alluminio, ad esempio, è un ossido anfotero. Le due equazioni chimiche seguenti rappresentano la sua reazione con acidi o basi:

Al ₂ O ₃ (s) + 3H ₂ SO ₄ (aq) => Al ₂ (SO ₄ ) ₃ (aq) + 3H ₂ O (l)

Al ₂ O ₃ (s) + 2NaOH (aq) + 3H ₂ O (l) => 2NaAl (OH) ₄ (aq)

Al ₂ (SO ₄ ) ₃ è il sale di solfato di alluminio e NaAl (OH) _{4 è} un sale complesso chiamato tetraidrosso alluminato di sodio.

Anche l'ossido di idrogeno, H ₂ O (acqua), è anfotero, e questo è dimostrato dal suo equilibrio di ionizzazione:

H ₂ O (l) <=> H ₃ O ⁺ (aq) + OH ^- (aq)

Ossidi misti

Gli ossidi misti sono quelli che consistono nella miscela di uno o più ossidi nello stesso solido. Pb ₃ O _{4 ne} è un esempio. La magnetite, Fe ₃ O ₄ , è anche un altro esempio di ossido misto. Fe ₃ O ₄ è una miscela di FeO e Fe ₂ O ₃ in proporzioni 1: 1 (a differenza di Pb ₃ O ₄ ).

Le miscele possono essere più complesse, creando così una ricca varietà di minerali di ossido.

Proprietà

Le proprietà degli ossidi dipendono dal loro tipo. Gli ossidi possono essere ionici (E ^{n +} O ^2- ), come CaO (Ca ²⁺ O ^2– ), o covalenti, come SO ₂ , O = S = O.

Da questo fatto, e dalla tendenza che gli elementi devono reagire con acidi o basi, vengono raccolte numerose proprietà per ogni ossido.

Inoltre, quanto sopra si riflette nelle proprietà fisiche come i punti di fusione e di ebollizione. Gli ossidi ionici tendono a formare strutture cristalline molto resistenti al calore, quindi i loro punti di fusione sono alti (sopra i 1000 ° C), mentre i covalenti si sciolgono a basse temperature, o sono anche gas o liquidi.

Come si formano?

Fonte: Pete tramite Flickr

Gli ossidi si formano quando gli elementi reagiscono con l'ossigeno. Questa reazione può avvenire con il semplice contatto con atmosfere ricche di ossigeno o richiede calore (come una fiamma più leggera). Cioè, quando brucia un oggetto reagisce con l'ossigeno (fintanto che è presente nell'aria).

Se prendi un pezzo di fosforo, ad esempio, e lo metti sulla fiamma, brucerà e formerà l'ossido corrispondente:

4P (s) + 5O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

Durante questo processo alcuni solidi, come il calcio, possono bruciare con una fiamma brillante e colorata.

Un altro esempio si ottiene bruciando legna o qualsiasi sostanza organica, che abbia carbonio:

C (s) + O ₂ (g) => CO ₂ (g)

Ma se l'ossigeno è insufficiente, si forma CO invece di CO ₂ :

C (s) + 1 / 2O ₂ (g) => CO (g)

Notare come il rapporto C / O serve a descrivere i diversi ossidi.

Esempi di ossidi

Fonte: di Yikrazuul, da Wikimedia Commons

L'immagine in alto corrisponde alla struttura dell'ossido covalente I ₂ O ₅ , il più stabile che forma lo iodio. Nota i loro legami singoli e doppi, così come le accuse formali di I e ossigeni sui loro lati.

Gli ossidi alogeni si caratterizzano per essere covalenti e altamente reattivi, come tali sono i casi di O ₂ F ₂ (FOOF) e OF ₂ (FOF). Il biossido di cloro, ClO ₂ , ad esempio, è l'unico ossido di cloro sintetizzato su scala industriale.

Poiché gli alogeni formano ossidi covalenti, le loro valenze "ipotetiche" vengono calcolate allo stesso modo attraverso il principio di elettroneutralità.

Ossidi di metalli di transizione

Oltre agli ossidi di alogeni, ci sono gli ossidi di metalli di transizione:

-CoO: ossido di cobalto (II); ossido di cobalto; u monossido di cobalto.

-HgO: ossido di mercurio (II); ossido di mercurio; u monossido di mercurio.

-Ag ₂ O: ossido d'argento; ossido d'argento; o diplomato monossido.

-Au ₂ O ₃ : ossido di oro (III); ossido aurico; o triossido di dior.

Esempi aggiuntivi

-B ₂ O ₃ : ossido di boro; ossido borico; o triossido di dioro.

-Cl ₂ O ₇ : ossido di cloro (VII); ossido perclorico; dicloro eptoossido.

-NO: ossido di azoto (II); Monossido di azoto; monossido di azoto.

Riferimenti

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica. (quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Ossidi metallici e non metallici. Tratto da: chem.uiuc.edu
3. Chimica gratuita online. (2018). Ossidi e ozono. Tratto da: freechemistryonline.com
4. Toppr. (2018). Ossidi semplici. Tratto da: toppr.com
5. Steven S. Zumdahl. (7 maggio 2018). Ossido. Encyclopediae Britannica. Tratto da: britannica.com
6. Chemistry LibreTexts. (24 aprile 2018). Ossidi. Tratto da: chem.libretexts.org
7. Quimicas.net (2018). Esempi di ossidi. Estratto da: quimicas.net