Ossidi, idrossidi, acidi e sali: le classi dei composti inorganici

Ossidi, idrossidi, acidi e sali non sono quattro mondi separati: sono le tappe di una stessa storia. Un metallo brucia e forma un ossido; quell’ossido incontra l’acqua e diventa una base; un non metallo fa lo stesso e diventa un acido; quando l’acido e la base si incontrano nasce un sale. Capire questi legami di parentela è il modo migliore per orientarsi tra le classi fondamentali dei composti inorganici.

Vediamo come si comportano gli ossidi acidi e basici, che cosa sono gli ossidi anfoteri, come nascono acidi e basi e perché il numero di ossidazione decide il carattere dell’ossido.

Ossidi acidi e ossidi basici

Il carattere di un ossido segue la natura dell’elemento. Gli ossidi basici sono quelli dei metalli: reagiscono con l’acqua dando idrossidi (basi) e reagiscono con gli acidi. L’ossido di calcio CaO con l’acqua dà idrossido di calcio Ca(OH)₂; l’ossido di sodio Na₂O dà idrossido di sodio. Gli ossidi acidi sono invece quelli dei non metalli: reagiscono con l’acqua dando acidi e reagiscono con le basi. Il diossido di carbonio CO₂ con l’acqua forma acido carbonico; il triossido di zolfo SO₃ forma acido solforico. Per questo gli ossidi acidi sono anche detti anidridi: sono l’acido «senza acqua».

ossido basico + H₂O → idrossido  ·  ossido acido + H₂O → acido

Gli ossidi anfoteri: la frontiera

Tra gli ossidi nettamente basici e quelli nettamente acidi c’è una zona di confine, occupata dagli ossidi anfoteri: si comportano da base con gli acidi e da acido con le basi. L’ossido di alluminio Al₂O₃ ne è l’esempio tipico: insolubile in soluzione neutra, si scioglie sia in ambiente acido sia in ambiente alcalino (in quest’ultimo dando ioni alluminato). L’anfoterismo segnala il passaggio dal carattere metallico a quello non metallico ed è legato a un’apprezzabile quota di carattere covalente nel legame metallo-ossigeno.

Acidi, idrossidi e la nascita dei sali

Quando un ossido acido (o l’acido che ne deriva) incontra un ossido basico (o l’idrossido corrispondente), avviene la reazione di neutralizzazione: si forma un sale e, di norma, acqua. È così che da acido cloridrico e idrossido di sodio nasce il cloruro di sodio, e da acido solforico e idrossido di calcio il solfato di calcio. Il sale conserva la «memoria» dei suoi genitori: il catione proviene dalla base, l’anione dall’acido. Questo spiega perché il nome del sale è sempre «anione di catione» e perché conoscere acido e base di partenza permette di prevedere il sale che si ottiene.

La forza degli acidi e le regole di Pauling

Non tutti gli ossoacidi hanno la stessa forza, e c’è una regolarità sorprendente: la forza dipende soprattutto dal numero di atomi di ossigeno «doppiamente legati» (gli ossigeni non legati a idrogeno) attorno all’atomo centrale. Più ce ne sono, più l’acido è forte, perché quegli ossigeni stabilizzano la carica negativa dell’anione che resta dopo la cessione del protone. È il senso delle regole empiriche di Pauling, che stimano l’acidità in base proprio al numero di questi ossigeni: per questo l’acido perclorico (con tre ossigeni di questo tipo) è fortissimo, mentre l’acido ipocloroso (con nessuno) è debolissimo.

Quando la formula inganna: l’acido carbonico

Un caso istruttivo è l’acido carbonico. La sua acidità misurata sembra molto più bassa di quanto le regole prevedano, e per anni è sembrata un’anomalia. La spiegazione è che, quando la CO₂ si scioglie in acqua, solo una piccolissima frazione si converte davvero in acido carbonico H₂CO₃: la gran parte resta CO₂ disciolta. Trattando tutta la CO₂ come se fosse acido si sottostima la sua forza; tenendo conto della frazione reale, l’acidità torna in linea con le previsioni. È un buon promemoria: la formula scritta non sempre rappresenta ciò che c’è davvero in soluzione.

Le classi di composti e i loro legami: riepilogo

Una mappa delle quattro classi, di come si formano e di come si comportano in acqua:

Letta dall’alto in basso, la tabella racconta proprio il percorso che lega le quattro classi: dall’elemento all’ossido, dall’ossido all’acido o alla base, e infine al sale.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra ossido acido e ossido basico?

Gli ossidi basici sono quelli dei metalli: con l’acqua danno idrossidi (basi) e reagiscono con gli acidi. Gli ossidi acidi sono quelli dei non metalli: con l’acqua danno acidi e reagiscono con le basi. Per questo gli ossidi acidi sono detti anche anidridi, cioè acidi privati dell’acqua.

Che cos’è un ossido anfotero?

È un ossido che si comporta sia da acido sia da base, reagendo sia con gli acidi sia con le basi. L’ossido di alluminio è l’esempio classico: si scioglie tanto in ambiente acido quanto in ambiente alcalino. Gli ossidi anfoteri si trovano alla frontiera tra elementi metallici e non metallici della tavola periodica.

Come si forma un sale?

Da una reazione di neutralizzazione tra un acido e una base, che produce un sale e di norma acqua. Il sale conserva il catione proveniente dalla base e l’anione proveniente dall’acido: per questo da acido cloridrico e idrossido di sodio si ottiene cloruro di sodio. Conoscere acido e base di partenza permette di prevedere il sale.

Da cosa dipende la forza di un ossoacido?

Soprattutto dal numero di atomi di ossigeno terminali (non legati a idrogeno) attorno all’atomo centrale: più ce ne sono, più l’acido è forte, perché stabilizzano la carica negativa dell’anione. È il contenuto delle regole empiriche di Pauling, e spiega perché l’acido perclorico è molto più forte dell’acido ipocloroso.

Perché l’acido carbonico è più debole del previsto?

Perché quando la CO₂ si scioglie in acqua, solo una frazione minima si trasforma realmente in acido carbonico; la maggior parte resta CO₂ disciolta. Misurando l’acidità come se tutta la CO₂ fosse acido si ottiene un valore apparentemente troppo basso; tenendo conto della frazione effettiva, il dato torna in accordo con le previsioni.