Глава 8 . Основы химической номенклатуры

8.1. Что такое химическая номенклатура

Химическая номенклатура – свод правил, позволяющих однозначно составить ту, или иную формулу или название любого химического вещества, зная его состав и строение.

Химическая номенклатура складывалась постепенно, в течение нескольких столетий. По мере накопления химических знаний она неоднократно менялась. Уточняется и развивается она и сейчас, что связано не только с несовершенством некоторых номенклатурных правил, но еще и с тем, что ученые постоянно открывают новые и новые соединения, назвать которые (а бывает, что даже и составить формулы), пользуясь существующими правилами иногда оказывается невозможно. Номенклатурные правила, принятые в настоящее время научным сообществом всего мира, содержатся в многотомном издании: " Номенклатурные правила ИЮПАК по химии" , число томов в котором непрерывно возрастает.

С типами химических формул, а также с некоторыми правилами их составления вы уже знакомы. А какие же бывают названия химических веществ?

Пользуясь номенклатурными правилами, можно составить систематическое название вещества.

Систематическое название вещества – название вещества, составленное по номенклатурным правилам и отражающее состав, а иногда и строение данного вещества.

Для многих веществ кроме систематических используются и традиционные, так называемые тривиальные названия. При своем возникновении эти названия отражали определенные свойства веществ, способы получения или содержали название того, из чего данное вещество было выделено. Сравните систематические и тривиальные названия веществ, приведенных в таблице 25.

К тривиальным относятся и все названия минералов (природных веществ, составляющих горные породы), например: кварц (SiO₂); каменная соль, или галит (NaCl); цинковая обманка, или сфалерит (ZnS); магнитный железняк, или магнетит (Fe₃O₄); пиролюзит (MnO₂); плавиковый шпат, или флюорит (CaF₂) и многие другие.

Таблица 25. Систематические и тривиальные названия некоторых веществ

Формула

Систематическое название

Тривиальное название

NaCl

Хлорид натрия

Поваренная соль

Na₂CO₃

Карбонат натрия

Сода, кальцинированная сода

NaHCO₃

Гидрокарбонат натрия

Питьевая сода

CaO

Оксид кальция

Негашеная известь

Ca(OH)₂

Гидроксид кальция

Гашеная известь

NaOH

Гидроксид натрия

Едкий натр, каустическая сода, каустик

KOH

Гидроксид калия

Едкое кали

K₂CO₃

Карбонат калия

Поташ

CO₂

Диоксид углерода

Углекислый газ, углекислота

CO

Монооксид углерода

Угарный газ

NH₄NO₃

Нитрат аммония

Аммиачная селитра

KNO₃

Нитрат калия

Калийная селитра

KClO₃

Хлорат калия

Бертолетова соль

MgO

Оксид магния

Жженая магнезия

Для некоторых наиболее известных или широко распространенных веществ употребляются только тривиальные названия, например: вода, аммиак, метан, алмаз, графит и другие. В этом случае такие тривиальные названия иногда называют специальными.

Как составляются названия веществ, относящихся к разным классам, вы узнаете из следующих параграфов.

Карбонат натрия Na₂CO₃. Техническое (тривиальное) название – кальцинированная (то есть прокаленная) сода, или просто " сода" . Белое вещество, термически очень устойчивое (плавится без разложения), хорошо растворяется в воде, частично с ней реагируя, при этом в растворе создается щелочная среда. Карбонат натрия – ионное соединение со сложным анионом, атомы которого связаны между собой ковалентными связями. Сода ранее широко применялась в быту для стирки белья, но сейчас полностью вытеснена современными стиральными порошками. Получают карбонат натрия по довольно сложной технологии из хлорида натрия, а используют, в основном, в производстве стекла.

Карбонат калия К₂СО₃. Техническое (тривиальное) название – поташ. По строению, свойствам и применению карбонат калия очень похож на карбонат натрия. Ранее его получали из золы растений, да и сама зола использовалась при стирке. Сейчас большая часть карбоната калия получается в качестве побочного продукта при производстве глинозема (Al₂O₃), используемого для производства алюминия. Из-за гигроскопичности поташ применяют в качестве осушающего средства. Используют его и в производстве стекла, пигментов, жидкого мыла. Кроме этого, карбонат калия – удобный реактив для получения других соединений калия.

2.О чем говорят тривиальные названия " поваренная соль" , " кальцинированная сода" , " угарный газ" , " жженая магнезия" ?

8.2. Названия и формулы простых веществ

Названия большинства простых веществ совпадают с названиями соответствующих элементов. Только все аллотропные модификации углерода имеют свои особые названия: алмаз, графит, карбин и другие. Кроме этого имеет свое особое название одна из аллотропных модификаций кислорода – озон.

Простейшая формула простого немолекулярного вещества состоит только из символа соответствующего элемента, например: Na – натрий, Fe – железо, Si – кремний.

Аллотропные модификации обозначают, используя буквенные индексы или буквы греческого алфавита:

C_(а) – алмаз; α - Sn – серое олово;

С_(гр) – графит; β -Sn – белое олово.

В молекулярных формулах молекулярных простых веществ индекс, как вы знаете, показывает число атомов в молекуле вещества:

H₂ – водород; O₂ – кислород; Cl₂ – хлор; O₃ – озон.

В соответствии с номенклатурными правилами систематическое название такого вещества должно содержать приставку, показывающую число атомов в молекуле:

H₂ – диводород;

O₃ – трикислород;

P₄ – тетрафосфор;

S₈ – октасера и т. д., но в настоящее время это правило еще не стало общеупотребительным.

Таблица 26.Числовые приставки Множитель

Приставка

Множитель

Приставка

Множитель

Приставка

1

моно

5

пента

9

нона

2

ди

6

гекса

10

дека

3

три

7

гепта

11

ундека

4

тетра

8

окта

12

додека

Озон O₃ – светло-синий газ с характерным запахом, в жидком состоянии – темно-голубой, в твердом – темно-фиолетовый. Это вторая аллотропная модификация кислорода. Озон значительно лучше растворим в воде, чем кислород. О₃ малоустойчив и даже при комнатной температуре медленно превращается в кислород. Очень реакционноспособен, разрушает органические вещества, реагирует со многими металлами, в том числе с золотом и платиной. Почувствовать запах озона можно во время грозы, так как в природе озон образуется в результате воздействия молний и ультрафиолетового излучения на атмосферный кислород.Над Землей существует озоновый слой, расположенный на высоте около 40 км, который задерживает основную часть губительного для всего живого ультрафиолетового излучения Солнца. Озон обладает отбеливающими и дезинфицирующими свойствами. В некоторых странах он используется для дезинфекции воды. В медицинских учреждениях для дезинфекции помещений используют озон, получаемый в специальных приборах – озонаторах.

8.3. Формулы и названия бинарных веществ В соответствии с общим правилом в формуле бинарного вещества на первое место ставится символ элемента с меньшей электроотрицательностью атомов, а на второе – с большей, например: NaF, BaCl₂, CO₂, OF₂ (а не FNa, Cl₂Ba, O₂C или F₂O!).

Так как значения электроотрицательности для атомов разных элементов постоянно уточняются, обычно пользуются двумя практическими правилами:

1. Если бинарное соединения представляет собой соединение элемента, образующего металл, с элементом, образующим неметалл, то на первое место (слева) всегда ставится символ элемента, образующего металл.

2. Если оба элемента, входящие в состав соединения – элементы, образующие неметаллы, то их символы располагают в следующей последовательности:

B, Si, C, Sb, As, P, N, H, Te, Se, S, At, I, Br, Cl, O, F.

Примечание: следует помнить, что место азота в этом практическом ряду не соответствует его электроотрицательности; в соответствии с общим правилом его следовало бы поместить между хлором и кислородом.

Примеры: Al₂O₃, FeO, Na₃P, PbCl₂, Cr₂S₃, UO₂ (по первому правилу);

BF₃, CCl₄, As₂S₃, NH₃, SO₃, I₂O₅, OF₂ (по второму правилу).

Систематическое название бинарного соединения может быть дано двумя способами. Например, СО₂ можно назвать диоксидом углерода – это название вам уже известно – и оксидом углерода(IV). Во втором названии в скобках указывается число Штока (степень окисления) углерода. Это делается для того, чтобы отличить это соединение от СО – оксида углерода(II).

Можно использовать и тот, и другой тип названия в зависимости от того, какой в данном случае более удобен.

Примеры (выделены более удобные названия):

MnO

монооксид марганца

оксид марганца(II)

Mn₂O₃

триоксид димарганца

оксид марганца(III)

MnO₂

диоксид марганца

оксид марганца(IV)

Mn₂O₇

гептаоксид димарганца

оксид марганца(VII)

Другие примеры:

CuCl

монохлорид меди

хлорид меди(I)

CuCl₂

дихлорид меди

хлорид меди(II)

NaH

моногидрид натрия

гидрид натрия(I)

CaH₂

дигидрид кальция

гидрид кальция(II)

Cr₂S₃

трисульфид дихрома

сульфид хрома(III)

CrO₃

триоксид хрома

оксид хрома(VI)

Если атомы элемента, стоящего в формуле вещества на первом месте, проявляют только одну положительную степень окисления, то ни числовые приставки, ни обозначение этой степени окисления в названии вещества обычно не используются, например:

Na₂O – оксид натрия; KCl – хлорид калия;

Cs₂S – сульфид цезия; BaCl₂ – хлорид бария;

BCl₃ – хлорид бора; HCl – хлорид водорода (хлороводород);

Al₂O₃ – оксид алюминия; H₂S – сульфид водорода (сероводород).

1.Составьте систематические названия веществ (для бинарных веществ – двумя способами):

а) O₂, FeBr₂, BF₃, CuO, HI;

б) N₂, FeCl₂, Al₂S₃, CuI, H₂Te;

в) I₂, PCl₅, MnBr₂, BeH₂, Cu₂O.

2.Назовите двумя способами каждый из оксидов азота: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. Подчеркните более удобные названия.

3.Запишите формулы следующих веществ:

а) фторид натрия, сульфид бария, гидрид стронция, оксид лития;

б) фторид углерода(IV), сульфид меди(II), оксид фосфора(III), оксид фосфора(V);

в) диоксид кремния, пентаоксид дийода, триоксид дифосфора, дисульфид углерода;

г) селеноводород, бромоводород, йодоводород, теллуроводород;

д) метан, силан, аммиак, фосфин.

4.Сформулируйте правила составления формул бинарных веществ по положению элементов, входящих в состав этого вещества, в системе элементов.

8.4. Формулы и названия более сложных веществ

Как вы уже заметили, в формуле бинарного соединения на первом месте стоит символ катиона или атома с частичным положительным зарядом, а на втором – аниона или атома с частичным отрицательным зарядом. Точно также составляются формулы и более сложных веществ, но места атомов или простых ионов в них занимают группы атомов или сложные ионы.

В качестве примера рассмотрим соединение (NH₄)₂CO₃. В нем на первом месте стоит формула сложного катиона (NH₄

В формуле самого сложного иона на первое место ставится символ центрального атома, то есть атома, с которым связаны остальные атомы (или группы атомов) этого иона, а в названии указывается степень окисления центрального атома.

Примеры систематических названий:

Na₂SO₄ тетраоксосульфат(VI) натрия(I),

K₂SO₃ триоксосульфат(IV) калия(II),

CaCO₃ триоксокарбонат(IV) кальция(II),

(NH₄)₃PO₄ тетраоксофосфат(V) аммония,

PH₄Cl хлорид фосфония,

Mg(OH)₂ гидроксид магния(II).

Такие названия точно отражают состав соединения, но очень громоздки. Поэтому вместо них обычно используют сокращенные (полусистематические) названия этих соединений:

Na₂SO₄ сульфат натрия,

K₂SO₃ сульфит калия,

CaCO₃ карбонат кальция,

(NH₄)₃PO₄ фосфат аммония,

Mg(OH)₂ гидроксид магния.

Систематические названия кислот составляется так, как будто кислота – соль водорода:

H₂SO₄ тетраоксосульфат(VI) водорода,

H₂CO₃ триоксокарбонат(IV) водорода,

H₂[SiF₆] гексафторосиликат(IV) водорода.(О причинах применения квадратных скобок в формуле этого соединения вы узнаете позже)

Но для наиболее известных кислот номенклатурные правила допускают применение их тривиальных названий, которые вместе с названиями соответствующих анионов приведены в таблице 27.

Таблица 27. Названия некоторых кислот и их анионов

Кислота

Анион

Формула

Название

Формула

Название

H₂CO₃

Угольная

CO₃²

Карбонат-ион

(H₂SiO₃)_n

Кремниевая

(SiO₃²)_n

Силикат-ион

HNO₃

Азотная

NO₃

Нитрат-ион

HNO₂

Азотистая

NO₂

Нитрит-ион

H₃PO₄

Ортофосфорная (фосфорная)

PO₄³

(Орто)фосфат-ион

(HPO₃)_n

Метафосфорная

(PO₃ )_n

Метафосфат-ион

H₂SO₄

Серная

SO₄²

Сульфат-ион

H₂SO₃

Сернистая

SO₃²

Сульфит-ион

HClO₄

Хлорная

ClO₄

Перхлорат-ион

HClO₃

Хлорноватая

ClO₃

Хлорат-ион

HClO₂

Хлористая

ClO₂

Хлорит-ион

HClO

Хлорноватистая

ClO

Гипохлорит-ион

* * *

В этой главе вы познакомились только с самыми основными правилами химической номенклатуры. С другими правилами вы будете знакомиться по мере необходимости.

Хлорид алюминия AlCl₃. В твердом состоянии – немолекулярное вещество с простейшей формулой AlCl₃ , а в жидком и газообразном – молекулярное вещество Al₂Cl₆. Связи в безводном хлориде алюминия ковалентные, в твердом виде он имеет каркасное строение. Это белое легкоплавкое сильно летучее соединение. Хлорид алюминия в воде хорошо растворим, " дымит" во влажном воздухе. Из водных растворов безводный AlCl₃ выделен быть не может. Используется хлорид алюминия как катализатор при синтезе органических веществ.

Азотная кислота HNO₃ Чистая безводная азотная кислота – бесцветная жидкость, на свету она разлагается с образованием бурого диоксида азота, который окрашивает кислоту в желтоватый цвет, интенсивность которого зависит от концентрации диоксида. При неосторожном обращении с кислотой и ее попадании на кожу образуется ожог, также имеющий характерный желтый цвет. С водой азотная кислота смешивается в любых отношениях. Принято различать концентрированную, разбавленную и очень разбавленную кислоты. Смесь азотной и соляной кислот называется " царской водкой" – эта смесь так активна, что способна реагировать с золотом. Да и сама по себе азотная кислота – один из самых разрушительных реагентов. В связи с ее высокой активностью, азотная кислота не встречается в природе в свободном состоянии, хотя небольшие ее количества образуются в атмосфере. Получают азотную кислоту в больших количествах из аммиака по довольно сложной технологии, а расходуют на производство минеральных удобрений. кроме того, это вещество используется практически во всех отраслях химической промышленности.

а) Fe(NO₃)₃, H₂SeO₄, Cr(OH)₃, (NH₄)₃PO₄;

б) Cr₂(SO₄)₃, CrSO₄, CrCl₃, CrO₃, Cr₂S₃;

в) Na₂SO₄, Na₂SO₃, Na₂S;

г) KNO₃, KNO₂, K₃N;

д) HBr, H₃BO₃, (H₃O)₂SO₄, (H₃O)₃PO₄;

е) KMnO₄, K₂S₂O₇, K₃[AuCl₆], K₃[Al(OH)₆].

2.Составьте формулы следующих веществ:

а) карбонат магния, нитрат свинца(II), нитрит лития;

б) гидроксид хрома(III), бромид алюминия, сульфид железа(II);

в) нитрат серебра, бромид фосфора(V), фосфат кальция.