 |
Химические элементы. Простые вещества
|
|
|
|
ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ ФИЛИАЛ
ГБОУ СПО «СВЕРДЛОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
ЦМК химии и фармацевтической технологии
НОМЕНКЛАТУРА
НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Учебное пособие для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Общая и неорганическая химия»
Екатеринбург
2015
Пособие для самостоятельной работы студентов по общей и неорганической химии / сост. Главатских Т.В., преподаватель химии – Екатеринбург: Фармацевтический филиал ГБОУ СПО «СОМК», 2015 – 45с.
Рецензент: И.В.Лужкова, научный сотрудник ФГУБН Института химии твердого тела УрО РАН.
Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы студентов.
В настоящем пособии описаны основные принципы классификации неорганических соединений. Рассмотрен общий подход к вопросам классификации, приведены примеры неорганических классов соединений. Описаны правила традиционной химической номенклатуры простых веществ, бинарных соединений, кислот, оснований, солей и комплексных соединений. Даны основные понятия и определения терминам, применяемым в химии координационных соединений, а также правила систематической номенклатуры, используемой для составления названий этих соединений. Большое количество примеров, приведенных в пособии, поможет обучающимся в освоении непростого химического языка. Предназначено для студентов 1-го курса при изучении дисциплин «Общая и неорганическая химия», «Аналитическая химия» и студентов 2-го и 3-го курса при изучении ПМ 02 МДК 02.02. «Контроль качества лекарственных средств».
Учебное пособие рассмотрено на заседании цикловой методической комиссии химии и фармацевтической технологии (…………….
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………….4с.
I. Номенклатура неорганических соединений……………………………5с.
1.1.Виды номенклатуры …………………………………………………5с.
1.2. Общие правила……………………………………………………….7с.
1.3. Химические элементы. Простые вещества…………………………9с.
1.4. Номенклатура бинарных соединений…………………………….. 11с.
1.5. Номенклатура для катионов и анионов…………………………… 13с.
1.6. Оксиды и их номенклатура………………………………………….15с.
1.7. Номенклатура кислот ……………………………………………… 16с.
1.8. Номенклатура оснований и гидратов……………………………….20с.
1.9. Номенклатура солей………………………………………………….23с.
II. Комплексные соединения и их номенклатура………………………....26с.
III. Примеры и задания для самостоятельного решения…………………33с.
Библиографический список………………………………………………...38с.
Приложения………………………………………………………………… 39с.
Введение
Номенклатура химическая - система рациональных названий химически индивидуальных веществ. Первая такая система была выработана в 1787 Комиссией французских химиков под председательством А. Л. Лавуазье. До этого названия веществ давались произвольно: по случайным признакам, по способам получения, по имени первооткрывателя и т. п. Каждое вещество имело по нескольку названий - синонимов. Комиссия Лавуазье постановила, что каждое вещество может иметь только одно название; наименование сложного вещества состоит из двух слов, указывающих на род и вид соединения, должно быть удобопроизносимым и не противоречить нормам языка. Номенклатура неорганических соединений, предложенная французскими учёными и основанная на кислородной теории, явилась образцом для создания в начале 19 в. национальных номенклатур, в том числе русской. Современная номенклатура неорганических соединений и номенклатура органических соединений разработаны международными комиссиями, стремившимися выразить словами всю информацию, содержащуюся в формулах химических. Задача эта чрезвычайно сложная. При пользовании так называемой международной номенклатурой, следует помнить высказывание А. М. Бутлерова (1859) о русской химической номенклатуре: «большею частью своей массы она сольется с общею химической номенклатурой, а русские названия, выработавшиеся в обыденном языке, как были, так и останутся в употреблении у русских химиков». По мнению Д. И. Менделеева (1869), «... в деле номенклатуры нельзя быть совершенно последовательным: есть известного рода обычаи..., от которых отступить невозможно, иначе рискуешь быть непонятым даже теми, кто привык уже к химическому изложению. Из разных названий, более или менее рационально составленных, нужно избрать... не только такое, которое более ясно выражает особенность или состав данного вещества, но также и такое, которое не поражает ухо своим неудобством».
|
|
|
I. Номенклатура неорганических соединений
Виды номенклатуры
Номенклатура неорганических веществ состоит из формул и названий. Химическая формула - изображение состава вещества с помощью символов химических элементов, числовых индексов и некоторых других знаков. Химическое название - изображение состава вещества с помощью слова или группы слов. Построение химических формул и названий определяется системой номенклатурных правил. Символы и наименования химических элементов приведены в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Элементы условно делят на металлы и неметаллы. К неметаллам относят все элементы VIII А-группы (благородные газы) и VII А-группы (галогены), элементы VI А-группы (кроме полония), элементы азот, фосфор, мышьяк (V А-группа); углерод, кремний (IV А-группа); бор (III А-группа), а также водород. Остальные элементы относят к металлам.
- Система наименований химических соединений длительное время развивалась хаотично, наименования давались в основном первооткрывателями каких-либо соединений. Многие вещества известны настолько давно, что происхождение их наименований носит легендарный характер. Исторически сложившиеся «собственные имена» выделяют как тривиальные названия. Они не вытекают из каких-либо единых систематических принципов, не выражают строения соединения и чрезвычайно разнообразны. Например: рудничный газ CH4, винный спирт C2H5OH, ванилин C8H8O3, сода NaHCO3. К тривиальным относятся все названия минералов (природных веществ, составляющих горные породы), например: SO2 - кварц; NaCI - каменная соль, или галит; ZnS - цинковая обманка, или сфалерит; FeO –Fe2O3 - магнитный железняк, или магнетит; MnO2 - пиролюзит; CaF2 - плавиковый шпат, или флюорит; некоторые соли: желтая кровяная соль (гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6 ]), красная кровяная соль (гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6 ]), медный купорос (сульфат меди CuSO4) и т. д.
- Рациональная номенклатура лежит в основе номенклатуры неорганических соединений, и часто всю современную номенклатуру называют рациональной. Это может создавать определённые трудности, потому что для органических соединений существует отдельная рациональная номенклатура, значительно отличающаяся от современной. Так, этан в рациональной номенклатуре имеет название метилметан.
- Систематическая номенклатура. Исходя из смыслового содержания этого термина, систематической можно назвать любую номенклатуру, имеющую в основе какую-либо систему. Поэтому все научные номенклатуры, за исключением системы тривиальных названий, являются систематическими. Однако следует помнить, что в 1951 году в СССР группой учёных под руководством А.П. Терентьева была предложена оригинальная «систематическая номенклатура», основанная на строгом едином принципе именования органических соединений. Распространения она не получила из-за значительных отличий от привычных наименований.
- Современная номенклатура химических соединений в основном базируется на правилах ИЮПАК (IUPAC), которые разрабатывались, начиная с 40-х годов XX века. Правила ИЮПАК определяют общие принципы и приемы построения названий соединений и периодически пересматриваются. Наиболее значительные изменения вводились в 1979 и в 1993 годах. В XX веке для названий соединений была принята номенклатура, которая зачастую действует и поныне, основанная на рекомендациях Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC) с учётом «Проекта правил номенклатуры неорганических соединений», разработанного Комиссией по номенклатуре неорганических соединений Отделения общей и технической химии АН СССР, и адаптированная к традициям русского языка.
- В конкретных случаях разрабатываемые национальные номенклатуры учитывают номенклатурные традиции и особенности языка. В русскойхимической номенклатуре наблюдается постепенное приближение к структуре и семантике английской, что связано с увеличением доли англоязычной химической информации, начавшейся в конце ХХ века и с развитием Интернета, ещё больше эта тенденция выражена в новой украинской химической номенклатуре. В основу русской номенклатуры положено использование русских названий химических элементов. При этом используют корни слов или усеченные корни слов. Например: NaCI – хлористый натрий.
- По международной (полусистематической) номенклатуре неорганических соединений, в отличие от русской номенклатуры, название бинарных соединений составляется из корня латинского названия элемента и суффикса -ид (от греческого суффикса -idēs, означавшего отчество в собственных именах). На второе место ставится название электроположительного элемента в родительном падеже (например, NaCI – хлорид натрия). Степень окисления электроположительного элемента указывают либо римской цифрой в скобках (что предпочтительнее), либо приставками, заимствованными из греческих количественных числительных (табл. 1).
|
|
|
|
|
|
Таблица 1
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 |
Неопределенное число n указывается числовой приставкой поли-.
Общие правила
Стехиометрические отношения в формулах соединений должны выражатся простыми целыми числами. Молекулярные формулы используются только тогда, когда речь идет о молекулах вещества, степень ассоциации которых принимается независящей от температуры. Если же степень ассоциации зависит от температуры, то в общем случае следует пользоваться простейшей (эмпирической) формулой. Ионные кристаллические вещества также изображаются эмпирическими формулами, например, РСl3 - трихлорид фосфора, S2Cl2 - дихлорид дисеры, КСl - хлорид калия. Диоксид азота NO2 содержит также N2O4, в общем случае используют формулу NO2 и название диоксид азота, если же речь идет о димере, то его изображают формулой N2O4 и называют тетраоксид диазота.
|
|
|
В формулах химических соединений на первое место всегда ставится электроположительная составляющая, например, PСl3, НСl. В порядке исключения пишут NH3 и N2H4. Аналогично изображают и более сложные соединения, например, РВrCl2 и РСl3О; для последнего соединения можно записать формулу (РО)Сl3, если группа (РО) рассматривается в качеств радикала.
Названия соединений, как правило, состоят из двух слов: названий электроположительной и электроотрицательной части.
В английской литературе порядок перечисления частей следует порядку их перечисления в формуле, например, КСl - potassium chloride (в руссом языке - наоборот). В одно слово пишутся названия комплексных соединений без внешней сферы, например, [Ni(CO)4] - тетракарбонилникель, традиционные названия некоторых распространенных веществ (особенно растворителей), например, NH3 - аммиак, названия многих водородных соединений, например, SiH4 - силан; в русской литературе в также пишутся названия интерметаллических соединений, например, AuCu3 – тримедь - золото. При составлении названий не делается различий между ионными и ковалентными веществами.
Количественные отношения между составляющими в названиях обозначаются числовыми приставками. Приставка моно- (1) обычно опускается; числовые приставки выше 12 изображаются в названиях цифрами. Умножающие числовые приставки (такие, как бис-, трис-, тетракис-) используются только тогда, когда в названии уже есть числовая приставка, а также когда можно неоднозначно понять написание названия. Приставки могут отделяться от основы названия скобками. Конечные гласные приставок никогда не опускаются, например, пентаоксид, а не пентоксид.
При составлении названий соединений часто необходимо указывать степень окисления того или иного элемента. Без этого можно обойтись, если не нарушается однозначность названия, например, хлорид натрия (sodium chloride), оксид кальция (calcium oxide), оксид дейтерия (deuterium oxide) и хлорид бария (barium chloride).
Степень окисления элемента в соединении - это тот формальный заряд, который возник бы на атоме данного элемента, если бы электроны каждой его связи полностью перешли бы к более электроотрицательному атому.
Водород принято считать положительным во всех соединениях с неметаллами.
Принято считать, что в простых веществах степень окисления элемента равна нулю и, следовательно, связь между атомами одного и того же элемента в любых веществах не влияет на оценку степени окисления.
Если элементы соединяются в различных количественных отношениях, названия полученных соединений строятся по одному из следующих четырех способов.
1. Для обозначения стехиометрического состава используются числовые приставки, например: трихлорид железа (iron trichloride), дихлорид меди (copper dichloride), тетраоксид трижелеза (triiron tetraoxide), пентасульфид диазота (dinitrogen pentasulfide).
2. Степень окисления, обычно для электроположительного элемента, указывается римской цифрой в скобках (без пробела) за символом элемента (способ Штока), например: MnO2 - оксид марганца(IV) [manganese(IV) oxide] PbO-оксид свинца(II) [lead(II) oxide]. Строчными или заглавными обозначать римские цифры значения не имеет, хотя в русской литературе отдается предпочтение заглавным.
Хотя правила IUPAC рекомендуют при составлении названий отдавать предпочтение латинским названиям элементов (даже в названиях электроположительных частей), это часто не принимается во внимание в американских и английских публикациях, например: FeС13 – iron (III) chloride, а не ferrim (III) chloride, CuCl2 – copper (II) chloride, а не cuprum (II) chloride. В русской литературе всегда используются русские названия элементов.
3. Для ионных соединений можно использовать способ Эвенса - Бассетта, указывая заряд катиона арабской цифрой в скобках, например: FeCl3 – iron (3+) chloride, CuCl2 – copper (2+) chloride. Этот способ используется сейчас в указателях журнала Chemical Abstracts. В русской литературе способ Эвенса-Бассета используется только в тех случаях, когда неприменимы правила с числовыми приставками и способ Штока, например, N2H5+ - катион гидразиния (1+), N2H62+ - катион гидразиния (2+), S 4 2- - тетрасульфид (2-)-ион.
4. В английской и американской литературе применяется еще и старый прием, заключающийся в добавлении суффикса -ic к названию аниона для указания более высокой степени окисления элемента катиона и суффикса -ous для более низкой степени окисления, например: FeCl3 - iron chloric, FeCl2 - iron chlorous. В русской литературе названия типа хлорное железо FeCl3 и хлористое железо FeCl2 являются устаревшими и более не применяются. Этот прием оказывается недостаточным, если элемент может существовать в более чем двух валентных состояниях; неприменим для написания названий комплексных соединений и соединений редко встречающихся элементов. Комиссия IUPAC считает этот прием допустимым к использованию, но нежелательным.
Химические элементы. Простые вещества
Символы химических элементов согласно Правилам IUPAC приведены в Периодической системе. Они состоят из первой и какой-либо последующей буквы их латинских названий; некоторые элементы обозначаются только одной первой буквой латинского названия. Русские названия элементов не всегда совпадают с латинскими.
Следует сделать несколько замечаний. Для составления производных терминов используются корни латинских названий элементов, например, купр- (cupr-) для меди (купрат, cuprate), ферр- (ferr-) для железа (феррат, ferrate) и т. д. В литературе на английском языке соединения сурьмы продолжают называть antimonate, antimonide (в русской литературе термины антимонат, антимонид являются устаревшими); правила IUPAC рекомендуют производить названия соединений сурьмы от корня ее латинского названия стиб- (stib-), например, стибат (stibate). Названия некоторых соединений азота являются производными от названия этого элемента, например, азид (azide). Правила IUPAC рекомендуют использование названий вольфрамат (wolframate) и никколат (niccolate) для соединений вольфрама и никеля, хотя журнал Chemical Abstracts применяет устаревшие названия tungstate и nickelate соответственно. Запись названия элемента сера на английском языке - sulfur (написание sulphur не рекомендуется). В американской литературе продолжается использование записи названий элементов цезий и алюминий как cesium и aluminum (вместо общепринятых caesium и aluminium). По правилам IUPAC, названия всех элементов, которые последуют за элементом 105, рекомендуется оканчивать на -ий (-ium). В последней публикации ИЮПАК (1977г) для этой же цели предложено использовать соответствующие порядковые числительные; при такой системе элемент 106 получил бы название уннилгексий (unnilhexium), а элемент 113 - название унунтрий (ununtrium).
Утверждены некоторые групповые названия элементов. Так, элементы Не, Ne, Ar, Кг, Хе, Rn принято называть благородные газы; элементы F, Cl, Br, I, At - галогены; элементы О, S, Se, Те, Ро - халькогены; элементы Li, Na, К, Rb, Cs, Fr - щелочные элементы; элементы Са, Sr, Ва, Ra - щелочноземельные элементы; элементы с порядковыми номерами 57-71 (от La до Lu включительно) - лантаноиды (до 1965 г. - лантаниды) и элементы 89-103 (от Ас до Lr включительно) - актиноиды (до 1965 г. - актиниды). Элементы, у атомов которых заполняется d-подуровень, называются d-элементами (переходными элементами). Аналогично применяют названия s-элементы, р-элементы, f-элементы. Все элементы принято условно разделять на металлы и неметаллы (термин металлоиды запрещен).
Для изотопов водорода 1Н, 2Н и 3Н сохраняются названия протий, дейтерий и тритий; последние два названия в качестве приставок записываются как дейтерио- (а не дейтеро-) и тритио-. Изотопы других элементов следует обозначать с помощью массового числа при символе или после названия элемента, например, 18О - кислород-18.
Цифровые индексы при символах элементов означают: левый верхний - массовое число; левый нижний - порядковый номер; правый верхний - заряд иона (степень окисления элемента); правый нижний - число атомов. Например, Са2+ обозначает двухзарядный катион кальция (с природным изотопным составом), 15N - это нейтральный атом азота-15; 40К+ - однозарядный катион калия-40. Указание массового числа в виде правого верхнего индекса (например, К - 40) долго практиковалось физиками, а многие ученые придерживаются этого и сейчас, однако в химической литературе рекомендуется приведенное выше правило.
Радиоактивность можно обозначать звездочкой слева сверху от символа элемента, например, *К, при необходимости (довольно редкой) можно указать одновременно радиоактивность и массовое число атома, например, 40*K.
Для указания заряда иона сначала пишется число, а затем знак заряда (а не наоборот).
Для аллотропных форм элементов в свободном виде рекомендуется следующая система номенклатуры: H1 - моноводород, O2 - дикислород, P4 - тетрафосфор и т.д. Хотя по правилам ИЮПАК O3 требуется обозначать как трикислород, вряд ли это название может исключить традиционное название озон.
Аллотропные формы с циклическим и цепным строением обозначаются приставками цикло- и катена -, например, цикло- октасера и катена -полисера. Приставка цикло- обязательно пишется курсивом (в отличие от написания, принятого для номенклатуры органических соединений, где это не обязательно).
|
|
|
