Основные классы неорганических соединений и номенклатура. Теория и практика. Учебно-методическое пособие

В В Е Д Е Н И Е

Система правил построения химических формул и названий соединений составляет химическую номенклатуру. Разделение неорганических соединений, обладающих общими признаками, на классы и развитие химической номенклатуры имеет длительную историю. Первую классификацию неорганических соединений предложил А. Л. Лавуазье в 1787 году. В этот же период ученые начали высказывать идею создания химической номенклатуры. В 1919 году был организован Международный союз теоретической и прикладной химии ИЮПАК

(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC), в составе ко-

торого в 1921 году была создана комиссия по номенклатуре неорганических соединений. В основе номенклатурных правил ИЮПАК заложены общие принципы и приемы построения названий соединений, которые периодически пересматриваются. К одному из изданий Международной комиссии относятся номенклатурные правила «Как назвать неорганическое вещество», опубликованные в 1977 году. В России номенклатурные правила ИЮПАК по химии впервые были изданы в 1979 году. В 1990 году рекомендации ИЮПАК были пересмотрены с учетом изменений номенклатуры за предыдущий период. В 2005 году опубликованы новые рекомендации ИЮПАК по номенклатуре неорганических соединений, включающие исправления и дополнения, возникшие после 1990 года.

Номенклатура неорганических соединений в современных учебниках по химии базируется на правилах ИЮПАК и включает традиционные и систематические названия соединений. Систематические названия составляются в соответствии с системой принципов и правил номенклатуры и полностью отражают состав химического соединения. В традиционных названиях не соблюдаются единые систематические принципы, и в них не отражается состав соединений. Правилами ИЮПАК использование традиционных названий рекомендовано для ограниченного числа распространенных кислородсодержащих кислот, их кислотных остатков и солей.

В технической литературе, кроме традиционных названий, используют тривиальные названия химических соединений (от лат. trivial – обыденный). Исторически они применялись для названия веществ, используемых в практической деятельности. Тривиальные

3

названия не отражают химического состава вещества, но характеризуют его внешний вид или специфические свойства.

Классификация неорганических соединений и их номенклатура рассматривается как методологическая основа изучения общей и неорганической химии. Учащиеся вуза должны знать генетическую связь основных классов неорганических соединений, на основании этого писать уравнения химических реакций, выявлять химическую сущность процесса; составлять формулы соединений по их названиям и именовать соединения по их химическим формулам. Эти умения по неорганической химии требуют использования таких понятий из общей химии, как степени окисления элементов, их электроотрицательность и др.

Материал, изложенный в настоящем учебно-методическом пособии, предназначен для усвоения правил классификации неорганических соединений; системы составления формул и их наименований; описания свойств и способов получения веществ, составляющих основные классы неорганических соединений.

Данное учебно-методическое пособие включает материалы по классификации и номенклатуре неорганических соединений, химическим свойствам и способам получения неорганических соединений, примеры решения заданий и контрольные задания для самостоятельной работы, а также описание лабораторной работы по получению оксидов, кислот, оснований и солей в условиях учебной лаборатории.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 1 курса, изучающих химию в технологических и технических вузах. Также может быть использовано для входного контроля знаний учащихся по общей и неорганической химии, приобретенных в довузовский период обучения. Учебный материал пособия нацелен на повышение знаний студентов до уровня, позволяющего освоить химические дисциплины вуза, на понимание значимости изложенного материала для профессиональной деятельности специалиста химико-технологиче- ского направления.

4

1 . В В Е Д Е Н И Е В К Л А С С Ы Н Е О Р Г А Н И Ч Е С К И Х С О Е Д И Н Е Н И Й

Важнейшие понятия:

Классификация неорганических соединений.

Оксиды неметаллов, оксиды металлов, амфотерные оксиды, несолеобразующие оксиды.

Кислоты, бескислородные и кислородсодержащие кислоты, кислотные остатки, основность кислоты, сильные и слабые кислоты.

Основания, щелочи, амфотерные гидроксиды, кислотность основания.

Соли средние, кислые, основные, двойные. Кристаллогидраты солей.

Номенклатура неорганических соединений. Традиционная, систематическая, аддитивная, альтернативная номенклатуры. Тривиальные названия неорганических соединений.

1 . 1 . К Л А С С И Ф И К А Ц И Я Н Е О Р Г А Н И Ч Е С К И Х С О Е Д И Н Е Н И Й И И Х Н О М Е Н К Л А Т У Р А

Классификация неорганических соединений представлена схемой на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Классификация неорганических соединений

5

Химические соединения, образованные атомами одного элемента, называются простыми веществами; химические соединения, образованные атомами разных элементов, – сложными веществами.

Оксиды – соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. В оксидах кислород имеет степень окисления –2. Оксиды неметаллов и переходных металлов, проявляющих высокие степени окисления (например, Mn+7, Cr+6), которым соответствуют кислоты, называются кислотными оксидами. Оксиды металлов, которым соответствуют основания, называются основными оксидами. Оксиды металлов, проявляющие в зависимости от условий основные или кислотные свойства, называются амфотерными (от греч. amphoteros – оба) (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Формулы основных, кислотных и амфотерных оксидов элементов 2 и 3 периодов в состоянии с высшей степенью окисления

Кислотные, основные и амфотерные оксиды солеобразующие. Им соответствуют соли, образующиеся при взаимодействии оксидов с кислотами и щелочами. Оксиды, которым не соответствуют соли, называются несолеобразующими (безразличными или индифферентными), например CO, NO, N2O. Оксидам независимо от их взаимодействия с водой соответствуют кислоты или основания.

При названии оксида используют номенклатурные правила, разработанные ИЮПАК. Систематическое название вещества читается справа налево. В бинарных соединениях, к которым относится оксид, сначала называется корень латинского названия более электроотрицательного элемента с окончанием -ид, затем – русское название менее электроотрицательного элемента в родительном падеже с указанием

6

степени его окисления римской цифрой в круглых скобках или, применяя греческие числовые приставки (табл. 1.2). К примеру, систематические названия оксидов: NO2 – оксид азота (IV) или диоксид азота, SO3 – оксид серы (VI) или триоксид серы, СО – оксид углерода (II) или монооксид углерода, N2O5 – оксид азота (V) или пентаоксид диазота, FeO – оксид железа (II) или монооксид железа, Fe2O3 – оксид железа (III) или триоксид дижелеза.

Конечные гласные приставок от числительных сохраняются в названиях, например «пентаоксид», но не «пентоксид». Исключение составляет приставка «моно», для которой возможно «монооксид» и «моноксид».

Таблица 1.2

Название греческих числительных, использующихся в качестве приставок

Кислотами называют вещества, диссоциирующие при растворе-

нии в воде с образованием катионов водорода:

HNO2 H++ NO–2.

Анион, образующийся при диссоциации кислоты, называют кислотным остатком. Образование кислот наиболее характерно для неметаллических элементов. При этом различают кислородсодержащие или оксокислоты, например HNO2, H2SO4, HMnO4, и бескислородные кислоты, например, HF, HCl, H2S. Кислотные остатки кислородсодержащих кислот содержат атом неметаллического элемента в положительной степени окисления. Бескислородные кислоты содержат атом неметаллического элемента в отрицательной степени окисления.

Названия бескислородных кислот происходят от названия неметаллов с добавлением слова «водородная», например: HF – фтороводородная кислота, HCl – хлороводородная кислота, HI – йодоводородная кислота, HBr – бромоводородная кислота, H2S – сероводородная кислота, H2Sе – селеноводородная кислота. Название кислотного остатка составляют из латинского названия неметалла, и оно оканчивается на – ид (табл. 1.3).

7

Таблица 1.3

Названия некоторых бескислородных кислот и их кислотных остатков

Для некоторых широко известных оксокислот используются традиционные названия. Например, в соответствии с правилами ИЮПАК для кислородсодержащих кислот элементов в высшей степени окисления традиционные названия составляют из русского названия этого элемента, оканчивающегося на -ная, -евая или -овая, например H2SO4 – серная кислота, H2SiO3 – кремниевая кислота, HMnO4 – марганцовая кислота. При меньшей степени окисления элемента, образующего кислоту, название кислоты оканчивается на -истая, например H2SO3 – сер- нистая кислота, HNO2 – азотистая кислота. Если элемент в одной и той же степени окисления образует несколько кислот с разным числом атомов кислорода, то при меньшем числе атомов кислорода добавляется приставка мета-, при большем числе – орто-, например, H2SiO3 – метакремниевая кислота, H4SiO4 – ортокремниевая кислота. По традиционной номенклатуре кислоту H3PO4 называют фосфорной без добавления приставки орто-.

Название кислотного остатка составляют из латинского названия неметалла, и оно оканчивается на -ат, если кислородсодержащая кислота образована неметаллом в высшей степени окисления, и на -ит – если кислота образована неметаллом в промежуточной степени окисления.

В табл. 1.4 представлены традиционные названия кислот и их кислотных остатков, рекомендованных правилами ИЮПАК для ограниченного числа распространенных кислородсодержащих кислот и кислотных остатков.

8

Таблица 1.4

Традиционные названия некоторых распространенных кислородсодержащих кислот и их кислотных остатков

При составлении систематического названия кислородсодержащей кислоты сначала приводят название аниона. Оно начинается с названия атома кислорода «оксо» и указания их числа с использованием греческих приставок (моно-, ди-, три-, тетра- и т. д.). Затем к латинскому названию атома кислотообразующего элемента добавляют суффикс -ат и указывают степень окисления элемента римской цифрой

вкруглых скобках. К примеру, H2SO3 – триоксосульфат (IV) водорода. Систематические названия наиболее употребляемых кислот приведены

втабл. 1.5.

9

Таблица 1.5

Систематические названия наиболее распространенных кислородсодержащих кислот и их кислотных остатков

10