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

Основность кислоты определяется числом катионов водорода, способных к отщеплению в водном растворе. Существуют одно- и многоосновные кислоты. К одноосновным относят кислоты: HF, HCl, HI, HBr, HNO3; к двухосновным – H2[HPO3], H2S, H2SO4, H2CO3; к трех-

основным – H3PO4.

Кислоты разделяют на сильные и слабые. Сильные кислоты характеризуются большой степенью диссоциации (распад на ионы) и являются сильными электролитами, например HCl, HNO3, H2SO4 и др. Для слабых кислот характерна малая степень диссоциации, и они относятся к слабым электролитам, например HClO, H2S, HCN и др.

При концентрации вещества в растворе 0,1 М степень диссоциации сильных электролитов составляет α > 30 %, электролитов средней силы – 5 % < α < 30 %, слабых электролитов – α < 5 % (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Степень диссоциации α водных растворов некоторых электролитов при 25 °C и концентрации 0,1 М

*Для двух- и трехосновных кислот степень диссоциации относится к первой ступени

Основаниями называют вещества, диссоциирующие в водных рас-

творах с образованием гидроксид-ионов:

NaOH = Na+ + OH–.

11

Систематическое название основания составляют из слова «гидроксид» и русского названия металлического элемента с указанием его степени окисления римской цифрой в круглых скобках: KOH – гидроксид калия, Cr(OH)2 – гидроксид хрома (II), Cr(OH)3 –

гидроксид хрома (III).

Растворимые в воде основания называются щелочами. В воде растворяются гидроксиды щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba). В растворах щелочей достаточно высокая концентрация гидроксид-ионов OH–, поэтому они относятся к сильным электролитам и сильным основаниям, например

LiOH, NaOH, KOH, Сa(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2. Гидроксид магния малорастворимое основание, гидроксиды остальных металлов не растворяются в воде.

Гидроксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства, называются амфотерными. Ими явля-

ются Al(OH)3, Cr(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH)2.

Кислотность основания определяется числом гидроксид-анионов в формуле основания. Существуют одно- и многокислотные основания. Например, NaOH – однокислотное основание, Ba(OH)2 – двухкислотное основание, Al(OH)3 – трехкислотное основание.

Солями называют вещества, диссоциирующие в водном растворе на катионы металла (или аммония NH+4 ) и анионы кислотного остатка. Водные растворы солей являются сильными электролитами. В зависимости от состава различают средние (нормальные), кислые, основные соли, а также двойные соли и кристаллогидраты солей.

Соли, как и кислоты, имеют традиционные названия. По рекомендации ИЮПАК они используются для ограниченного числа распространенных солей. Наряду с традиционными названиями используют систематические названия солей, которые полностью отражают состав соединения (табл. 1.7).

Традиционные названия средних солей составляют из традиционного названия аниона в именительном падеже и названия катиона в родительном падеже. Если один и тот же металлический элемент проявляет различную степень окисления, то ее указывают римской цифрой в скобках после названия металла, например: FeSO4 – сульфат железа (II), Fe2(SO4)3 – сульфат железа (III).

12

Таблица 1.7

Традиционные и систематические названия средних, кислых, основных солей кислородсодержащих кислот

В традиционных названиях кислых солей используется приставка гидро-, указывающая на наличие атомов водорода в анионе (гидро-, дигидро-). Например, Na2HРO4 – гидрофосфат натрия, NaH2PO4 – дигидрофосфат натрия. В названиях основных солей используется приставка гидроксо-, например Fe(OH)Cl2 – гидроксохлорид железа (III),

Fe(OH)2Cl – дигидроксохлорид железа (III).

При систематическом именовании основной соли формулу (CuOH)2CO3 записывают в виде Cu2CO3(OH)2 и называют дигидрок- сид-карбонат димеди; формулу соли Fe(OH)Cl2 записывают в виде

FeCl2(ОН) и называют гидроксид-дихлорид железа.

Средние соли получают при полной нейтрализации кислоты основанием:

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O.

сульфат натрия

13

Кислые соли получают при недостатке основания в реакции нейтрализации:

NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O.

гидросульфат натрия Основные соли получают при недостатке кислоты в реакции

нейтрализации:

Mg(OH)2 + HCl = Mg(OH)Cl + H2O.

гидроксохлорид магния

В зависимости от типа солей диссоциация в водных растворах протекает полностью или ступенчато.

Средние соли в растворе диссоциируют полностью:

NaClO4 = Na+ + ClO–4,

Na2SO4 = 2Na+ + SO24–,

Cr2(SO4)3 = 2Cr3+ + 3SO24–,

FeCl3 = Fe3+ + 3Cl–.

Кислые и основные соли в растворе диссоциируют ступенчато:

NaHSO4 = Na+ + HSO–4,

HSO–4 H+ + SO24–.

KH2PO4 = K+ + H2PO–4,

H2PO–4 H+ + HPO24–,

HPO24– H+ + PO34–.

Mg(OH)Cl = MgOH+ + Cl–,

MgOH+ Mg2+ + OH–.

[Al(OH)2]2SO4 = 2Al(OH)+2 + SO24–,

Al(OH)+2 AlOH2+ + OH–,

AlOH2+ Al3+ + OH–.

Двойные соли содержат анионы одного и того же кислотного остатка и катионы разных металлов. Традиционные названия двойных солей составляют из названия аниона в именительном падеже и названия катионов в родительном падеже:

14

CaCO3∙MgCO3 – карбонат магния-кальция; KCl∙NaCl – хлорид натрия-калия.

Кристаллогидраты солей содержат в своем составе определенное число молей кристаллизационной воды. Названия кристаллогидратов солей состоят из слова «гидрат» (с приставкой, соответствующей числу молей воды) и традиционного или систематического названия соли:

CuSO4∙5H2O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO4∙7H2O – гептагидрат сульфата железа (II);

(NH4)2Fe(SO4)2∙12H2O – додекагидрат сульфата железа (II)- аммония.

Двойные соли и кристаллогидраты в растворе диссоциируют полностью:

KCl∙NaCl = K+ + Na+ + 2Cl–;

KAl(SO4)2∙12H2O = K+ + Al3+ + 2SO24– + 12H2O.

1 . 2 . Н Е К О Т О Р Ы Е Р Е К О М Е Н Д А Ц И И И Ю П А К П О Н О М Е Н К Л А Т У Р Е Н Е О Р Г А Н И Ч Е С К И Х С О Е Д И Н Е Н И Й

( 2 0 0 5 )

Рассматриваются рекомендации ИЮПАК по номенклатуре неорганических соединений 2005 года, предназначенные для наименования бинарных соединений, кислородсодержащих кислот, солей, кристаллогидратов.

Бинарные соединения. В соответствии с установленной практикой при составлении формулы бинарного соединения используют критерий электроотрицательности. В формуле слева записывают менее электротрицательный (более металлический) элемент, справа – более электротрицательный (менее металлический) элемент. Для определения металлических свойств элементов используют специальный рисунок, составленный на основе Периодической таблицы Д. И. Менделеева (рис. 1.2) [9, с. 260]. Он состоит из 18 вертикальных рядов, каждый из которых объединяет элементы подгруппы таблицы Д. И. Менделеева. Все вертикальные ряды соединены стрелками, идущими в направлении от менее металлических к более металлическим элементам. Наиболее

15

электроотрицательным на этом рисунке является фтор, наименее электроотрицательным – радон. Последовательность расположения элементов на рис. 1.2 в целом отражает изменение электроотрицательности элементов. Вместе с тем расположение некоторых элементов не соответствует их общепринятым численным значениям электроотрицательности (табл. 1.8).

Таблица 1.8

Электроотрицательность атомов (по Полингу)

К примеру, на рис. 1.2 водород электроотрицательнее азота и углерода; кислород менее электроотрицательный, чем любой галоген. В соответствии с подобным расположением элементов формулы некоторых бинарных соединений принимают вид: NH3, H2S, OF2, O2Cl , HO–. Обращает на себя внимание особенность в записи формулы гид- роксид-иона, а именно HO–, вместо привычной записи OН–. Кроме

16

Таблица 1.9

Традиционные и систематические названия оксокислот и оксоанионов

Для водородсодержащих соединений приемлема альтернативная номенклатура. Кислоту рассматривают как соединение, состоящее из двух частей – сложного аниона и катиона водорода. Латинское название

18

сложного аниона заканчивается на -ат. К названию аниона, составленного по аддитивной номенклатуре, без пробела добавляется слово «водород». Например:

HMnO4 – (тетраоксидоманганат)водорода; H2MnO4 – (тетраоксидоманганат)диводорода; H2СrO4 – (тетраоксидохромат)диводорода; H2Cr2O7 – (гептаоксидохромат)диводорода; H2S – (cульфид)диводорода.

При названии аниона указывают заряд иона или степень окисления центрального атома. Заряд иона записывают в круглых скобках арабскими цифрами со знаком «–» без пробела после названия иона. Степень окисления центрального атома указывают римскими цифрами в круглых скобках без пробела непосредственно за названием атома, например:

HCrO–4 – (тетраоксидохромат)(1–)водорода или (тетраоксидохромат)(VI)водорода;

[FeO4]2– – тетраоксидоферрат(2–) или тетраоксидоферрат(VI); Соли. При составлении формулы соли выделяют электроположи-

тельную часть соединения – катион и электроотрицательную часть – анион. Если в составе соли несколько катионов и анионов, то их записывают в порядке латинского алфавита, как это показано в следующих формулах:

BiClO (анионы Cl– и O2–); NaOCl (анион OCl–); KNa4Cl(SO4)2.

При составлении названия соли сначала приводят название электроотрицательной части – аниона в именительном падеже, затем электроположительной части – катиона в родительном падеже. Если в формуле несколько катионов и анионов, то их латинские названия приводят в соответствии с латинским алфавитом.

Название одноатомного аниона происходит от корня латинского названия химического элемента с добавлением окончания -ид (табл. 1.10). Для большинства элементов корни русских названий совпадают с корнями латинских названий.

19

Таблица 1.10

Название одноатомных анионов некоторых элементов

Приведены примеры названий некоторых солей с учетом вышеизложенных правил:

KMgF3 – magnesium potassium fluoride – фторид магния калия; BiClO – bismuth chloride oxide – хлорид оксид висмута; ZnI(OH) – zinc hydroxide iodide – гидроксид иодид цинка; SrFeO3 – iron strontium oxide – оксид железа стронция.

Особенность описываемой номенклатуры в том, что последовательность названия составных частей соединений может отличаться от порядка написания компонентов в их формулах, как это наблюдается в соединениях KMgF3, ZnI(OH), SrFeO3.

Латинское название сложного аниона оканчивается на -ат. В названиях солей заряд катиона указывают в круглых скобках арабскими цифрами со знаком «+» без пробела после названия катиона, например FeSO4 – cульфат железа(2+), Fe2(SO4)3 – cульфат железа(3+).

Степень окисления элемента указывают римскими цифрами верхним индексом справа от элемента. При положительной и нулевой степени окисления знак «+» и «0» обычно не проставляют, отрицательную степень окисления указывают знаком «–», например [MnVIIO4]–, FeII FeIII2O4, [Os(CO)5], Na[Mn–I(CO)5].

20