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

Для соли, содержащей простой анион, название составляют, как для бинарного соединения, либо указывают степень окисления электроположительного элемента либо заряд катиона, например:

HgCl2 – дихлорид ртути или хлорид ртути(II), или хлорид ртути(2+).

Примеры названия солей кристаллогидратов: 3CdSO4 ·8H2O – cульфат кадмия – вода (3/8);

Na2SO4 ·10H2O – cульфат натрия – вода (1/10) или декагидрат сульфата натрия.

Примеры названия кристаллогидратов двойных солей:

KCl ·MgCl2 ·6H2O – хлорид магния – хлорид калия – вода (1/1/6)

(magnesium chloride – potassium chloride – water (1/1/6));

Al2(SO4)3·K2SO4 ·24H2O – сульфат алюминия – сульфат калия –

вода (1/1/24) (aluminium sulfate – potassium sulfate – water (1/1/24)).

При именовании двойной соли приводят латинские названия катионов в порядке латинского алфавита.

1 . 3 . Т Р И В И А Л Ь Н Ы Е Н А З В А Н И Я Н Е О Р Г А Н И Ч Е С К И Х В Е Щ Е С Т В , Р А С Т В О Р О В И С М Е С Е Й В Е Щ Е С Т В

Несмотря на современную тенденцию усовершенствования номенклатуры химических соединений, до настоящего времени в учебной

итехнической литературе используются тривиальные названия представителей основных классов неорганических соединений – оксидов, оснований, солей (табл. 1.11), а также некоторых растворов и смесей веществ (табл. 1.12).

Тривиальные названия веществ – это неноменклатурные названия. Они не основаны на системе, позволяющей поэлементно составлять формулу соединения. Однако их историческая ценность в том, что в них заложена богатейшая информация про месторождение, методы и способы получения вещества, про имена ученых, впервые получивших вещество. Тривиальные названия отражают эмпирически наблюдаемые

иосязаемые свойства вещества (цвет, вкус, запах, агрегатное состояние, воздействие на организм человека, взаимодействие с водой) и т. д.

21

Подобными примерами служат тривиальные названия оксидов азота (табл. 1.11). Так, оксид N2O получил название «веселящий газ» из-за производимого им опьяняющего эффекта, приступов смеха. Неконтролируемое вдыхание веселящего газа приводит к смерти.

Названия еще одного ядовитого оксида азота NO2 – бурый газ, лисий хвост – происходят от его оранжево-бурого цвета.

Таблица 1.11

Формулы некоторых неорганических веществ и их тривиальные названия

22

Окончание табл. 1.11

Два оксида углерода известны под тривиальными названиями: СО – угарный газ, СO2(т) – сухой лед. Угарный газ СО образуется при горении углерода (каменного или бурого угля) или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода. Угарный

23

газ – чрезвычайно токсичное вещество, вследствие своей ядовитости вызывает физиологические расстройства (угар) и даже смерть.

Сухой лед СO2(т) свое название получил благодаря внешней схожести со льдом. Воздействие сухого льда на кожу в течение нескольких секунд приводит к ее обморожению. В контакте с водой сухой лед переходит из твердого состояния, минуя жидкое, в газообразное состояние. При этом концентрация углекислого газа резко повышается, что может вызвать потерю сознания и смерть.

Разнообразные тривиальные названия имеют основания. Вещество Ca(OH)2 известно как «гашеная известь» или «известковое мо-

локо». Гашеную известь получают при взаимодействии с водой (гашении) негашеной извести СаО. Известковое молоко – суспензия, внешне похожая на молоко, образуется при смешивании избытка гашеной извести с водой.

NaOH – каустическая сода. Название происходит от греческого kaustikos – едкий, жгучий. По причине этих свойств основание NaOH имеет еще одно историческое название – едкий натр, а основание KOH – едкое кали.

Широкий спектр тривиальных названий у солей. Человечеству соли известны с древних времен. Первые соляные промыслы, где добывали соль состава NaCl, появились в Древнем Китае 5 тыс. лет назад. Из-за внешнего сходства кусков соли с камнем вещество получило название «каменная соль». Каменная соль загрязнена примесями. Для ее очистки производили выпаривание водных солевых растворов (рассолов). Полученную таким образом чистую соль стали называть поваренной солью.

Способ получения вещества послужил названием и для такой соли, как Na2СO3 – кальцинированная сода. В этом названии отражен промышленный способ получения соли кальцинированием (обжигом) гидрокарбоната натрия, который, в свою очередь, получается обработкой раствора хлорида натрия аммиаком и углекислым газом.

Месторождения ряда солей породили их тривиальные названия. Одно из крупнейших месторождений соли KNO3 находится в Индии, отсюда ее название – индийская селитра (калийная селитра). «Чилийская селитра» NaNO3 получила свое название по уникальным залежам соли в Чили. Название «норвежская селитра» или «известковая селитра» Ca(NO3)2 · H2O обязано не природному происхождению

24

соли, а географическому названию Норвегии, где это вещество впервые получили с использованием в качестве сырья азот воздуха.

Стоит отметить, что тривиальным названием «селитра» исторически обозначают минералы, содержащие нитраты щелочных, щелочноземельных металлов и аммония. Предполагают, что слово «селитра» происходит от латинского sal nitrum.

Аналогичная история происхождения названия комплексного соединения KFeIIFeIII(CN)6 – берлинской лазури. Истинных данных о про-

исхождении названия соединения не обнаружено. Возможно, это связано с тем, что соединение в начале XVII века было получено в Берлине.

В названиях некоторых солей увековечены имена ученых. KClO3 – бертолетова либо бертоллетова соль названа по имени французского химика Клода Луи Бертолле (1748–1822), впервые получившего соль в 1786 году при пропускании хлора через горячий концентрированный раствор гидроксида калия.

Na2SO4 · 10H2O – глауберова соль, впервые обнаружена немецким химиком Иоганном Рудольфом Глаубером (1604–1670) в составе минеральных вод.

На протяжении всей истории существования человечества люди в повседневной жизни и трудовой деятельности использовали металлы и неметаллы, относящиеся к классу простых химических веществ. К доисторическим металлам относится золото. Среди многочисленных способов его применения есть область декоративного искусства, где используется так называемое сусальное золото. Это тончайшие (около 100 нм) листы золота 960 пробы, размером 91,5×91,5 мм. Они наклеиваются на поверхность изделия, создавая впечатление, что оно полностью изготовлено из золота.

Неметаллическое вещество сера использовалось до нашей эры. Оно встречается в природе в самородном виде. Тонкоизмельченный ярко-желтый порошок серы был незаменим в медицине для лечения кожных заболеваний. В аптеках он был известен как Flores sulphuris – цвет серы. Отсюда альтернативное название – серный цвет. Получают серный цвет путем сублимации (возгонки) природной серы и последующей конденсации продукта возгонки.

Кроме тривиальных названий простых и сложных веществ, известны бытовые, технические названия растворов и смесей веществ

(табл. 1.12).

25

Таблица 1.12

Тривиальные названия некоторых растворов и смесей веществ

26

Вобласти химии широко известна соляная кислота. Это водный раствор хлорида водорода HCl. Впервые хлороводород был получен британским химиком Джозефом Пристли (1733–1804) в 1772 году при действии серной кислоты на морскую соль. Новое вещество по предложению французского химика Антуана Лорана Лавуазье (1743–1794) было названо acidum muriaticus. Muria в переводе с латинского означает рассол, соленый раствор, мuriaticus – приготовленный в рассоле, погруженный в соленый раствор, засоленный, маринованный. Отсюда водный раствор хлорида водорода получил название «соляная кислота».

Еще одна галогеноводородная кислота имеет тривиальное название. Это плавиковая кислота – водный раствор фтороводорода HF. Происхождение названия кислоты от плавикового шпата, из которого получают фтороводород.

Вхимической литературе неизменно использование понятия «царская водка». Оно не имеет отношения к спиртным напиткам. Слово

«водка» первоначально появилось в русском языке примерно в XIII–XIV веках как уменьшительное от слова «вода». Предназначение царской водки в ее уникальной способности растворять «царя металлов» – золото.

Примером названия смеси веществ, эквивалентно отражающего химическое свойство этой смеси, служит «гремучий газ». Гремучий газ взрывоопасен, при зажигании смесь водорода с кислородом или воздухом быстро сгорает с громким хлопком.

27

2 . Х И М И Ч Е С К И Е С В О Й С Т В А 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:

Химические свойства оксидов, кислот, оснований, солей.

Способы получения оксидов, кислот, оснований, солей.

Ионные реакции. Молекулярная и ионно-молекулярная формы уравнения реакции. Полное и сокращенное ионно-молекулярное уравнение.

Реагенты, продукты реакции. Слабый, малодиссоциированный элек-

тролит.

2 . 1 . Х И М И Ч Е С К И Е С В О Й С Т В А О К С И Д О В , К И С Л О Т , О С Н О В А Н И Й , С О Л Е Й

Оксиды проявляют кислотные и основные свойства при взаимодействии с химическими веществами, обладающими противоположными свойствами.

Большинство кислотных оксидов взаимодействуют:

– с водой, образуя кислоту:

SO3 + H2O = Н2SO4;

– с основными оксидами и щелочами, образуя соль:

SO3 + MgO = MgSO4,

SO3 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O.

Основные оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов (Ca, Sr, Ba) взаимодействуют с водой, образуя щелочи:

Li2O + H2O = 2LiOH,

СаО + H2O = Са(ОН)2.

Основные оксиды взаимодействуют:

– с кислотами, образуя соль и воду:

MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O;

– с кислотными оксидами, образуя соль:

CaO + CO2 = CaCO3.

28

Амфотерные оксиды в воде не растворяются. Они взаимодействуют:

– с кислотами, образуя соль и воду:

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;

–с растворами щелочей при нагревании, образуя комплексное соединение:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4];

–со щелочами при сплавлении, образуя соль:

Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O;

– с кислотными оксидами при сплавлении, образуя соль:

Al2O3 + 3SiO2 = Al2(SiO3)3.

Кислоты обладают свойствами, которые проявляются в кислом вкусе, способности проводить электрический ток, изменять цвет индикаторов. Например, лакмус в растворах кислот окрашивается в красный цвет. Кроме того, за счет катионов водорода H+ кислоты участвуют в окислительно-восстановительных и кислотно-основных взаимодействиях.

Кислоты HCl, Н2SO4(разб.) взаимодействуют с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений (в ряду активности) металлов до водорода:

2HCl + Zn = ZnCl2 + H2.

В ряду напряжений металлы располагаются следующим образом:

K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Уменьшение химической активности металлов

Кислоты взаимодействуют с основными оксидами и основаниями, образуя соль и воду:

CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O,

H2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4 +2H2O.

Кислоты взаимодействуют с солями, если в результате реакции образуется вещество в виде осадка, газа или малодиссоциированного продукта:

2HCl + K2SiO3 = 2KCl + H2SiO3 , 2HCl + СaCO3 = СаCl2 + CO2 + H2О.

29

Основания, растворяясь в воде, становятся мыльными на ощупь, проводят электрический ток, изменяют цвет индикаторов. Лакмус в растворах щелочей окрашивается в синий цвет.

Основания проявляют характерные для них химические свойства. Они взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду:

NaOH + HCl = NaCl + H2O,

Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + H2O.

Щелочи взаимодействуют:

– с кислотными оксидами, образуя соль и воду:

Вa(OH)2 + CO2 = ВaCO3 + H2O;

– с растворами солей, образуя соль и нерастворимое основание:

2KOH + Cu(NO3)2 = 2KNO3 + Cu(OH)2 .

Характерной особенностью щелочей является их взаимодействие с простыми веществами – неметаллами, например с галогенами, серой:

2KОH + Cl2 = KClO + KCl + H2O,

6KOH + 3S = K2SO3 + 2K2S + 3H2O (при сильном нагревании).

Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид и воду:

Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Амфотерные гидроксиды взаимодействуют:

– с кислотами, образуя соль и воду:

Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O;

– с растворами щелочей, образуя комплексное соединение:

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4].

Соли взаимодействуют с кислотами и щелочами, а также между собой, если в результате реакции образуется вещество в виде осадка, газа или малодиссоциированного продукта. Кроме того, растворы солей взаимодействуют с металлами, а кристаллы солей разлагаются при прокаливании.

Соли взаимодействуют с кислотами:

Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3 ,

FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S .

30