Химия. Изучаем химию химическая номенклатура. Учебное пособие

№ 4759 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС

ИНСТИТУТ БАЗОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра общей и неорганической химии

В.Г. Лобанова

ХИМИЯ. ИЗУЧАЕМ ХИМИЮ

ХИМИЧЕСКАЯ НОМЕНКЛАТУРА

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2022

УДК 54 Л68

Р е ц е н з е н т д-р. техн. наук, проф. Е.В. Богатырева

Лобанова, Вера Геннадьевна.

Л68 Химия. Изучаем химию : Химическая номенклатура : учеб. пособие / В.Г. Лобанова – Москва : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2022. – 51 с.

ISBN 978-5-907560-50-5

Учебное пособие содержит теоретические сведения по разделу «Химическая номенклатура неорганических соединений», упражнения, задания и материалы, необходимые для самостоятельной работы. Может быть использовано при проведении практических занятий по химии с распределением обучающихся по уровням подготовки.

Предназначено для обучающихся в бакалавриате по всем направлениям подготовки, может быть рекомендовано обучающимся на первом курсе, испытывающим затруднения при освоении химического языка.

УДК 54

Содержание

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.ХИМИЧЕСКАЯ НОМЕНКЛАТУРА. . . . . . . . . . 5

1.1.Общие сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.Химические элементы.

Открываем Периодическую таблицу . . . . . . . . . . 6

1.3.Простые вещества. . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.Ионы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.ХИМИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ. . . . . . . . . . . . . 13

2.1.Что показывают химические формулы?. . . . . . 13

2.2.Химические формулы сложных веществ . . . . . . 14

3.НОМЕНКЛАТУРА СЛОЖНЫХ ВЕЩЕСТВ. . . . . . . 17

3.1.Валентность и степень окисления. . . . . . . . . 17

3.2.Бинарные соединения. . . . . . . . . . . . . . 19

3.3.Гидроксиды. . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.4.Кислоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.5.Соли. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.6. Комплексные соединения. . . . . . . . . . . . 34 4. Задания для самопроверки. . . . . . . . . . . . . 38 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК . . . . . . . . . . 42

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Тривиальные и технические названия некоторых веществ и смесей. . . . . . . . . . . . . . 43

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Название и состав некоторых минералов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. . . . . . . . . . . . . . 46

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Относительная электроотрицательность некоторых атомов (по Полингу). . . . . . . . . . . . 48

ОТВЕТЫ НА ЗАДАНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . 49

3

ВВЕДЕНИЕ

Наверное, трудно в современном мире найти человека, не осознающего значения химии в нашей жизни. Наряду с математикой и физикой химия является одной из фундаментальных естественнонаучных дисциплин, изучаемых в университете. Знания в области химии являются базовыми для всех материаловедческих, металлургических и технологических дисциплин, изучаемых на старших курсах.

Чтобы освоить любую науку, необходимо прежде всего познакомиться с ее языком. Химический язык – это химические символы элементов, химические формулы соединений, уравнения реакций. Постигнув этот язык, вы легко сможете не только правильно записывать формулы и давать названия различным химическим соединениям, но и составлять уравнения химических реакций, проводить по ним расчеты и прогнозировать свойства неорганических соединений различных классов.

Химия – наука о веществах и их превращениях. В настоящее время известно около пятнадцати миллионов простых и сложных веществ, и это число постоянно увеличивается. Все вещества исследуются, классифицируются и получают свое название.

Вещество – вид материи, обладающий определенными физическими и химическими свойствами, состав которого может быть выражен химической формулой. Вещества состоят из атомов, молекул, ионов.

Атом – мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства. Атом состоит из ядра (в состав ядра входят протоны и нейтроны) и электронов.

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Молекула – электрически нейтральная частица, состоящая из двух или более атомов, связанных ковалентными связями.

Ион – частица, имеющая электрический заряд. Катион – ион, имеющий положительный заряд. Анион – ион, имеющий отрицательный заряд.

4

1. ХИМИЧЕСКАЯ НОМЕНКЛАТУРА

1.1. Общие сведения

Система знаков и символов, понятных «посвященным», – основа любой науки.

Химическая номенклатура – это набор правил для создания названий неорганических соединений, а также совокупность названий индивидуальных химических веществ, их групп и классов. Главная задача химической номенклатуры − гарантировать, что название вещества однозначно показывает, к какому химическому соединению это вещество относится. Наиболее простая характеристика вещества – это его состав. Он и является основой номенклатуры.

Химическая номенклатура складывается из формул (состав вещества представляется символами химических элементов и числовых индексов) и названий (состав вещества представляется с помощью одного слова или группы слов). Переход от формулы вещества к его названию (или от названия к формуле) определяется разработанной системой номенклатурных правил.

Чаще всего в современной литературе используется систематическая номенклатура, разработанная Международным союзом чистой и прикладной химии –IUPAK (ИЮПАК), адаптированная к русскому химическому языку. По правилам ИЮПАК, каждое вещество получает систематическое название, полностью отражающее его состав. Систематических названий может быть несколько, например MnO2 – оксид марганца(IV) или диоксид марганца.

Для некоторых соединений (чаще всего это кислоты и их соли) допускается использование традиционных названий, например H2SO4 – серная кислота, систематическое название – тетраоксосульфат(VI) водорода. На практике в научной и технической литературе могут быть использованы также специальные названия некоторых соединений (например, вода, аммиак) и тривиальные названия (например, гашеная известь, едкий натр – прил. 1). Для соединений, встречающихся в природе, применяют минералогические названия

5

(прил. 2). Такие названия не всегда дают точное представление о составе химического соединения, поэтому для перехода от таких названий к формулам и наоборот требуется хорошая память и определенные навыки.

1.2. Химические элементы. Открываем Периодическую таблицу

Знакомство с химической номенклатурой начнем со знакомства с системой обозначения химических элементов.

Периодическая система (ПС) химических элементов – это графическое (в виде таблицы) выражение сформулированного Д.И. Менделеевым периодического закона (1869 г.), одного из фундаментальных законов природы. Когда создавалась Периодическая таблица, было известно 63 элемента. Сегодня в нее входит 118 элементов. У каждого элемента в Периодической таблице свой порядковый номер, свое имя и свой адрес – номер периода и номер группы.

Как элементы получали свои имена? Самыми различными способами. Для названий некоторых химических элементов основой стали свойства простых веществ, образованных этими элементами: водород – «рождающий воду», фтор – «разрушающий», иод – «фиолетовый», барий – «тяжелый» и т.п.

Некоторые элементы называли по именам мифологических героев – гелий, иридий, ниобий, тантал, титан и др.

Большая группа названий химических элементов связана с географией. Это и названия государств (германий, скандий, полоний, рутений и пр.), и названия частей света (европий, америций), и названия городов (гафний – в честь Копенгагена, лютеций – в честь Парижа, гольмий – в честь Стокгольма).

С астрономией связаны названия таких элементов, как селен (назван в честь Луны), теллур – в честь планеты Земля, нептуний – в честь планеты Нептун, плутоний – в честь планеты Плутон.

В честь выдающихся ученых названы элементы менделевий, кюрий, резерфордий, фермий, эйнштейний, нобелий, сиборгий, флеровий и самый последний элемент Периодической таблицы № 118 – оганесон.

6

Для обозначения (записи) химических элементов используют химические символы. Каждый элемент имеет собственный символ. Символы обычно состоят из начальных букв латинских названий элементов. Например, кислород – Oxygenium – обозначают буквой О, водород – Hуdrogenium – буквой H, серу – Sulfur – буквой S и т.д.

Если начальные буквы названий различных элементов одинаковы, то к первой букве добавляют вторую. Например, начальная буква латинского названия элементов кальция (Calcium) и меди (Cuprum) одна и та же, поэтому добавляется еще одна, и символы их соответственно обозначаются как Ca и Cu; одна и та же начальная буква и в латинских названиях натрия (Natrium) и никеля (Niccolum), их символы – соответственно Na и Ni.

Русские названия элементов не всегда совпадают с латинскими названиями. Это важно помнить при чтении химических формул различных соединений. В табл. 1.1 приведены русские и латинские названия некоторых химических элементов, чьи русские и латинские названия не совпадают , а также произношение их символов.

Таблица 1.1

Русские и латинские названия некоторых химических элементов

7

Окончание табл. 1.1

В Периодической таблице элементы располагаются в порядке возрастания заряда ядра атома. Таблица включает семь периодов. В современной химии используются два варианта таблицы – короткопериодный и длиннопериодный (оба варианта вы найдете в прил. 3). В длиннопериодном варианте элементы располагаются в восемнадцати группах. В короткопериодном варианте представлено восемь групп, каждая из них делится на две подгруппы – главную (А) и побочную (B).

Важно знать и общие названия групп элементов Периодической системы (ПС). Элементы первой (или IA в короткопериодном варианте) группы называют щелочными элементами – это Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Элементы второй (или IIA) группы – это щелочноземельные элементы: Ca, Sr, Ba, Ra. Элементы семнадцатой (или VIIA) группы (F, Cl, Br, I, At) объединяют общим термином галогены, а элементы шестнадцатой (или VIA) группы (O, S, Se, Te, Po) – термином халькогены. Элементы пятнадцатой (или VA) группы (N, P, As, Sb, Bi) объединяет общее название пниктогены.

Благородными газами называют элементы восемнадцатой (или VIIIA) группы – He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Семейство железа составляют элементы Fe, Co, Ni, а семейство платины – элементы Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt.

Положение элемента в Периодической системе определяется его электронным строением. Электроны в атоме располага-

8

ются слоями в соответствии с их энергией, образуя энергетические уровни, и занимают уровни последовательно в порядке увеличения энергии. Число энергетических уровней – это номер периода, а число электронов на внешнем энергетическом уровне у элементов главных подгрупп – это номер группы элемента в Периодической системе. Сходное строение внешних электронных уровней определяет и сходные свойства атомов.

Электроны, располагающиеся на внешнем энергетическом уровне, называются валентными электронами. Именно они определяют поведение элемента в химических реакциях. Чем меньше валентных электронов, тем легче атом элемента отдает эти электроны. А чем больше валентных электронов у атома, тем легче он присоединяет электроны. Число валентных электронов позволяет отнести элемент к металлам или неметаллам.

Неметаллы – химические элементы, атомы которых способны присоединять электроны для завершения внешнего энергетического уровня, образуя отрицательно заряженные ионы – анионы. К ним относятся все благородные газы, галогены, халькогены (кроме полония), пниктогены (кроме сурьмы и висмута), углерод, кремний, бор и водород. Остальные элементы относят к металлам.

Металлы – химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительно заряженные ионы – катионы.

Знание символов химических элементов необходимо для составления формул веществ. С умения правильно составлять химические формулы веществ и с их помощью записывать уравнения химических реакций начинается умение решать задачи.

1.3. Простые вещества

Все неорганические вещества делятся на две группы: простые и сложные. Простые вещества образованы атомами одного и того же элемента.

Химическую формулу простого вещества обозначают символом химического элемента. Это касается всех металлов и

9

большинства неметаллов. Названия простых веществ, как правило, совпадают с названиями соответствующих химических элементов. Например, химический элемент магний и простое вещество магний обозначаются одним и тем же символом – Mg (читается – «магний»). Символ C (читается – «цэ») – обозначение химического элемента углерода и простого вещества углерода.

Некоторые неметаллы образуют простые вещества, молекулы которых состоят из нескольких атомов. В молекулярной формуле такого простого вещества это отражается нижним индексом, который записывают справа (табл. 1.2): простое вещество водород – H2 (читается – «аш-два»); кислород – O2 (читается – «о-два»); озон – О3 (читается – «о-три»); бром – Br2 (читается – «бром-два»); фосфор – P4 (читается – «пэ-четыре»).

В названиях простых веществ число атомов в молекуле указывается с помощью числовых приставок, их роль играют греческие числительные: 1 – моно-, 2 – ди-, 3 – три-, 4 – те- тра-, 5 – пента-, 6 – гекса-, 7 – гепта-, 8 – окта-, 9 – нона-, 10 – дека-.

Таблица 1.2

Систематические и традиционные названия простых веществ

1.4. Ионы

Ионы – частицы, имеющие заряд. Положительно заряженные ионы – катионы, отрицательно заряженные ионы – анионы. Рассмотрим подробнее названия катионов и анионов в неорганических соединениях.

10