- •Российский государственный педагогический университет имени а.И. Герцена
- •Основы химического языка
- •Предисловие
- •Оглавление
- •Химический элемент, химическое соединение
- •Химический элемент – символы и названия.
- •Классификация химических элементов.
- •Классификация химических соединений по составу.
- •Систематические и традиционные названия простых веществ.
- •Степень окисления элементов в химических соединениях.
- •Систематические и специальные названия одноэлементных ионов.
- •Систематические и специальные названия бинарных соединений.
- •Функциональная классификация сложных неорганических соединений
- •Оксиды.
- •Гидроксиды – основные (основания), амфотерные, кислотные (оксокислоты).
- •Пероксокислоты.
- •Бескислородные кислоты.
- •Галогенангидриды.
- •Основные положения координационной теории.
- •Номенклатура комплексных соединений.
- •1. Лабораторная работа «Основные классы неорганических соединений». Оксиды
- •Гидроксиды
- •Кислоты
- •Металлокомплексные соединения
- •Количественные характеристики химических элементов и соединений.
- •16 Г ch4 занимают объем 22,4 л
- •22,4 Л ch4 содержат 6,02∙1023 молекул
- •1 Моль h2s занимает объем 22,4 л
- •32 Г o2 занимают объем 22,4 л
- •13.1. Определение простейших и молекулярных формул соединений.
- •Индивидуальное домашнее задание № 1
Номенклатура комплексных соединений.
Систематическая номенклатура комплексных соединений определяет правила записи формул и названий комплексных соединений.
При написании формулы комплекса с однородным составом внутренней сферы вначале записывается центральный атом, а затем лиганды с указанием нижним числовым индексом их количества; всю внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки и в зависимости от того является ли комплекс катионом или анионом слева или справа от комплекса помещают внешнесферный ион: Na[FeCl4], Ba3[Co(CN)6]2, [Cu(NH3)4]SO4, [Zn(H2O)4](NO3)2. Для нейтральных комплексов, а также распространенных солей и кислот допускается запись их формул без квадратных скобок: Fe(CO)5, K2SO3, UO2(NO3)2.
Для смешанно-лигандного комплекса, содержащего лиганды с различным зарядом (L+, L, L-), в формуле комплекса их располагают в следующем порядке: [M(L+)(L)(L-)] – например, формула смешанно-лигандного комплекса железа (III) c NO+, NH3 и Cl- в качестве лигандов имеет вид [Fe(NO)(NH3)4Cl]SO4.
Лиганды, одинаковые по типу заряда, но разные по химическому составу, записывают справа налево в порядке увеличения относительной электроотрицательности их первых (слева) элементов независимо от сложности лигандов. Так, среди нейтральных лигандов H2О и NH3 первым (слева) во внутренней сфере комплекса рекомендуется записывать воду: [Co(H2O)4(NH3)2]Cl3; среди отрицательных лигандов C2O42- и ОН- оксалатный лиганд рекомендуется записывать левее чем гидроксидный: Na3[Fe(C2O4)(OH)4]. Если разные лиганды имеет совпадающий первый элемент в их формуле, то порядок их расположения во внутренней сфере комплекса определяется увеличением числа разных элементов в составе лиганда – вначале рекомендуется записывать одноэлементный лиганд, затем двух-, трех и т.д. – например: [Ru(N2)(NH3)4(NH2OH)2]2+.
При сокращенном буквенном обозначении лигандов (этилендиамин – En, диметилглиоксим – DMG и др.) порядок их записи в формуле комплекса определяется теми же правилами, что и при использовании их химических формул.
Во избежание разночтений разные лиганды, входящие в состав смешанно-лигандных комплексов, отделяются друг от друга круглыми скобками. Для лигандов, которые при одинаковом составе могут иметь различный заряд, – например: NO+, NO, NO- или O22-, O2-, в формуле комплекса допускается указание их заряда с помощью правого верхнего индекса у обозначения лиганда: [Pd{P(C6H5)}2(O20)], [Co(CN)5(O2-)]4-.
Если в формуле комплексного соединения степень окисления центрального атома не очевидна, то она может быть указана в формуле комплекса с помощью правого верхнего индекса у символа центрального атома римскими цифрами: [СoIII(NH3)6][CrIII(CN)6].
Название комплексного соединения также состоит из названий лигандов и центрального атома внутренней сферы и названия внешнесферного катиона или аниона.
Лиганды.
- название отрицательно заряженных лигандов образуется из полного названия ионов с добавлением соединительной гласной –о: Br- бромо-, О2- оксо-, О2- надпероксо-, О22- пероксо-, Н- гидридо-, N3- нитридо-, S22- дисульфидо(-2)-, OH- гидроксо-, CN- циано-, NH2- амидо-, NH2- имидо-, NCS- тиоцианато- СО32- карбонато-, P2O74- дифосфато-, НSO3- гидросульфато-, S2O32- тиосульфато- TeO66- ортотеллурато-, ClO- гипохлорито-. IO56- ортопериодато-. Аналогично строятся названия лигандов органических кислот: HCOO- формиато-, C2O42- оксалато-, HON=C(CH3)C(CH3)=NO- диметиглиоксимато-, СH3COO- ацетато-, NH2CH2COO- глицинато-, {OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO)2}4- этилендиаминтетраацетато-. По традиции лиганд S2- называют тио-. Анионы углеводородов в качестве лигандов называют без соединительно гласной -о: CH3- метил, С6Н5- фенил, С5Н5- циклопентадиенил.
- если в качестве лигандов выступаю положительно заряженные частицы, то в их названиях либо сохраняется окончание –ий, либо его добавляют: N2H5+ -гидразиний, NO+ нитрозилий. Катион H+ по традиции называют гидро-.
- название нейтральных лигандов в составе внутренней сферы комплекса остается неизменным: N2 диазот, O2 дикислород, SO2 диоксид серы, N2H4 гидразин, P(C6H5) трифенилфосфин. По традиции для ряда лигандов используют специальные названия: H2O - аква, NH3 - аммин, СО - карбонил, CS - тиокарбонил, NO - нитрозил.
Число одинаковых лигандов во внутренней сфере комплекса указывается приставками: ди-, три-, тетра- и т.д., которые записывают слитно с названием лиганда: (Н2О)4 тетрааква-, Br3 трибромо-, (SO4)2 дисульфато-, (NH3)5 пентааммин. Если в названии самого сложного лиганда уже используется числовая приставка, например О2 – дикислород, NH2CH2CH2NH2 – этилендиамин, то для указания числа таких лигандов во внутренней сфере применяют умножающие приставки: 2 – бис, 3 – трис, 4 – тетракис и т.д., а название самого лиганда заключают в скобки: (N2)2 – бис(диазот), (P(C6H5)3)3 – трис(трифенилфосфин). Название лиганда также заключается в скобки, если в его названии используются цифры или символы химических элементов: (C6H5N)2 – (2,2’-бипиридил), (NCS)- - (тиоцианато-N). Название лиганда заключается также в скобки, если образующееся при названии внутренней сферы словосочетание может првести к неоднозначности в природе лиганда: (N)2 ди(азот), что указывает на присутствие во внутренней сфере двух атомов азота, в отличие от (N2) – диазот для одной молекулы азота. Рекомендуется также выделять круглыми скобками названия лигандов с характеристичными приставками – пер-, тио-, гидро-, орто-, мета-, и названия сложных органических лигандов.
Центральный атом (ион). Систематическое название центрального атома, указываемое после названия лигандов, зависит от заряда комплекса:
для нейтральных комплексов применяют русское название элемента комплексообразователя в именительном падеже:
[Co(NH3)3Cl3] - трихлоротриамминкобальт,
[Cr(H2O)3(C2O4)Cl] - хлорооксалатотриаквахром,
[Fe(NH3)2(NCS)4] - тетра(тиоцианато-N)диамминжелезо,
[MnH(CO)5] - пентакарбонилгидромарганец,
SO2Cl2 - дихлородиоксосера;
для катионных комплексов русское название элемента комплексообразователя дается в родительном падеже с указанием римскими цифрами в круглых скобках его степени окисления:
[Ag(NH3)2]+ диамминсеребра(I),
[Ru(NH3)5(N2)]2+ (диазот)пентаамминрутения(II),
[UO2]2+ диоксоурана(VI).
Для элементов с постоянной степенью окисления допускается применение названий элементов без указания на его степень окисления: [Al(H2O)5(OH)]2+ гидроксопентаакваалюминия;
название элемента комплексообразователя в анионных комплексах образуется из латинского корня названия элемента с добавлением окончания –ат и указанием римскими цифрами в круглых скобках его степени окисления: [Fe(CN)6]4- - гексацианоферрат(II),
[HgI4]2- - тетраиодомеркурат(II),
[Pt(NO2)4Cl2]2- - дихлоротетранитроплатинат(IV).
Для элементов с постоянной степенью окисления допускается название элемента без указания его степени окисления:
[Zn(OH)4]2- - тетрагидроксоцинкат,
[HF2]- - дифторогидрогенат.
Полное название соединений с комплексным катионом или анионом включает также традиционное название внешнесферных ионов: [Ir(NH3)4(NCS)2]ClO4 - перхлорат ди(тиоцанато-S)тетраамминирридия(III), (NH4)3[Pt(NH3)(NO2)5] - пентанитроамминплатинат(IV) аммония,
H[AuCl4] - тетрахлороаурат водорода,
(KAl)[Fe(CN)6] - гексацианоферрат(II) алюминия-калия,
[Co(NH3)6](SO4)(HSO4) - гидросульфат-сульфат гексаамминкобальта(III). Полное название комплексов катион-анионного типа состит из систематического названия комплексного аниона и комлексного аниона: [Pt(NH3)4][PtCl4] - тетрахлороплатинат(II) тетраамминплатины(II), [Co(NH3)5Cl]3[Cr(CN)6]2 - гексацианохромат(III) хлоропентаамминкобальта(III).
Для различия геомерических цис-транс изомеров в формулах и названнях комплексов используют соответствующие цис- и транс- приставки: транс-[Pd(NH3)2Cl2] транс-дихлородиамминпалладий, транс-[CoEn2(CN)2]Cl хлорид транс-дицианобис(этилендиамин)кобальта(III), цис-Na3[Cr(OH)4Cl2] цис-дихлоротетрагидроксохромат(III) натрия.
Упражнения:
П риведите названия лигандов в составе внутренней сферы комплексов: H-, Cl-, S2-, OH-, CN-, N3-, NCS-, NO2-, SO42-, H2O, NH3, CO, NO, N2, PPh3 (Ph = C6H5), H2NC2H4NH2 (En), [(OOCCH3)2NCH2CH2N(CH3COO)2]4- (Edta).
Напишите названия следующих нейтральных комплексов: триаммин-тригидроксокобальт, дигидразиндибромоиодоцианоплатина, тритио-цианатотриаквахром, дигидроксиламиндихлоропалладий, триаква-тринитрородий.
Приведите систематические названия следующих моноядерных соединений: K2MnO4, H2SO4, Na[B(OH)4], Ca[Fe(CN)6], (NH4)2[HgI4], H[AuCl4], Al[Cr(NCS)6], Na[PtCl(OH)5], [Ag(NH3)2]Cl, [CuEn2](NO3)2, [Zn(H2O)4]ClO4, [Rh(NH3)4CO3]NO3, [Co(NH3)5NO2]Cl2, [Co(N2)3(N2H4)2]Br3, [Pt(NH3)2ClBr], [Cr(H2O)3С2O4I], Ni(CO)4, K2[PdCl4], [Pt(PPh3)4], [Co(NH3)6][Co(CN)3(SCN)3], [PdII(NH2OH)4][PtIV(I)3(CN)3].
Напишите формулы следующих соединений: гексафторофосфат(V) натрия, тетраоксоманганат(VI) калия, тетрагидроксоцинкат магния, тринитродихлороакваирридат(III) калия, тетраиододиамминплатина, роданодицианотриаквакобальт, сульфитодиамминпалладий, нитрат транс-бисэтилендиаминдихлорокобальта(III), гексафторохромат(III) гексааквахрома(III), тетрацианоплатинат(II) тетраамминпалладия(II).
Соединения постоянного и переменного состава (дальтониды и бертоллиды)* - раздел для углубленного изучения.
О писание химических соединений с помощью молекулярных формул, отражающих целочисленные количественные соотношения между атомами химических элементов в соединениях независимо от метода их получения, основано на законе постоянства состава, являющегося одним из важнейших стехиометрических законов в рамках атомно-молекулярного учения. Соединениями постоянного состава, которые называются стехиометрическими6 или дальтонидами, являются вещества молекулярного строения, поскольку состав молекул однозначно определяется строением образующих их атомов.
В начале XX века было установлено, что в кристаллическом состоянии многие вещества характеризуются переменным составом, зависящим от условий их образования. Такие соединения называются нестехиометрическими или бертоллидами. В отличие от дальтонидов, бертоллиды в кристаллическом состоянии характеризуются не молекулярными, а атомными или ионными кристаллическими решетками, в структуре которых в зависимости от условий их образования возможно образование дефектов двух типов. Так, в отличие от идеальной кристаллической решетки соединения АВ, атомы (ионы) А и В которого занимают строго фиксированные положения в узлах решетки, в реальных кристаллах некоторые узлы решетки могут быть не заняты, тогда как в междоузлиях могут располагаться избыточные частицы А и (или) В. Это приводит к тому, что по сравнению с идеальным составом АВ реальные образцы кристаллического соединения взависимости от метода их получения, будут иметь переменный состав А1xB1y. Например, в зависимости от метода получения, состав оксида титана (II) изменяется от Ti0,7O до TiO1,3.
Следует отметить, что среди неорганических соединений почти 95% не имеют молекулярного строения и, следовательно, являются нестехиометрическими соединениями. Однако для большинства соединений непереходных элементов отклонения от стехиометрического состава крайне незначительны и ими можно пренебречь. В то же время, оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды, гидриды переходных металлов образуют типично нестехиометрические соединения. Более того, в ряде случаев их соединения, состав которых соответствует молекулярной формуле (например - FeO), - неустойчивы и могут быть получены только в особых условиях.
В зависимости от того, какую информацию требуется отобразить в формулах бертоллидов, применяют различные обозначения. Общим обозначением бертоллида является математический знак «» (приблизительно), который ставят перед молекулярной формулой: FeO, TiO, FeS, Cu2O. Для более полного обозначения в формулу вводят переменный коэффициент «х»: Fe1-xS, TiO1+x. Если хотят показать, что отклонение от стехиометрического состава невелико, то вместо «х» применяют «»: NaCl1- Для бертоллидов известного состава указывают численное значение «х»: Fe1-0,123S или Fe0,877S. Пределы возможного изменения количественного состава указывают после формулы в круглых скобках: PbS1+ (0 ≤ ≥ 0,005), TiO1+x (-0,23 ≤ x ≥ 0,3).
Для отражения нестехиометричности к названию соединения с молекулярным составом в скобках добавляют указание на нестехиометричность: Fe1-xS сульфид железа(II) (недостаток железа), MnO1+x оксид марганца(II) (избыток кислорода).
Аддукты* - раздел для углубленного изучения.
Если химическая связь между составными частями соединения относится к различным типам сильного или слабого межмолекулярного взаимодействия или природа этой связи выяснена недостаточно, то она формулах обозначается «точкой» (8Ar46H2O) и такие соединения называют аддуктами. При донорно-акцепторном характере межмолекулярного взаимодействия «точку» заменяют «стрелкой», направленной от донора к акцептору – например: H3NBF3. Водородная связь между составными частями аддукта изображается тремя точками “…” между символами элементов: HFHF, H2OH2O, H2ONH3.
Названия аддуктов. Продукты присоединения воды к простым и сложным веществам носят групповое название гидраты. Количество молекул воды указывается числовыми приставками – ди-, три-, тетра-, поли-: Ca(NO3)24H2O тетрагидрат нитрата кальция, Cl26H2O гексагидрат хлора. Если состав гидрата более сложен, то названия также начинаются со слова гидрат, затем называют другую составную часть, а в конце указывают в круглых скобках арабскими цифрами в виде дроби стехиометрическое соотношение составных частей: 3CdSO48H2O гидрат сульфата кадмия (8/3).
Названия других аддуктов на основе сольватов образуют из названий составных частей в именительном падеже, которые разделяют тире; стехиометрическое отношение указывается арабскими цифрами в виде дроби в круглых скобках причем, первая цифра отвечает первой составной части: 2Na2CO33H2O2 карбонат натрия – пероксид водорода (2/3), 10PCl329Br2 хлорид фосфора (III) – дибром (10/29), I3NnNH3 нитрид иода (I) – аммиак (1/n).
Важными представителями аддуктов являются соединения включения, которые называют также клатратами. К клатратам, например, относятся гидраты газов, которые образуются за счет включения в междоузельные пространства кристалла льда (хозяин) различных молекул газов (гость): Cl2, CH4, H2S, SO2, Ar, Xe и др. В одной из модификаций льда на 46 молекул воды приходится 6 свободных полостей. В результате этого состав таких клатратов приблизительно отвечает формуле 6X46H2O. Известны клатраты, полости хозяев, которых образованы кристаллическими решетками и других веществ с водородными связями – например: гидрохинон, фенол, толуол. Названия клатратов образуются подобно другим аддуктам: 6Xe46H2O ксенон-вода (6/46).