Часть I. Классификация и номенклатура неорганических соединений

Введение

Под классификацией обычно понимают распределение объек­тов, явлений и понятий по классам в зависимости от их общих при­знаков.

Если в качестве классификационных признаков берутся суще­ственные признаки, то такая классификация может служить источни­ком знания о классифицируемых объектах и называется естествен­ной. Примером естественной классификации является периодиче­ская система химических элементов.

При классификации из множества химических объектов выде­ляют ограниченное число классов, отдельные объекты которых имеют общие классификационные признаки. Так, в качестве класси­фикационных признаков при классификации химических элементов могут служить: физические и химические свойства простых веществ (класс металлов и класс неметаллов); состояние ва-лентных элек­тронов нейтральных атомов (s-, р-, d-, f-элементы) и др.

Поскольку химических соединений очень много (~ 5 млн), то их классификация является более сложной задачей. К такому множест­ву объектов можно последовательно применять классификационные признаки разного ранга (на каждом этапе классификации сохраняет­ся только один классификационный признак). Признак высокого ран­га дает небольшое число классов, применение дополнительных классификационных признаков более низкого ранга приводит к деле­нию всего множества объектов на классы различной иерархии. При классификации химических соединений в качестве классификацион­ных признаков могут быть выбраны: 1) тип химических превращений (реакций), в которых участвуют объекты множества (окислительно-восстановительные, кислотно-основные реакции, реакции комплексообразования и переноса атомов); 2) число элементов в составе соединения; при использовании указанного признака для продолже­ния классификации требуются дополнительные классификационные признаки (наличие элемента в отрицательной или положительной степени окисления, численное значение электроотрицательности элемента и др.); 3) характер химических связей в соединениях; 4) геометрия молекул; 5) способность соединений к диссоциации в рас­творах и др.

Классификация неорганических соединений кроме системати­зации знаний способствует еще и формированию системы номенк­латурных правил для названий неорганических соединений.

Тема 1. Номенклатура неорганических соединений

1.1. Теоретическая часть

Химическая номенклатура складывается из формул и названий, переход между этими составляющими определяется системой но­менклатурных правил. Трудно создать совершенные правила но­менклатуры, чтобы с их помощью характеризовать состав, строение, свойства веществ, природу связи в них. В настоящее время химики различных стран все шире используют номенклатуру, разработанную Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК). Эта номенклатура адаптируется к особенностям языка и национальным традициям и может рассматриваться как возмож­ность достижения международной унификации и однозначности на­званий для всех типов соединений.

Систематическая номенклатура ИЮПАК стремится передать в названии состав соединения, т.е. его эмпирическую формулу, на­пример: Сг₂О₃ – триок-сид дихрома, или оксид хрома(III), а также, если это возможно, строение сое-динения.

По правилам ИЮПАК для распространенных кислот, их анио­нов, солей разрешается использование традиционных названий (азотная кислота, нитрат калия, мышьяковистая кислота и др.), до­пускается небольшое число специаль-ных названий (вода, аммиак, гидроксиламин), тривиальных названий (сода, медный купорос, ед­кий натр).

Вопросы химической номенклатуры все время совершенству­ются. Для того, чтобы читать, общаться в области неорганической химии, следует знать не только традиционные, но и систематические названия соединений.

Приведем общие правила номенклатуры неорганических со­единений, которые рекомендованы ИЮПАК.

Систематическое название соединений общей формулы

А_аВ_ьС_с

строится по типу

аАbВсС,

т.е. путем последовательного перечисления составных частей с со­ответствую-щими числовыми приставками перед ними.

Систематические названия простых веществ складываются из числовой приставки, указывающей число атомов элемента (числовая приставка моно- опускается), и названия элемента:

Са – кальций O₂ – дикислород

Li₂ – дилитий S₈ – октасера

Для некоторых простых веществ используются специальные названия: Р₄ – белый фосфор, О₃ – озон, С(куб.) – алмаз и т.д.

Систематические названия сложных веществ, в формулах ко­торых на первом месте стоит обозначение электроположительной составляющей, а на втором – электроотрицательной (исключение со­ставляют NH₃, N₂H₄), склады-ваются из названия в именительном па­деже электроотрицательной части и названия в родительном падеже электроположительной части. В название одноэлементной электро­отрицательной части входит суффикс -ид, многоэлементной -am (по правилам номенклатуры комплексных соединений). Названия одно­элементной положительной части строятся из русского названия элемента с указанием его степени окисления римской цифрой в скобках или его заряда в случае многоатомных катионов. Названия многоэлементных электроположи-тельных частей осуществляются по правилам номенклатуры комплексных соединений. Систематические названия некоторых сложных веществ приведены ниже:

Мn₂O₃ – триоксид димарганца SnCl₄ – тетрахлорид олова

Na₂S₂O₃ – триоксодисульфат динатрия Cl₃N – нитрид трихлора

Н₃РO₄ – тетраоксофосфат триводорода AuCu₃ – тримедьзолото

S_nCl₂ – дихлорид полисеры

В общем, названия сложных соединений, в которых элементы соединяются в различных количественных соотношениях, строятся несколькими способами, а не только систематическим:

FeCl₃ – трихлорид железа } (предпочтительно)

хлорид железа(III)

хлорид железа(+3) (используется редко)

хлорное железо (не рекомендуется, если элемент может существовать более чем в двух валентных состояниях).

Fe₃O₄ – тетраоксид трижелеза или

(Fe^IIFe ^III₂)O₄– оксид железа (III) железа(II)

МnO₂ – диоксид марганца или оксид марганца(I\/)

CuSO₄ – тетраоксосульфат меди или сульфат меди (II)

K₂RuO₄ – тетраоксорутенат(VI) калия

Na₈W₁₂O₄₀ – 40-оксододекавольфрамат(\/I) натрия

NaOH – гидроксид натрия

NaNH₂ – амид натрия

Правила ИЮПАК в названии кислот кроме систематических форм названия разрешают пользоваться также традиционными, хотя предпочтение отдается систематической форме, особенно для не­обычных кислот. Так, сое-динение H₂[SO₄], рассматриваемое как ком­плексное, по систематической номенклатуре должно быть названо тетраоксосульфатом водорода или тетра-оксосульфатом диводорода. Но наиболее кратким и удобным является тради-ционное название этого соединения – серная кислота.

Для распространенных кислот и их анионов вместо системати­ческих ис-пользуются традиционные названия, например:

Кислота Анион

НСlO – хлорноватистая СlO^ˉ – гипохлорит

НСlO₂ – хлористая ClO^ˉ₂– хлорит

НСlOз – хлорноватая СlO^ˉ₃ – хлорат-

НСlO₄ – хлорная СlO^ˉ₄ – перхлорат-

HNO₂ – азотистая NO₂^ˉ – нитрит-

HNO₃ – азотная NO₃^ˉ – нитрат-

НРОз – метафосфорная РО₃^ˉ – метафосфат

Н₃ РO₄– ортофосфорная РО₄^3–– ортофосфат-

H₂S₂O₇ – дисерная S₂O₇^2– – дисульфат-

Названия солей распространенных кислот строятся на основе традици-онных названий анионов кислот:

Na₃PO₄ – ортофосфат натрия, КСlO_з – хлорат калия и т.д.

В названии кислых и основных солей употребляются приставки гидро- и гидроксо- соответственно:

Pb(HSO₄)₂ – гидросульфат свинца(II) NaH₂PO₄ – дигидроортофосфат натрия (РbОН)СlO₄ – гидроксоперхлорат свинца(II)

Для ряда кислот удобными являются систематические назва­ния:

HReO₄–тетраоксорениевая(\/II) кислота

H₂ReO₄ – тетраоксорениевая(VI) кислота

НXеO₆– гексаоксоксеноновая(\/III) кислота

В более простых случаях название лиганда О^2– опускается:

НМnO₄– марганцовая (\/II) кислота

Н₂МnO₄– марганцовая (\/I) кислота

Н₃МnO₄– марганцовая (\/) кислота

Для некоторых катионов и анионов вместо систематических применяют-ся специальные названия, которые требуют запоминания:

Катионы

Н⁺ – гидро- NO⁺ – нитрозил-

Н₃O⁺ – окссний- NO₂⁺ – нитроил-

NH₄⁺ – аммоний- O₂⁺ – диоксигенил

N₂H₅⁺ – гидразиний(+1)- UO₂²⁺ – уранил-

N₂H₆²⁺ – гидразиний(+2)- VO²⁺ – ванадил-

NH₃OH⁺ – гидроксиламмоний-

Анионы

CN^- – цианид- NCS^- – тиоцианат-

CN₂^2– – цианамид- O₂^2- – пероксид-

HO₂^ – гидропероксид- O₂^- – надпероксид-

HS^ – гидросульфид- О₃^ – озонид-

N₃^ – азид- ОН^ – гидроксид-

I₃^ – трииодид(1-) OCN^ – цианат-

HF₂^ – гидродифторид CNO^ – фульминат-

NH^2 – имид- S₂^2 – дисульфид-

NH₂^ – амид- С₂^2 – ацетиленид-

Указанные специальные названия катионов и анионов исполь­зуются в названиях веществ:

(Н₃O)СlO₄ – перхлорат оксония KNCS – тиоцианат калия

UO₂(NO₃)₂ – нитрат уранила Сu₂СО₃(ОН)₂ – дигидроксидкарбонат меди(II)

N₂H₅Cl – хлорид гидразиния(1+)

Для хорошо известных веществ используются также специаль­ные, а не систематические названия:

Н₂O – вода NH₃ – аммиак

H₂S – сероводород NH₂Cl – хлорамин

SbН₃ – стибин SiH₄ – силан

HN₃ – азидоводород и др.

При названии комплексных соединений необходимо учитывать, что они бывают катионного, нейтрального и анионного типов. Названия катионных и нейтральных комплексов специальных окончаний не имеют, названия всех анионных комплексов оканчиваются на суф­фикс -am, несмотря на степень окисления центрального атома. Сама степень окисления указывается римской цифрой после названия центрального атома.

Названия анионных лигандов обязательно оканчиваются глас­ной -о:

Сl⁻ – хлоро- СНзСОО⁻ – ацетато-

S^2 – тио- HS⁻ – меркапто-

О^2 – оксо- Н^ – гидридо-

ОН⁻ – гидроксо- O₂^2 – пероксо-

CN^- – циано- СОз^2 – карбонато-

Названия катионных и нейтральных лигандов в названиях ком­плексов не изменяются:

N₂ – диазот N₂H₄ – гидразин

С₂Н₄ – этилен С₆Н₆ – бензол

Исключение составляют лиганды Н₂O и NH₃, которые имеют специаль­ные названия аква и аммин соответственно.

Систематическая формула комплекса имеет вид [М_x(L^º)_y(L^‒)_z] (заряд комплексной частицы не указан), где М ‒ центральный атом, L^º , L^  нейтральный и заряженный лиганды. Если во внутренней сфере имеются лиганды, однотипные по знаку заряда, но отличаю­щиеся химическим составом, то они записываются в формуле ком­плекса в последовательности символов первых элементов их фор­мул (числовые приставки при этом во внимание не принимаются). Так, лиганд Н₂O ставится левее NH₃, лиганд С₂Н₄ – левее СО, т.е. соблюдается тот же порядок, который используется в сложных ве­ществах:

Кг, В, Si, С, As, Н, Р, Те, Se, S, At, I, Br, Cl, N, O, F

(в соединении двух неметаллов первое место занимает символ того элемента, который находится левее в указанном практическом ряду, например AsH₃, HI, SCl₄).

Название комплекса строится по следующей схеме:

 перечисляются все лиганды, затем центральный атом с ука­занием его степени окисления; соотношение между внутренней сфе­рой и внешними ионами указывается числовыми приставками (если это необходимо);

во внутренней координационной сфере перечисляются снача­ла заряженные лиганды, затем нейтральные (записывают формулу комплексного иона в обратном порядке). Мостиковые лиганды пере­числяются последними и перед ними ставится буква ;

 число координированных лигандов каждого типа указывается греческими приставками моно-, ди-, три-, тетра- и т.д. Если лиган­ды сложны, то применяются приставки бис-, трис-, тетракис-. При­ставку моно- часто опускают.

Название нейтральных комплексов состоит из одного слова:

[Pt(NH₃)₂Cl₂) – дихлородиамминплатина

[Ni(CO)₄] – тетракарбонилникель

[Fе(С₅Н₅)₂] – бис(циклопентадиенил) железа

[Мп₂(СО)₁₀ ] – декакарбонилдимарганец

Приведем примеры названий комплексов с комплексными ка­тионами, анионами:

[Co(NH₃)₆](NO₃)₃– нитрат гексамминкобальта(III)

[Fe(H₂О)₅NО]SО₄–сульфат нитрозилпентакважелеза(II)

[Сг₂(Еn)₄(ОН)₂]Вг₄– бромид дигидроксотетракис (этилендиамин) дихрома(III)

Na₃[Ag(S₂О₃)₂]– бис(тиосульфато)аргентат(I) натрия

NH₄[Cr(NH₃)₂(SCN)₄]– тетрароданодиамминхромат(III) аммония

Na₃[PW₁₂O₄₀]– 40-оксододекавольфрамофосфат(V) натрия

(NH₄)₆[TeMo₆О₂₄]– 24-оксогексамолибдотеллурат(VI) аммония