Классификация и номенклатура неорганических веществ

Классификация неорганических веществ и их номенклатура основаны на наиболее простой и постоянной во времени характеристике – химическом составе, который показывает атомы элементов, образующих данное вещество, в их числовом отношении. Если вещество состоит из атомов одного химического элемента, т.е. является формой существования этого элемента в свободном виде, то его называют простым веществом; если же вещество состоит из атомов двух или большего числа элементов, то его называют сложным веществом. Все простые вещества (кроме одноатомных) и все сложные вещества принято называть химическими соединениями, так как в них атомы одного или разных элементов соединены между собой химическим связями.

Номенклатура неорганических веществ состоит из формул и названий. Химическая формула – изображение состава вещества с помощью индексов и некоторых других знаков. Химическое название – изображение состава вещества с помощью слова и группы слов. Построение химических формул и названий определяется системой номенклатурных правил.

Символы и наименования химических элементов приведены в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Элементы условно делят на металлы и неметаллы. К неметаллам относят все элементы VIIIА группы (благородные газы) и VIIА группы (галогены), элементы VIА группы (кроме полония), элементы азот, фосфор и мышьяк (VA группа), углерод, кремний (IVA группа), бор (IIIA группа), а также водород. Остальные элементы относятся к металлам.

При составлении названий веществ обычно применяют русские наименования элементов, например, дикислород, дифторид ксенона, селенат калия. По традиции для некоторых элементов вводят корни их латинских наименований:

Ag – аргент	H – гидр, гидроген	Pb – плюмб
As – арс, арсен	Hg – меркур	S – сульф
Au – аур	Mn – манган	Sb – стиб
C – карб, карбон	N – нитр	Si – сил, силик, силиц
Cu – купр	Ni – никкол	Sn – станн
Fe – ферр	O – окс, оксиген

Например, карбонат, манганат, оксид, сульфид, силикат.

Названия простых веществ состоят из одного слова – наименования химического элемента с числовой приставкой, например:

Mg – (моно) магний	O4 – трикислород
Hg – (моно) ртуть	P4 – тетрафосфор
O2 – дикислород	S8 – октасера

Классификация неорганических соединений

Для некоторых простых веществ используют также специальные названия, такие, как O₄ – озон, P₄ – белый фосфор.

Химические формулы сложных веществ составляют из обозначения электроположительной (условных или реальных катионов) и электроотрицательной (условных или реальных анионов) составляющих, например, CuSO₄ (здесь Cu²⁺ - катион, SO₄^2- - анион) и PCl₄ (здесь P⁴⁺ - катион, Cl^- - анион).

Названия сложных веществ составляют по химическим формулам справа налево. Они складываются из двух слов – названий электроотрицательных составляющих (в именительном падеже) и электроположительных составляющих (в родительном падеже), например:

CuSO4 – сульфат меди (II)	PCl4 – трихлорид фосфора
LaCl4 – хлорид лантана (III)	CO – монооксид углерода

Число электроположительных и электроотрицательных составляющих в названиях указывают числовыми приставками, приведёнными выше (универсальный способ), либо степенями окисления (если они могут быть определены по формуле) с помощью римских цифр в круглых скобках (знак плюс опускается). В ряде случаев приводят заряд ионов (для сложных по составу катионов и анионов), используя арабские цифры с соответствующим знаком.

Для небольшого числа хорошо известных веществ также используют специальные названия:

AsH4 – арсин	HN­4 – азидоводород
B2H6 – диборан	H2O – вода
B4H10 – тетраборан (10)	H2S – сероводород
HCN – циановодород	NH4 – аммиак
HBr – бромоводород	N2H4 – гидразин
HCl – хлороводород	NH2OH – гидроксиламин
HF – фтороводород	PH4 – фосфин
HI – иодоводород	SiH4 - силан

2.1. Кислотные и основные гидроксиды

Гидроксиды – тип сложных веществ, в состав которых входят атомы некоторого элемента E (кроме фтора и кислорода) и гидроксогруппы OH; общая формула гидроксидов E(OH)_n, где n=1÷6.

Гидроксиды делят на две противоположные по химическим свойствам группы: кислотные и основные гидроксиды.

Кислотные гидроксиды содержат атомы водорода, которые могут замещаться на атомы металла при соблюдении правила стехиометрической валентности. Большинство кислотных гидроксидов находятся в мета-форме, причём атомы водорода в формулах кислотных гидроксидов ставят на первое место, например, H₂SO₄, HNO₄, H₂CO₄, а не SO₂(OH)₂, NO₂(OH) и CO(OH)₂. Общая формула кислотных гидроксидов – H_xEO_y, где электроотрицательную составляющую EO_y^x- называют кислотным остатком. Если не все атомы водорода замещены на металл, то они остаются в составе кислотного остатка.

Названия распространённых кислотных гидроксидов состоят из двух слов: собственного названия с окончанием «ая» и группового слова «кислота». Степень окисления кислотообразующего элемента E обозначается суффиксом в названии кислоты:

а) – н, -ов, -ев – для высшей и любой единственной степени окисления;

б) – новат – для промежуточной степени окисления (+5);

в) – овист или –ист – для промежуточных степеней окисления (+4) или (+4);

г) – новатист – для низшей положительной степени окисления (+1).

Например:

HIO₄ – йодная кислота, т.к. степень окисления йода +7 – высшая (йод находится в седьмой группе Периодической системы);

HIO₄ – йодноватая кислота;

HIO₂ – йодистая кислота;

HIO – йодноватистая кислота.

Приведём формулы и собственные названия распространённых кислотных гидроксидов и их кислотных остатков (прочерк означает, что гидроксид не известен в свободном виде или в кислом водном растворе):

кислотный гидроксид	кислотный остаток
H2CO4	- угольная	CO42-	- карбонат
		HCO4-	- гидрокарбонат
HClO	- хлорноватистая	ClO-	- гипохлорит
HClO2	- хлористая	ClO2-	- хлорит
HClO4	- хлорноватая	ClO4-	- хлорат
HClO4	- хлорная	ClO4-	- перхлорат
H2CrO4	- хромовая	CrO42-	- хромат
		HCrO4-	- гидрохромат
H2Cr2O7	- дихромовая	Cr2O72-	- дихромат
HNO2	- азотистая	NO2-	- нитрит
HNO4	- азотная	NO4-	- нитрат
HPO4	- метафосфорная	PO4-	- метафосфат
H4PO4	- ортофосфорная	PO44-	- ортофосфат
		HPO42-	- гидроортофосфат
		H2PO4-	- дигидроортофосфат
H4P2O7	- дифосфорная	P2O74-	- дифосфат
-		ReO4-	- перренат
-		SO42-	- сульфит
		HSO4-	- гидросульфит
H2SO4	- серная	SO42-	- сульфат
		HSO4-	- гидросульфат
H2S2O7	- дисерная	S2O72-	- дисульфат
H2SO4S	- тиосерная	SO4S2-	- тиосульфат
H2SeO4	- селенистая	SeO42-	- селенит
H2SeO4	- селеновая	SeO42-	- селенат
H2SiO4	- метакремниевая	SiO42-	- метасиликат
H4SiO4	- ортокремниевая	SiO44-	- ортосиликат

Названия кислотных остатков используют при построении названий солей.

Основные гидроксиды содержат гидроксид-ионы, которые могут замещаться на кислотные остатки при соблюдении правила стехиометрической валентности. Все основные гидроксиды находятся в орто-форме; их общая формула M(OH)_n, где n=1 или 2 (реже 4 или 4) и Mⁿ⁺ - катион металла. Примеры формул и названий основных гидроксидов:

NaOH	- гидроксид натрия	Ba(OH)2	- гидроксид бария
KOH	- гидроксид калия	La(OH)4	- гидроксид лантана (III)

Важнейшим химическим свойством основных и кислотных гидроксидов является взаимодействие их между собой с образованием соли (реакция солеобразования), например:

Ca(OH)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2H₂O

Ca(OH)₂ + 2H₂SO₄ = Ca(HSO₄)₂ + 2H₂O

2Ca(OH)₂ + H₂SO₄ = Ca₂SO₄(OH)₂ + 2H₂O

Соли – тип сложных веществ, в состав которых входят катионы Mⁿ⁺ и кислотные остатки.

Соли с общей формулой M_x(EO_y)_n называют средними солями, а соли, содержащие кислотные остатки с незамещёнными атомами водорода, - кислыми солями. Иногда соли содержат в своём составе также гидроксид или (и) оксид-ионы; такие соли называют основными солями. Примеры формул и названий солей:

Ca₄(PO₄)₂ - ортофосфат кальция

Ca(H₂PO₄)₂ - дигидроортофосфат кальция

CaHPO₄ - гидроортофосфат кальция

CuCO₄ - карбонат меди (II)

Cu₂CO₄(OH)₂ - дигидроксид-карбонат димеди

La(NO₄)₄ - нитрат лантана (III)

Ti(NO₄)₂O - оксид-динитрат титана

Кислые и основные соли могут быть превращены в средние соли взаимодействием с соответствующим основным или кислотным гидроксидом, например:

Ca(HSO₄)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaSO₄ + 2H₂O

Ca₂SO₄(OH)₂ + H₂SO₄ = 2CaSO₄ + 2 H₂O

Встречаются также соли, содержащие два разных катиона; их называют двойными солями, например:

KAl(SO4)2 – сульфат алюминия-калия

CaMg(CO4)2 – карбонат магния-кальция.

2.2. Кислотные и основные оксиды

Оксиды E_xO_y – продукты полной дегидратации гидроксидов. Кислотным гидроксидам (H₂SO₄, H₂CO₄) отвечают кислотные оксиды (SO₄, CO₂), а основным гидроксидам (NaOH, Ca(OH)₂) – основные оксиды (Na₂O, CaO), причём степень окисления элемента Е не изменяется при переходе от гидроксида к оксиду. Примеры формул и названий оксидов:

SO4	- триоксид серы	Na2O	- оксид натрия
N2O5	- пентаоксид диазота	La2O4	- оксид лантана (III)
P4O10	- декаоксид тетрафосфора	ThO2	- оксид тория (IV)

Кислотные и основные оксиды сохраняют солеобразующие свойства соответствующих гидроксидов при взаимодействии с противоположными по свойствам гидроксидами или между собой:

N₂O₅ + 2NaOH = 2NaNO₄ + H₂O

4CaO + 2 H₄PO₄ = Ca₄(PO₄)₂ + 4H₂O

La₂O₄ + 4SO₄ = La₂(SO₄)₄.

2.4. Амфотерные гидроксиды и оксиды

Амфотерность гидроксидов и оксидов – химическое свойство, заключающееся в образовании ими двух рядов солей, например, для гидроксида и оксида алюминия:

(а) 2Al(OH)₄ + 4SO₄ = Al₂(SO₄)₄ + 4H₂O

Al₂O₄ + 4H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₄ + 4H₂O

(б) 2Al(OH)₄ + Na₂O = 2NaAlO₂ + 4H₂O

Al₂O₄ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + 4H₂O

Так, гидроксид и оксид алюминия в реакциях (а) проявляет свойства основных гидроксидов и оксидов, т.е. реагирует с кислотными гидроксидом и оксидом, образуя соответствующую соль – сульфат алюминия, тогда как в реакциях (б) они же проявляют свойства кислотных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с основными гидроксидом и оксидом, образуя соль - диоксоалюминат натрия NaAlO₂. В первом случае элемент алюминий проявляет свойство металла и входит в состав электроположительной составляющей (Al⁴⁺), во втором – свойство неметалла и входит в состав электроотрицательной составляющей формулы соли (AlO₂^-).

Элементы, проявляющие в соединениях металлические и неметаллические свойства, называют амфотерными, к ним относятся элементы А-групп Периодической системы – Be, Al, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po и др., а также большинство элементов Б-групп – Cr, Mn, Fe, Zn, Cd, Au и др.

Амфотерные оксиды называют так же, как и основные, например:

BeO	- оксид бериллия	FeO	- оксид железа (II)
Al2O4	- оксид алюминия	Fe2O4	- оксид железа (III)
SnO	- оксид олова (II)	MnO2	- оксид марганца (IV)
SnO2	- оксид олова (III)	ZnO	- оксид цинка (II)

Амфотерные гидроксиды (если степень окисления превышает +2) могут находиться в орто- или (и) мета-форме. Примеры амфотерных гидроксидов:

Be(OH)2	- гидроксид бериллия	TiO(OH)2	- дигидроксид-оксид титана
Al(OH)4	- гидроксид алюминия	Fe(OH)4	- гидроксид железа (III)
AlO(OH)	- метагидроксид алюминия	FeO(OH)	- метагидроксид железа

Если амфотерному элементу в соединениях отвечает несколько степеней окисления, то амфотерность соответствующих оксидов и гидроксидов (а следовательно, и амфотерность самого элемента) будет выражена по-разному. Для низких степеней окисления у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание основных свойств, поэтому он почти всегда входит в состав катионов. Для высоких степеней окисления, напротив, у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание кислотных свойств, а у самого элемента – неметаллических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав анионов. Амфотерным гидроксидам с большим преобладанием кислотных свойств приписывают формулы и названия по образцу кислотных гидроксидов, например HMnO₄ – марганцовая кислота.

Таким образом, деление элементов на металлы и неметаллы – условное; между элементами (Na, K, Ca, Ba и др.) с чисто металлическими свойствами и элементами (F, O, N, Cl, S, C и др.) с чисто неметаллическим свойствами существует большая группа элементов с амфотерными свойствами.

2.4. Бинарные соединения

К бинарным соединениям относятся, в первую очередь, все двухэлементные соединения (H₂O, KBr, H₂S, Cs₂(S₂), N₂O, NH₄, HN₄, CaC₂, SiH₄). Многоэлементные вещества, в формулах которых одна из составляющих содержит не связанные между собой атомы нескольких элементов, а также одноэлементные или многоэлементные группы атомов (кроме гидроксидов и солей), рассматривают как бинарные соединения, например: CSO, IO₂F₄, SBrO₂F, CrO(O₂)₂, PSI₄, (CaTi)O₄, (FeCu)S₂, Hg(CN)₂, (PF₄)O, VCl₂(NH₂). Так, CSO можно представить как соединения CS₂, в котором один атом серы заменён на атом кислорода.

Названия бинарных соединений строятся по обычным номенклатурным правилам, например:

OF2	- дифторид кислорода	K2O2	- пероксид калия
HgCl2	- хлорид ртути (II)	Na2S	- сульфид натрия
Hg2Cl2	- дихлорид диртути	Mg4N2	- нитрид магния
SBr2O	- оксид-дибромид серы	NH4Br	- бромид аммония
N2O	- оксид диазота	K4N	- нитрид калия
NO2	- диоксид азота	CaC2	- карбид кальция

2. Контрольное задание

Задача 1. Составить названия соединений по химическим формулам.

Задача 2. Составить химические формулы соединений по названиям.

№ варианта	Задача 1	Задача 2
	V2O4, Na2S, H2SiO4, NaOH, CaWO4, KCr(SO4)2	карбид дибериллия, хлорная кислота, гидросульфат кальция, гидроксид титана (IV)
	Hg2Br2, I2O5, KOH, H2CrO4, KIO4, Fe(HSO4)2	метафосфорная кислота, оксид железа (III), нитрид триброма, азотистая кислота
	WO2, NiS, HMnO4, Ta(OH)2, Na6TeO6, Ce(NO4)4OH	диоксид триуглерода, дихромовая кислота, гидросульфат магния, гидроксид вольфрама (III)
	Si2P, Cu2O4, Cr(OH)4, H6TeO6, NaNO2, Cs2Cu(SO4)2	йодоводород, гидроксид меди (I), хлорид титана (IV), теллуристая кислота
	Fe2O4, IrCl4, H4PO4, Mn(OH)4, CaCrO4, Cs2Cu(SO4)2	хлорид ванадия, угольная кислота, перхлорат калия, гидроортофосфат кальция
	WO4, SnS, HMnO4, Si(OH)4, Ca2P2O7, NH4Cr(SO4)2	фторид церия (III), йодноватая кислота, арсенат аммония, гидроксид алюминия
	Rb2O, Li4N, HIO, Sr(OH)2, NaNO2, RbMn(SO4)2	силицид дикальция, ортойодная кислота, ортофосфат аммония-кальция
	Pd2Te, Mn2O4, Th(OH)4, HNO2, NH4AsO2, CaCrO4	плавиковая кислота, гидроксид титана (II), фосфид трижелеза, бромноватистая кислота
	Cl2O7, ReCl6, Al(OH)4, H2B4O7, Cu(ClO4)2, Ag2H4IO6	циановодородная кислота, оксид олова (II), сульфид натрия, дигидроксид-сульфат кобальта (II)
	FeO, AlCl4, HPO4, Al(OH)4, Co2(SiO4)4, Zn(NH4)2(SO4)2	фторид осмия (VI), бромоводород, ортованадат скандия (III), гидроксид хрома (III)
	I2O5, CaF2, H4AsO4, Ba(OH)2, Rb2MoO4, K2Ni(SO4)2	хлорид калия, соляная кислота, гидроксид железа (III), вольфрамат бария
	ClO4, Co4C, Mn(OH)4, H2S2O7, Hg4TeO6, Sc(NO4)2OH	бромоводородная кислота, оксид марганца (IV), фторид церия (III), хлорная кислота
	Zr4N, MoI4, Nb(OH)2, HBrO4, CaWO4, Zn5(CO4)2(OH)6	бромид лантана (III), феррат калия, ортофосфат аммония-кальция, метаарсенит свинца (II)
	Cl2O7, MoF6, H2TeO4, As(OH)2, In2(SO4)4, Cd2SO4(OH)2	хлорид титана (IV) , хлорноватистая кислота, пероксид стронция, фосфид трижелеза
	K2O2, FeS, HIO4, Ba(OH)2, KBrO, Ag2H4IO6	фторид дисербра, марганцовая кислота, пербромат калия, гидроксид никеля (II)
	Hg2Br2, I2O5, KOH, H2CrO4, KIO4, Fe(HSO4)2	бромид лантана (III), феррат калия, ортофосфат аммония-кальция, метаарсенит свинца (II)
	CaF2, H4AsO4, Ba(OH)2, Rb2MoO4, K2Ni(SO4)2 ,I2O5	бромоводородная кислота, оксид марганца (IV), фторид церия (III), хлорная кислота
	AlCl4, HPO4, Al(OH)4, Co2(SiO4)4, FeO, Zn(NH4)2(SO4)2	FeO, AlCl4, HPO4, Al(OH)4, Co2(SiO4)4, Zn(NH4)2(SO4)2