Классификация неорганических соединений. Правила номенклатуры и тривиальные названия

Изучение неорганической химии невозможно представить без знаний об основных классах неорганических соединений. Именно принадлежность к тому или иному классу определяет химические свойства веществ. Кроме того, важно правильно называть соединения, чтобы вас правильно поняли другие. Поэтому здесь я представлю основную информацию о классификации и номенклатуре неорганических соединений. Эта информация пригодится также при подготовке к ЕГЭ по химии в задании 5.

Классификация оксидов

Начнем с самых простых веществ – оксидов. Оксиды представляют собой бинарные соединения с кислородом в степени окисления -2. Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие и несолеобразующие. Несолеобразующих оксидов довольно мало, и их легко можно запомнить: это например, N2O, CO, NO, SiO . Солеобразующие оксиды в свою очередь делятся на основные, амфотерные и кислотные.

Солеобразующие оксиды

Состав оксидаПример
ОсновныйМеталл в степени окисления +1 и +2Na2O, MgO, FeO
КислотныйНеметаллы и металлы в степени окисления +5 и вышеSO2, SO3, Mn2O7, CO2, P2O5,
АмфотерныйМеталлы в степени окисления +3 и +4
+ ряд исключений
BeO, ZnO, SnO, PbO, Al2O3, Fe2O3

Классификация гидроксидов

Следующими на очереди стоят гидроксиды. Это соединения, которые можно опознать по OH группе, заряд которой равен -1 (O-2H+1).

Состав гидроксидаПример
ОсновныйМеталл в степенях окисления +1 и +2NaOH, LiOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2
Кислотный Неметаллы и металлы в степени окисления выше +5 и вышеHNO3, H2SO4
АмфотерныйМеталлы в степени окисления +3 и +4
и металлы исключения
Al(OH)3, Fe(OH)3  Zn+2, Be+2

В зависимости от растворимости основные гидроксиды делят на щелочи (растворимые и малорастворимые основания, содержащие металлы первой и второй группы) (NaOH, LiOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2) и нерастворимые основания (Fe(OH)2). 

Кислотные гидроксиды образованы неметаллами и металлами в степени окисления +5,+6, +7. Такие гидроксиды также называют кислородсодержащими кислотами. Давайте разберемся какая же присутствует связь между, казалось бы, противоположными по свойствам соединениями. Если мы рассмотрим структурную формулу, например серной кислоты, то увидим целых две гидроксогруппы, водород в которых способен замещаться на металлы. Таким образом любую кислородсодержащую кислоту можно представит в виде соответствующего гидроксида.

Серная кислота

Все гидроксиды можно охарактеризовать еще по двум признакам: их кислотность и сила. Кислотность оснований — это количество гидроксогрупп, которые находятся в молекуле (NaOH — однокислотный, Ca(OH)2 — двухкислотный, Fe(OH)3 — трехкислотный). К сильным основаниям относят гидроксиды металлов 1 и 2 групп (кроме Mg(OH)2), а к слабым все остальные (+ NH4OH).

Классификация кислот

Кислоты можно делить сразу по нескольким признакам, например по содержанию в них кислорода, по их силе, или по их основности. Легче всего, конечно, классифицировать кислоты по наличию в них кислорода, потому что для этого на них достаточно просто взглянуть и увидеть есть кислород или нет. Самыми распространенными бескислородными кислотами являются все галогеноводороды и сероводород, а также весьма экзотичная азидоводородная кислота состава HN3. К кислородсодержащим относятся все остальные: серная, азотная, азотистая, угольная, фосфорная и т.д. 

Возвращаясь к кислотным гидроксидам, можно также отметить такое свойство кислот как основность, т.е. количество водородов в кислоте, которое может быть заменено на металл. Если с бескислородными кислотами все понятно: сколько водородов – такая и кислотность, то с некоторыми кислородсодержащими кислотами дела обстоят сложнее. В основном в кислотах количество водородов равно основности, но встречаются и такие, где это правило не работает. Например, фосфористая кислота состава H3PO3. При рассмотрении ее структурной формулы мы видим, что не все водороды относятся к гидроксогруппам, один из них связан напрямую с фосфором, поэтому он не может быть замещен на атом металла, из этого делаем вывод, что фосфористая кислота является двухосновной несмотря на то, что в ней три водорода. 

фосфористая кислота

Ну и последнее по списку, но не по значению свойство кислот – это их сила.  Это свойство определяет химические свойства кислоты, ее возможность взаимодействовать с металлами, в частности. Силу кислородсодержащей кислоты можно определить с помощью упрощенного правила Полинга. То есть если кислота состава HxЭОy, то

y-x=0 или 1слабая кислотаH3PO4 y-x=4-3=1
HClO y-x=1-1=0
y-x=2 или 3сильная кислотаH2SO4 y-x=4-2=2
HMnO4 y-x=4-1=3

Но это правило не строгое и действует не для всех кислот, поэтому пользоваться им следует крайне осторожно. Напимер, HPO3 — у-х=2, но кислоту считают слабой, а к H2Cr2O7 правило вообще не применимо, а кислоту считают сильной.

В случае бескислородных кислот следует запомнить, что HCl, HBr, HI — сильные кислоты, а HF и H2S — слабые.

Классификация солей

Соли — это производные от кислот, в которых один или несколько водородов были замещены на атом металла (катион аммония). Т.е. соль состоит из катиона и кислотного остатка. Соли – это, пожалуй, самая разветвленная группа веществ из всех рассмотренных. 

Они делятся на:

-Средние соли

Na2HPO3, Na2CO3, NH4Cl, MgSO4, Fe(NO3)

Все водороды кислоты заменены на атомы металла (катионы аммония).

-Кислые соли

NaHSO4, KH2PO4, MgHPO4

Соли, в которых не все атомы водорода были замещены на катион.

-Основные соли

Al(OH)CO3, Na3(OH)SO4

 Если помимо металла и кислотного остатка есть еще и гидроксогруппа.

-Двойные соли

KNaCO3, KAl(SO4)4

Два металла, связанных с одним и тем же кислотным остатком.

— Смешанные соли

MgClBr, CaCl2O=Ca(ClO)Cl

Два аниона, но один катион металла.

Самыми сложными по строению можно назвать комплексные соли, верным признаком которых являются квадратные скобки, в которые берут комплексные остаток. И на их же примере мы можем увидеть в чем заключается амфотерность некоторых гидроксидов, например гидроксида алюминия. Он способен образовывать соли вида Na[Al(OH)4] при взаимодействии с избытком гидроксид-ионов в растворе.

Al(OH)3+NaOH -> Na[Al(OH)4]

В данном случае, частица, образованная гидроксидом алюминия, выступает в роли кислотного остатка. Комплексная часть такой соли состоит из центрального атома алюминия и лигандов – гидроксогрупп.

Комплексная частица также может быть и катионом, например, [Cu(NH3)4]Cl2. К комплексным солям можно отнести кристаллогидраты, кристаллизационная вода в которых может быть лигандом.

Тривиальные названия и правила номенклатуры

Теперь, когда мы разобрались с тем, как отличать соединения друг от друга, следует научиться их правильно называть. Все соединения в современной химии принято называть в соответствии с номенклатурой IUPAC. Однако кроме официальных названий существуют еще и так называемые тривиальные, то есть исторически устоявшиеся (как например NaCl – поваренная соль). Эти названия нужно просто учить, ведь зачастую никакой логике они не поддаются.

Оксиды

Здесь все довольно просто

ОКСИД +название элемента в родительном падеже,

если надо, то добавляем степень окисления элемента в конце в скобках римскими цифрами.

Пример: Na2O – оксид натрия

Fe2O3 – говорим: оксид железа трехвалентный, пишем: оксид железа (III) (в данном случае указываем валентность, так как оксид железа может быть и двухвалентный FeO)

SO2 – говорим: оксид серы четырехвалентный, пишем: оксид серы (IV).

Тривиальные названия для некоторых оксидов:

Al2O3 – боксит, глинозем

CO – угарный газ

CO2 – углекислый газ

N2O – веселящий газ

NO2 – бурый газ, лисий хвост

SiO2 – кремнезем, кварцевый песок

CaO – негашеная известь

MnO2 – пиролюзит

SO2 – сернистый газ

MgO – жженая магнезия

SO3 – серный ангидрид

Fe3O4 (FeO + Fe2O3) – железная окалина

Гидроксиды

С гидроксидами все так же, но только вместо слова оксид говорим гидроксид.

Гидроксид + Металл в родительном падеже

KOH – гидроксид калия

Al(OH)3 – гидроксид алюминия

Fe(OH)2 — гидроксид железа (II)

Нетривиальные названия гидроксидов:

KOH – едкое кали 

NaOH – едкий натр, каустическая сода

Ca(OH)2 – гашеная известь

Ca(OH)2 в прозрачном водном растворе – известковая вода

Ca(OH)2 взвесь твердого вещества в воде – известковое молоко

Кислоты

Бескислородные кислоты называют так: к названию атома на русском добавляют суффикс -о-, затем -водородная кислота. Таким образом у нас получится следующее:

HCl — хлороводородная кислота, H2S – сероводородная кислота.

В названиях оксокислот большую роль играют суффиксы и окончания, указывающие на то в какой степени окисления стоит элемент в кислотном остатке. 

Элемент в высшей или единственной степени окисления – -ная, -овая, -евая.

H2SO4 Cерная кислота, HNO3 азотная кислота,H2SiO3 кремниевая кислота. 

Элемент в промежуточной степени окисления +5 – окончание -новатая.

HClO3 Хлорноватая,HIO3 иодноватая.

Элемент в промежуточной степени окисления +3 и +4 – добавляем -истая.

H3PO3 Фосфористая,HNO2 азотистая.

Элемент в низшей положительной степени окисления +1 – -новатистая.

HClO Хлорноватистая, H3PO2 фосфорноватистая.

Но некоторые самые часто употребляемые кислоты обычно называют их тривиальными названиями. Так, например, хлороводородную кислоту редко кто называет полным именем, скорее вы встретите соляную кислоту. Фтороводородную чаще называют плавиковой. H2CO3 – угольная кислота.

Соли

Названия средних солей строятся по следующему принципу:

“название кислотного остатка” + “металл в родительном падеже” 

Na2CO3 – карбонат натрия

NH4Cl – хлорид аммония

Al2(SO4)3 – сульфат алюминия

В названия кислых солей перед кислотным остатком мы добавляем приставку гидро- и указатель числа атомов водорода в молекуле: ди- если два, три- если три и т.д.

гидро+кислотный остаток+металл в р.п.

MgHPO4 – гидрофосфат магния

NaH2PO4 – дигидрофосфат натрия

Основные соли называем по такому же принципу, но вместо приставки гидро- используем гидроксо- + указатель на число OH групп.

гидроксо+кислотный остаток+ металл в р.п.“

Al(OH)SO4 – гидроксосульфат алюминия

Mg(OH)Cl – гидроксохлорид магния

В двойных солях мы сначала называем кислотный остаток, а затем оба катиона в р.п. в порядке справа-налево.

(NH4)FePO4 – фосфат железа (II) аммония

KNaSO4 – сульфат натрия калия

Называя смешанные соли указывают анионы через дефис и затем катион и р.п.

CaOCl2 – хлорид-гипохлорит кальция

Если в названии кислоты, от которой образована соль, есть приставки мета- орто-, то они переносятся в название кислотного остатка (ортофосфорная кислота – ортофосфат). Кроме того, в названиях кислотных остатков добавляют приставки гипо-, если центральный атом в кислотном остатке стоит в низшей степени окисления и пер-, если в высшей. (HClO4 – ClO4 – перхлорат ион, HClO – ClO – гипохлоит ион)

Номенклатура комплексных солей достаточно сложная, со своими правилами и нюансами и требует отдельного рассмотрения.

Наибольшее количество тривиальных названий можно найти именно среди солей, ведь большинство минералов представляют собой неорганические соли, которые и называют так же, как и минерал, в состав которых они входят.

Na2CO3 – кальцинированая сода

NaHCO3 – пищевая сода 

NaCl – поваренная соль

K2CO3 – поташ

CaCO3 – мел, мрамор, известняк

NaNO3 – чилийская селитра

KAl(SO4)3 – алюмокалиевые квасцы

CuSO4*5H2O – медный купорос 

Na2SO4*10H2O – глауберова соль

KClO3 – бертолетова соль

(CuOH)2CO3 — малахит

K3[Fe(CN)6] – красная кровяная соль

K4[Fe(CN)6] – желтая кровяная соль

NH4Cl – нашатырь

И многие другие…