ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)

Кафедра неорганической химии

В.И. Башмаков, С.А. Симанова, Н.М. Бурмистрова

КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

УДК 54(076)

Башмаков В.И. Классы неорганических соединений: учебное пособие/ В.И. Башмаков, С.А. Симанова, Н.М. Бурмистрова. – СПбГТИ(ТУ), 2007. – 36 с.

В учебном пособии рассматриваются основные классы неорганических соединений, их формулы и названия в соответствии с современной номенклатурой.

Предназначены для студентов I-ого курса химико-технологических специальностей СПбГТИ(ТУ) и соответствует рабочей программе по дисциплине «Общая и неорганическая химия».

Рецензенты:

1 СПбГУНиПТ. Кафедра общей, неорганической и аналитической химии, канд. хим. наук, проф.

В.В. Кириллов

2 И.А.Шошина, канд. хим. наук, доцент кафедры технологии электрохимических производств СПбГТИ(ТУ)

Утверждено на заседании методической комиссии химического отделения СПбГТИ(ТУ) 02.05.2007 г

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ)

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время известно несколько сотен тысяч неорганических веществ. Для ориентации в таком многообразии веществ, их подразделяют на классы и группы. В основе классификации лежат состав и свойства соединений. Для составления их названий принят свод правил, которые представляют собой химическую номенклатуру. Различают традиционную номенклатуру, которая основана на исторически сложившимся химическом языке данной страны, и рациональную номенклатуру, которая базируется на правилах Международного Союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), адаптированных к русскому языку. По этим правилам получают так называемые систематические названия веществ, которые отражают состав каждого из них. И традиционная и рациональная номенклатуры позволяют каждому веществу дать определённое, присущее только ему, название.

Освоение основных правил современной номенклатуры неорганических соединений – одна из задач курса неорганической химии. Кроме того, будущий химик-специалист должен легко ориентироваться в многообразии неорганических веществ, уметь правильно относить вещество к определённому классу и группе, а также предсказывать его важнейшие химические свойства.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Химическим элементом называют совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Все химические элементы по их свойствам, т. е. свойствам свободных атомов и свойствам образуемых элементами простых и сложных веществ, делят на металлические и неметаллические. К неметаллам относят водород и элементы главных подгрупп, расположенные в Периодической таблице на диагонали B – Si – As – Te – Atи правее этой диагонали. Остальные элементы считаются металлами.

Не следует путать понятия «химический элемент» и «простое вещество». В своё время Д. И. Менделеев очень удачно определил химические элементы как «материальные части простых и сложных тел, которые придают им известную совокупность физических и химических свойств». Таким образом, элемент это не вещество, а определённый вид атомов, которые могут образовывать простое вещество, состоящее из атомов одного вида, или сложное вещество, состоящее из атомов разных элементов.

Пример

Элемент натрий входит в состав простого вещества натрий Na. Это вещество может находиться в твердом состоянии в виде металла, в котором атомы расположены в узлах кристаллической решётки; в жидком натрии сохраняется ближний порядок атомов, отвечающий твёрдому состоянию. В газообразном состоянии (при температурах выше 886^оС) находится в виде некоторого числа несвязанных между собой атомов натрия и двухатомных молекул Na₂. Кроме того, элемент натрий в виде ионов Na⁺ входит как составная часть во многие сложные вещества, включающие атомы других элементов; так, сульфат натрия Na₂SO₄ состоит из атомов натрия Na, серы S и кислорода O.

У каждого элемента есть свой символ из одной или двух букв соответствующих их латинскому названию. Например, «водород» – Н (Hydrogenium), «натрий» – Na (Natrium), «железо» – Fe (Ferrum), «фосфор» – P (Phosphorus), «мышьяк» – As (Arsenicum). Следует отметить, что русские названия элементов не всегда совпадают с латинскими.

Формами существования химических элементов в свободном виде являются простые вещества, которые, как и элементы подразделяют на металлы и неметаллы. Характерные особенности металлов: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, обусловленные наличием свободных, несвязанных с определёнными атомами электронов; способность образовывать положительно заряженные ионы при химических взаимодействиях.

При составлении названий простых веществ обычно применяют русские названия элементов:

фтор – F₂ хлор – Cl₂ аргон – Ar

кислород – O₂ азот – N₂ водород – Н₂

Как видно из примеров, формула простого вещества изображается символом соответствующего элемента с указанием в подстрочном индексе числа его атомов в молекуле. Поскольку металлы и некоторые неметаллы имеют кристаллические решетки, объединяющие бесконечно большое число атомов, то в формулах их простых веществ указывается только символ элемента:

натрий – Na железо – Fe золото – Au

уран – U бор – В кремний – Si

Многие химические элементы существуют в виде нескольких простых веществ, которые могут отличаться числом атомов в молекулах, типом кристаллической решётки или другими свойствами. Это явление называется аллотропией. Аллотропные модификации могут отражаться не только в обозначениях веществ, но и в их специальных названиях:

графит – C_гр алмаз – С_ал озон – O₃ белый фосфор – P₄ сера ромбическая – S₈

В ряде случаев, когда важно точно и однозначно указать вещество, используются систематические названия. Например, словом «кислород» обозначают и название химического элемента (О) и простого вещества – молекулярного кислорода (О₂). Чтобы избежать путаницы, рекомендуется использовать систематические названия веществ. Систематическое название вещества складывается из названия элемента и числовой приставки, указывающей число атомов элемента в молекуле (см. таблицу 1):

О₂ – дикислород О₃ – трикислород N₂ – диазот

Р₄ – тетрафосфор S₈ – октасера

Таблица 1Числовые приставки

Число атомов	Приставка	Число атомов	Приставка
	моно-		гепта-
	ди-		окта-
	три-		нона-
	тетра-		дека-
	пента-		ундека-
	гекса-		додека-

2 СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Сложное вещество – это вещество, состоящее из атомов различных химических элементов. Как и простые вещества, сложные вещества могут существовать в виде молекул определенного состава, так и кристаллических структур, образованных атомами и ионами. Для каждого сложного вещества существует своя химическая формула, представляющая собою набор символов элементов, численных индексов и других символов. Различают эмпирические, графические и структурные формулы. Эмпирическая формула отражает качественный и количественный состав вещества, в графической формуле с помощью валентных штрихов указывается также последовательность соединения атомов и число химических связей между атомами. В структурных формулах показывается расположение атомов в пространстве.