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	O₃ – трикислород
Hg – (моно) ртуть	P₄ – тетрафосфор
O₂ – дикислород	S₈ – октасера

РИСУНОК – Классификация неорганических соединений
Используют следующие числовые приставки:

1 – моно	5 – пента	9 – нона
2 – ди (би)	6 – гекса	10 – дека
3 – три	7 – гепта	11 – ундека
4 – тетра	8 – окта	12 – додека

Неопределённое число указывается числовой приставкой n - поли.

Для некоторых простых веществ используют также специальные названия, такие, как O₃ – 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⁺ - реальный катион, SO₄^2- - реальный анион) и PCl₃ (здесь P³⁺ - условный катион, Cl^- - условный 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)	PCl₃ – трихлорид фосфора
LaCl₃ – 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 распространённых моногоэлементных катионов и анионов применяют следующие специальные названия:

катионы	анионы
H₂F⁺ - фтороний	C₂^2- - ацетиленид
H₃O⁺ - оксоний	CN^- - цианид
H₃S⁺ - сульфоний	CNO^- - фульминат
NH₄⁺ - аммоний	HF₂^- - гидродифторид
N₂H₅⁺ - гидразиний (1+)	HO₂^- - гидропероксид
N₂H₆⁺ - гидразиний (2+)	HS^- - гидросульфид
NH₃OH⁺ - гидроксиламиний	N₃^- - азид
NO⁺ - нитрозил	NCS^- - тиоцианат
NO₂⁺ - нитроил	O₂^2- - пероксид
O₂⁺ - диоксигенил	O₂^- - надпероксид
PH₄⁺ - фосфоний	O₃^- - озонид
VO²⁺ - ванадил	OCN^- - цианат
UO₂²⁺ - уранил	OH^- - гидроксид

Для небольшого числа хорошо известных веществ также используют специальные названия:

AsH₃ – арсин	HN₃ – азидоводород
B₂H₆ – диборан	H₂O – вода
B₄H₁₀ – тетраборан (10)	H₂S – сероводород
HCN – циановодород	NH₃ – аммиак
HBr – бромоводород	N₂H₄ – гидразин
HCl – хлороводород	NH₂OH – гидроксиламин
HF – фтороводород	PH₃ – фосфин
HI – иодоводород	SiH₄ - силан

1.1. 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. Форма гидроксидов E(OH)_n называется орто-формой; при n>2 гидроксид может находиться также в мета-форме, включающей кроме атомов E и групп OH ещё атомы кислорода O, например E(OH)₃ и EO(OH), E(OH)₄ и EO(OH)₂, E(OH)₆ и EO₂(OH)₂.

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, HNO₃, H₂CO₃, 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 (+3) 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);

HIO₃ – 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
HAsO₂	- метамышьяковистая	AsO₂^-	- метаарсенит
H₃AsO₃	- ортомышьяковистая	AsO₃^3-	- ортоарсенит
H₃AsO₄	- ортомышьяковая	AsO₄^3-	- ортоарсенат
-		B₄O₇^2-	- тетраборат
-		BiO₃^-	- висмутат
HBrO	- бромноватистая	BrO^-	- гипобромит
HBrO₃	- бромноватая	BrO₃^-	- бромат
H₂CO₃	- угольная	CO₃^2-	- карбонат
		HCO₃^-	- гидрокарбонат
HClO	- хлорноватистая	ClO^-	- гипохлорит
HClO₂	- хлористая	ClO₂^-	- хлорит
HClO₃	- хлорноватая	ClO₃^-	- хлорат
HClO₄	- хлорная	ClO₄^-	- перхлорат
H₂CrO₄	- хромовая	CrO₄^2-	- хромат
		HCrO₄^-	- гидрохромат
H₂Cr₂O₇	- дихромовая	Cr₂O₇^2-	- дихромат
-		FeO₄^2-	- феррат
HIO₃	- иодноватая	IO₃^-	- иодат
HIO₄	- метаиодная	IO₄^-	- периодат
H₅IO₆	- ортоиодная	IO₆^5-	- ортопериодат
HMnO₄	- марганцовая	MnO₄^-	- перманганат
-		MnO₄^2-	- манганат
-		MoO₄^2-	- молибдат
HNO₂	- азотистая	NO₂^-	- нитрит
HNO₃	- азотная	NO₃^-	- нитрат
HPO₃	- метафосфорная	PO₃^-	- метафосфат
H₃PO₄	- ортофосфорная	PO₄^3-	- ортофосфат
		HPO₄^2-	- гидроортофосфат
		H₂PO₄^-	- дигидроортофосфат
H₄P₂O₇	- дифосфорная	P₂O₇^4-	- дифосфат
-		ReO₄^-	- перренат
-		SO₃^2-	- сульфит
		HSO₃^-	- гидросульфит
H₂SO₄	- серная	SO₄^2-	- сульфат
		HSO₄^-	- гидросульфат
H₂S₂O₇	- дисерная	S₂O₇^2-	- дисульфат
H₂SO₃S	- тиосерная	SO₃S^2-	- тиосульфат
H₂SeO₃	- селенистая	SeO₃^2-	- селенит
H₂SeO₄	- селеновая	SeO₄^2-	- селенат
H₂SiO₃	- метакремниевая	SiO₃^2-	- метасиликат
H₄SiO₄	- ортокремниевая	SiO₄^4-	- ортосиликат
H₂TeO₃	- теллуристая	TeO₃^2-	- теллурит
H₂TeO₄	- метателлуровая	TeO₄^2-	- метателлурит
H₆TeO₆	- ортотеллуровая	TeO₆^6-	- ортотеллурит
-		VO₃^-	- метаванадат
-		VO₄^3-	- ортованадат
-		WO₄^2-	- вольфрамат

Менее распространённые кислотные гидроксиды называют по номенклатурным правилам для комплексных соединений, например:

H₄I₂O₉ – нонаоксодииодат (VII) водорода

H₂XeO₄ – тетраоксоксенонат (VI) водорода

H₂(PHO₃) – триоксогидрофосфат (III) водорода.

То же относится и к собственным названиям малоизвестных кислотных остатков:

IO₄^2-	- тетраоксомолибдат (2-)	SO₂^2-	- диоксосульфат (2-)
MoO₃^2-	- триоксомолибдат (IV)	TeO₅^2-	- пентаоксодителлурат (IV)
PoO₃^2-	- триоксополонат (IV)	XeO₆^4-	- гексаоксоксенонат (VIII)

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 3 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)₃	- 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:

Ca₃(PO₄)₂ - ортофосфат кальция

Ca(H₂PO₄)₂ - дигидроортофосфат кальция

CaHPO₄ - гидроортофосфат кальция

CuCO₃ - карбонат меди (II)

Cu₂CO₃(OH)₂ - дигидроксид-карбонат димеди

La(NO₃)₃ - нитрат лантана (III)

Ti(NO₃)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(CO₃)₂ – карбонат магния-кальция.

1.2. Кислотные и основные оксиды

Оксиды E_xO_y – продукты полной дегидратации гидроксидов. Кислотным гидроксидам (H₂SO₄, H₂CO₃) отвечают кислотные оксиды (SO₃, 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:

SO₃	- триоксид серы	Na₂O	- оксид натрия
N₂O₅	- пентаоксид диазота	La₂O₃	- 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 = 2NaNO₃ + H₂O

3CaO + 2 H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O

La₂O₃ + 3SO₃ = La₂(SO₄)₃.

1.3. 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)₃ + 3SO₃ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

(б) 2Al(OH)₃ + Na₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + 3H₂O

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 (Al³⁺), 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)
Al₂O₃	- оксид алюминия	Fe₂O₃	- 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)₃	- гидроксид алюминия	Fe(OH)₃	- 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.

1.4. Бинарные соединения

К бинарным соединениям относятся, в первую очередь, все двухэлементные соединения (H₂O, KBr, H₂S, Cs₂(S₂), N₂O, NH₃, HN₃, 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, IO₂F₃, SBrO₂F, CrO(O₂)₂, PSI₃, (CaTi)O₃, (FeCu)S₂, Hg(CN)₂, (PF₃)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: