Основные классы и номенклатура неорганических соединений

По функциональным признакам неорганические соединения подразделяются на классы в зависимости от характерных свойств, проявляемых ими в химических реакциях. Существует четыре класса неорганических соединений: оксиды, основания, кислоты и соли.6

Оксиды – это соединения элементов с кислородом, в которых кислород проявляет степень окисления .7 По химическим свойствам оксиды подразделяют на несолеобразующие (безразличные) и солеобразующие. Последние в свою очередь делят на основные, кислотные и амфотерные.

Основныминазываются оксиды,которые образуют соли при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами :

Кислотными оксидаминазываются оксиды, образующие соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами:

Присоединяя прямо или косвенно воду, кислотные оксиды образуют кислоты:

Поскольку кислотные оксиды могут быть получены и обратным путём – за счёт выделения воды из кислот, то их также называют ангидридами кислот.

Амфотерными называются оксиды,которые образуют соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями. К амфотерным оксидам относятся, например, и т.д.:

Несолеобразующие оксиды(их немного) не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями. К ним относятся: – оксид азота 8, – оксид азота , – оксид углерода и др.

Структурные формулы оксидов и других соединений играют важную роль в понимании структурных и химических свойств соединений, поэтому необходимо научиться правильно составлять их. При изображении графических формул следует пользоваться понятием «валентность» или «степень окисления», причём каждой «единице» валентности или степени окисления соответствует валентный штрих: , , . Это означает, что речь идёт о кремнии , магнии , азоте .

Другой принцип построения графических формул заключается в том, что в большинстве молекул оксидов атомы элементов, если их больше одного, соединяются через кислород:

Кислоты –это сложные вещества,содержащие атомы водорода, которые могут замещаться атомами металла. Общая формула кислот:

где – кислотный остаток (от английского слова - кислота); – число атомов водорода, равное валентности кислотного остатка.

Примеры кислот:

Классификацию кислот производят:

а) по основности, т.е. по числу атомов водорода, которые в молекуле кислоты могут замещаться атомами металла.

По основности кислоты делятся на:

-одноосновные ( и др.);

- двухосновные ( и др.) и т.д.

Кислоты, молекулы которых содержат два и более атомов водорода, называются многоосновными;

б) по содержанию атомов кислорода в молекуле кислоты делятся на:

- бескислородные ( и др.);

- кислородсодержащие ( и др.).

Таблица 1.1 – Основные классы неорганических веществ

Кислородсодержащие кислоты называются оксокислотами.Они являются гидратами кислотных оксидов, т.е. продуктами соединения кислотных оксидов с водой.

Например:

Графические формулы молекул кислот строят следующим образом. Если в эмпирической формуле кислоты в кислотном остатке содержится два центральных атома, то они соединяются через кислород: Атомы водорода присоединяются к центральному атому через кислород, а остающиеся атомы присоединяются к центральному атому двумя валентными штрихами. Если центральных атомов два, то атомы водорода и кислорода делятся между ними поровну:

Основания–это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металла и одной или нескольких гидроксильных групп . Общая формула оснований , где - число гидроксильных групп, равное валентности металла.

Примеры оснований: .

Классификацию оснований проводят:

а) по числу гидроксильных групп в молекуле. Количество гидроксильных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и определяет кислотность основания.По этому признаку основания делятся на однокислотные ( и др.), двукислотные ( и др.) и т.д.

Двух- и трёхкислотные основания называются многокислотными;

б) по растворимости в воде основания делятся на:

- растворимые ( );

- нерастворимые ( и др.). Растворимые в воде основания называются щелочами.

Среди оснований выделяют такжеамфотерные гидроксиды -сложные вещества, которые имеют свойства кислот и свойства оснований.

Примеры амфотерных гидроксидов:

Для удобства амфотерным гидроксидам можно придать форму либо кислоты, либо основания, например, и и

. Традиционно их называют и как кислоты, и как основания: гидроксид оксоалюминия или метаалюминиевая кислота; или - тригидроксид алюминия или ортоалюминиевая кислота. Графическое изображение амфотерных гидроксидов строятся по аналогии с основными гидроксидами и кислотами:

Соли– это сложные вещества, которые являются продуктами замещения атомов водорода в молекулах кислот атомами металла или продуктами замещения гидроксильных групп в молекулах оснований кислотными остатками.

Например:

;

Состав нормальных (средних) солей выражается общей формулой:

где – число атомов металла; – число кислотных остатков.

Соли делятся на три типа: нормальные (средние), кислые и основные.

Нормальные (средние) соли – это продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла или продуктами полного замещения гидроксильных групп в молекуле основания кислотными остатаками.

Кислые соли – это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах многоосновных кислот атомами металла.

Например:

Двухосновная кислота с любым металлом образует одну нормальную соль и одну кислую соль.

Трёхосновная кислота с любым металлом образует нормальную соль и две кислые соли.

Названия кислых солей состоят из приставки «гидро-» или «дигидро-» и в круглых скобках указывается валентность металла. Например: – гидрокарбанат натрия, – гидрофосфат калия, – гидрофосфат железа .

Приставка «дигидро-» используется, если в молекуле кислой соли с одним кислотным остатком связаны два атома водорода.

Например: - дигидрофосфат калия.

Основные соли – это продукты неполного замещения гидроксильных групп в молекулах многокислотных оснований кислотными остатками. Примеры основных солей: гидроксохлорид кальция; гидроксосульфат кальция; гидроксодинитрат железа .

Молекулы основных солей содержат гидроксильные группы (сокращенное название гидроксильной группы – «гидроксо-»), поэтому в их названиях содержится эта приставка.

Приставка «дигидроксо-» используется, если в молекуле основной соли с одним атомом металла связаны две гидроксильные группы.

Например: дигидроксонитрат железа .

В графических формулах солей должны сохраняться графические формулы кислотных и основных остатков. Если кислотный остаток произведён от кислородной кислоты, то атом металла присоединяется к кислотному остатку через кислород. Например:

Кислые соли

Основные соли

Систематическое название неорганического соединениячитается справа налево по изображённой формуле, записанной по определённым правилам, согласно которым на первое место всегда ставится электроположительная (катион), а на второе – электроотрицательная (анион) составляющие.

Бинарные (двухэлементные) соединения–соединения элементов с кислородом (оксиды), галогенами (галиды), серой (сульфиды), азотом (нитриды), фосфором (фосфиды), углеродом (карбиды), соединения металлов с водородом (гидриды). Названия бинарных соединений образуются из названия более электроотрицательного элемента с окончанием «ид» и русского названия менее электроотрицательного элемента. Например: оксид алюминия, а с другой стороны фторид кислорода, так как фтор более электроотрицательный элемент, чем кислород; хлорид натрия, карбид кальция и т. д. Если менее электроотрицательный элемент может находиться в различных состояниях окисления, то в скобках указывают римскими цифрами его степень окисления: – оксид углерода , - оксид углерода , – хлорид железа .

Вместо степени окисления менее электроотрицательного атома в названии бинарного соединения можно указывать греческими числами (моно – один, ди – два, три – три, тетра – четыре, пента – пять, гекса – шесть и т.д.) число атомов более электроотрицательного элемента, входящих в состав соединения: СО – монооксид углерода, СО₂ – диоксид углерода, FeCl₃ – трихлорид железа, – гексофторид серы.

В соединениях металлов друг с другом (интерметаллидах) символы элементов указываются в алфавитном порядке:

Количество одинаковых атомов или атомных групп в формуле указывается арабскими цифрами в виде правого нижнего индекса в круглых или квадратных скобках9

В кристаллогидратах число молекул воды указывается арабскими цифрами:

Одноатомные катионыназывают по русскому названию элемента в родительном падеже с указанием степени окисления в скобках в виде арабской или римской цифры: - катион золота , - катион золота , - катион фоcфора .

Указание степени окисления опускают, если возможен только один катион: - катион калия, -катион бария.

Сложные катионы,образованные присоединением протона к нейтральной молекуле, называются с прибавлением окончания «-оний» или «-ий»: катион оксония (оксоний), катион аммония (аммоний).

Сложные катионы многозарядных ионов металлов, содержащие кислород, называются с прибавлением окончания «-ил» к корню русского названия элемента: уранил, молебденил, ванадил.

Анионы,состоящие из одного атома или нескольких одинаковых атомов, называют по элементу с окончанием «-ид»:

оксид, арсенид, антимонид, силицид, пероксид, азид.

Некоторые многоатомные анионы имеют собственное название: гидроксид, азид, цианид, ацетиленид.

Сложные гетероатомные анионыэлементов в высшей степени окисления оканчиваются на «-ат» ( сульфат, нитрат, фосфат); окончание «-ит» указывает на более низкую степень окисления ( сульфит, нитрит, арсенит).

Название соли начинается с аниона в именительном падеже с соответствующим окончанием («-ид», «-ат», «-ит») и катиона в родительном падеже ( хлорид натрия, сульфат магния, нитрит натрия).

[1] Индекс начальная буква слова - относительный.

[2] Основность кислоты определяется числом атомов водорода, входящих в её состав.

[3] Кислотность основания определяется числом гидроксильных групп (ОН), входящих в его состав.

4 Нормальные условия (н.у): .

5 Стандартные условия: .

6 При чтении этого раздела внимательно изучите таблицу 1.1, в которой указаны важнейшие классы неорганических соединений и их взаимосвязи.

7 С чем связано такое определение? Оказывается существуют соединения элементов с кислородом, которые по своему составу относятся к классу оксидов, но по своему строению и свойствам принадлежат к классу солей. Это так называемые пероксиды – соли пероксида водорода H₂O₂, например, Na₂O₂, BaO₂. Характерной особенностью строения этих соединений является наличие в их структуре двух связанных между собой атомов кислорода: – O – O –. Другой пример, это немногочисленные соединения типа OF₂. Каждый из указанных соединений проявляет свойства, отличающие их от оксидов. Так, пероксид натрия Na₂O₂ при действии на него кислоты образует H₂O₂, а не воду, OF₂ при взаимодействии с кислотами и щелочами выделяет кислород.