Систематические и традиционные названия простых веществ.

Принципы химической номенклатуры – хими­чес­кие формулы (прос­тейшая, мо­ле­­ку­ляр­ная, графическая) и химические названия сое­ди­­не­ний (система­ти­чес­кое, тра­ди­ци­он­ное, специальное, тривиальное).

Классификация химических соединений по составу.

Классификация химических элементов.

Классификация химических элементов основана на положении эле­мен­тов в периодической системе Д.И. Менделеева, которое определяется характером электронного строения атомов химических элементов. Гра­фи­ческим отражением на плоскости периодической системы химических эле­мен­тов яв­ля­ются различные формы периодических таблиц – например, короткопериодная таблица 1.2. В соответст­вии с прин­ци­пом периодичности периодическая таблица сос­тоит из шести полных и седьмого незавершенного периодов, содержащих со­ответ­ст­вен­но – 2, 8, 8, 18, 18, 32 и 23 химических элементов. Первые три периода назы­вают малыми, а 4 – 7 – большими пе­риодами.

Распределение эле­мен­тов по периодам при­во­дит к формированию в пери­о­ди­чес­ких таблицах вер­ти­кальных столбцов, обра­зу­ющих восемь групп. Наличие раз­ного количества эле­ментов в малых и больших периодах приводит к фор­ми­ро­ванию в пределах каждой группы двух подгрупп – главной и побочной, для обоз­начения которых ис­пользуют буквы «А» и «В». Главные подгруппы на­чи­на­ются с элементов 2 пе­­риода, а побочные – с элементов 4 (первого большого) пе­риода. Особое место в периодических таблицах занимают IIIB и VIIIB под­груп­пы. В IIIB подгруппу, наряду со скандием, иттрием, лантаном и актинием, входят два семейства по четырнадцать элементов – лантаноидов и актиноидов. Восьмая группа также содержит «избыточное» количество (12) элементов по­боч­ной VIIIB подгруппы – по три элемента из каждого большого периода.

Таблица 2. Короткопериодная таблица периодической системы.

*Лантаноиды

**Актиноиды

Элементы главных подгрупп образуют семейство непереходных, а элементы по­бочных подгрупп – семейство переходных элементов. В зависимости от при­ро­ды внешних электронов (табл. 1.2.) непереходные элементы IA и IIA под­групп называют s-элементами, а элементы IIIA-VIIIA подгрупп – р-элемента­ми. Переходные элементы также подразделяются на два подсемейства: акти­но­и­ды и лантаноиды назвают f-элементами, а остальные элементы побочных под­групп – d-элементами. Поскольку в виде простых веществ все переходные элементы являются типичными металлами, то семейство переходных элементов и подсемейства d- и f-элементов часто называют – переходные металлы, d-металлы и f-металлы.

В каждой главной подгруппе элементы второго и третьего периода относятся к типичес­ким непереходным элементам, а элементы 4-7 периодов образуют под­семейство непереходных элементов, называемые по имени элемента чет­вер­того периода. Например, кислород и сера являются типическими элементами VIA подгруппы, а селен, теллур и полоний образуют подсемейство селена. Не­пе­реходные эле­мен­ты IA, IIA, VIA, VIIA и VIIIA подгрупп имеют специальные на­звания – щелочные металлы, щелочноземельные металлы, халькогены (рож­да­ющие руды), галогены (рождающие соли) и благородные газы соответствен­но.

Совокупность переходных d-элементов каждой из IB-VIIB подгруппы назы­ва­ют по име­­ни d-элемента четвертого периода: IB – подгруппа меди (Cu, Ag, Au), IIB – под­группа цинка (Zn, Cd, Hg), IIIB - подгруппа скандия (Sc, Y, La, Ac), IVB –под­группа титана (Ti, Zr, Hf, Rf), VB - подгруппа ванадия (V, Nb, Ta, Db), VIB – подгруппа хрома (Cr, Mo, W, Sg), VIIB – подгруппа марганца (Mn, Tc, Re, Bh). Переходные d-элементы VIIIB подгруппы образуют два подсе­мейст­ва: железа (Fe, Co, Ni) и платиновых металлов (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Пример. Классифицируйте следующие химические элементы: Ba, Si, Te, Mo, Rh, Tb, Np.

Решение. Ba – непереходный s-элемент второй группы и шестого периода, под­группа ще­лочноземельных металлов, подсемейство кальция;

Si – непереходный р-элемент четвертой группы и третьего периода, типический элемент IVA подгруппы;

Te – непереходный р-элемент шестой группы и пятого периода, подгруппа халь­ко­генов, подсемейство селена;

Mo – переходный d-элемент шестой группы и пятого периода, подгруппа хрома;

Rh – переходный d-элемент восьмой группы и пятого периода, семейство пла­ти­но­вых металлов;

Tb – переходный f-элемент третьей группы и шестого периода, семейство ланта­но­идов;

Np – переходный f-элемент третьей группы и седьмого периода, семейство ак­ти­ноидов.

Упражнения:

4. Какие химические элементы VII группы относятся: к переходным и не­­пе­реходным элементам и как называются подгруппы непере­ход­ных и переходных элементов? Как называют совокупность сле­дую­щих элементов VIIА подгруппы: фтор, хлор, бром, иод, астат.

5. Классифицируйте следующие химические элементы: Rb, Y, Ta, Be, Sg, In, Ni, C, Pd, As, Sm, O, Am, I, Ne.

Химическое соединение – совокупность химических структурных эле­мен­тов (атомов или ионов), объединенных химическим взаимо­дейст­ви­ем, называемым химической связью. Химическая связь – взаимодействие между химическими структурными элементами вещества, сопровождающееся изменением в их электронном строении в результате обобществления элект­ро­нов и приводящее к понижению энергии системы.

В зависимости от состава химические соединения подразделяют на простые исложные.

 

 

Схема 1. Простые и сложные химические соединения.

 

Аллотропия – это способность химических элементов образовывать нес­­колько раз­ных простых веществ, отличающихся по своим свойствам. Явление ал­ло­тропии мо­жет быть обусловлено либо различным составом моле­кул прос­того ве­щества данного элемента (аллотропия состава), либо спо­собом раз­ме­ще­ния молекул или атомов в крис­таллической решетке (алло­тро­пия фор­мы). Например, се­лен в виде твердого при нор­мальных условиях прос­то­го ве­щества существует в виде: красного селена, в узлах кристаллической ко­то­ро­го на­ходятся циклические мо­лекулы Se_¥, серого селена - крис­тал­лы об­ра­зо­ваны зигзагообразными цепями Se_¥, и красно-коричневой стек­ло­видной мо­ди­фикации, образованной неупорядоченно рас­по­ложенными молекулами Se_¥ раз­ной длины. Красный и серый селен являются при­ме­рами аллотропных моди­фикаций состава, а красный и красно-коричневый се­лен – примерами аллотроп­ных мо­дификаций формы. Аллотропия – частный случай явле­ния полиморфиз­ма. Спо­соб­ность элемента к образованию аллотропных моди­фи­каций свя­зана с электронным стро­е­нием атома.

Химические соединения, содержащие атомы или ионы двух химических эле­ментов называются бинарными (CS₂, NaCl, SiCl₄), а более двух химических эле­мен­тов - многоэлементными (Na₂SO₄, SeO₂F₂, K₃[Fe(CN)₆]).

 

 

Упражнения:

6. Какие химические соединения называются простыми, сложными?

7. Привести примеры аллотропных модификаций состава и формы для кис­­ло­ро­да и серы как простых ве­ществ.

8. Что такое бинарные химические соединения? Приведите примеры бинар­ных хи­­ми­ческих соединений щелочноземельных металлов с галоге­на­ми, халь­­когенами, азо­том, фосфором, водородом.

9. Какие из следующих соединений серы относятся к простым, сложным би­нарным и сложным многоэлементным соединениям: (SO₃)₃, S₈, SO₂Cl₂, FeS₂, Na₂SO₄?

 

Химическая номенклатура - это язык химии, который включает в себя фор­­мулы хи­ми­ческих соединений, отображающих состав веществ с по­мощью сим­волов хими­чес­ких элементов, числовых индексов и других зна­ков, и названия соединений – изобра­же­ние состава веществ с помощью сло­ва или группы слов. Пере­ход от химических фор­мул к названиям и наоборот оп­ре­деляется системой номен­к­ла­тур­ных правил. Современная номенклатура раз­работана Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC). В основу номенклатуры поло­жен состав хи­ми­ческих сое­ди­нений.

По номенклатурным правилам каждое вещество в соответ­ст­вии с его фор­му­лой по­лу­чает систематическое название, полностью отражающее его состав (N₂ – диазот, Hg₂Cl₂ – дихлорид диртути). Для ограниченного числа рас­про­ст­ра­нен­ных кислот и их солей правила ИЮПАК рекомендуют использование тра­диционных названий (H₂SO₄ – серная кислота, Na₂SO₄ – сульфат натрия), хотя они не дают точного пред­с­тав­ления о составе и требуют запоминания. По пра­ви­лам ИЮПАК допускается ис­пользование небольшого числа специальных ис­торически сло­жившихся названий – например, вода H₂O, аммиак NH₃, ам­мо­ний NH₄⁺, гидразин N₂H₄. В технической ли­те­ра­туре иногда применяют три­ви­аль­ные названия: соляная кис­ло­та HCl, сода Na₂CO₃, мед­ный купорос CuSO₄×5H₂O, нашатырь NH₄Cl.

В химической практике в основном используется три типа формул химичес­ких со­е­ди­­не­­ний – простейшая (эмпирическая), молекулярная и графическая (струк­турно-графическая). Простейшая формула отражает минимальное соотношение между ато­мами химичес­ких элементов в соединении: S для всех аллотропных моди­фи­ка­ций серы как прос­то­го вещества, CH для бен­зо­ла и т.д. Моле­ку­ляр­ная фор­му­ла отображает истинный сос­тав молекул или сложных ионов: S₂, S₈, S_¥, C₆H₆, C₂O₄^2-. Графическая формула, наря­ду с истинным составом, отображает распо­ло­­же­ние атомов химических элементов в соединении и кратность химических свя­зей между ними. Каждая двухцентровая двух­электронная химическая связь меж­ду атомами изо­бра­жается отдельной «чер­точ­кой», а делокализованные меж­ду несколькими атома связи – кривой, охватывающей эти ато­мы:

Для отображения состава и структуры соединений в молекулярных фор­му­лах сое­ди­не­ний, наряду с символами химических элементов, используются: чис­ловые ин­дек­сы; круглые, фи­гур­ные и квадратные скобки; математические символы «×» или «´»; бук­вы греческого алфавита; буквенные обозначения типа кристаллической решетки (куб. – кубическая, тетр. – тетрагональная, монокл. – мо­ноклинная, гекс. – гек­са­го­наль­ная, триг. – тригональная, трикл. – триклин­ная): NH₄, NH₄⁺, (NH₄)₂SO₄, [Co(NH₃)₆]Cl₃, Na₂SO₄×5H₂O, Na₂SO₄´5H₂O, a-Pb, S_(ромб).

Упражнения:

10. В одинаковой ли мере обоснована запись графических формул для со­­е­ди­не­ний с молекулярной и ионной структурой?

11. Приведите простейшие, молекулярные и графические формулы сле­ду­ю­щих хими­ческих соединений: аммиак, пероксид водорода, азот, белый фосфор, озон, гелий.

12. Приведите по три примера формул химических соединений использующих, на­ря­ду с сим­волами химических элементов, другие обозначения: числовые ин­­дексы, круг­­лые и квадратные скобки, математический символ «×» или «´», бук­вы гречес­ко­го ал­фавита.

Систематические названия простых веществ образуются из названия хими­чес­кого эле­мента с указанием с помощью числовых приставок (2 - ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пен­та, 6 – гекса, 7 – гепта, 8 – окта, 9 – нона, 10 – дека, 11 – ундека, 12 – додека) числа ато­мов в молекуле: H₂ ди­во­до­род, О₃ трикислород, Р₄ тет­ра­фосфор, S₈ октасера, B₁₂ до­декабор. Неопре­де­лен­ное чис­ло атомов обозначается приставкой «поли-» - S_n по­ли­се­ра, P_n поли­фос­фор. Для обозначения твердых аллот­роп­ных модификаций простых веществ допускается использование греческих букв a, b, g, d и т.д., начиная с наибо­лее низ­котем­пе­ратурной модификации: a-Sn – альфа-олово, b-Sn – бета олово, g-Sn – гамма-олово. Вместо греческих букв для твердых ал­ло­тропных модификаций может быть использовано буквенное обозначение типа крис­таллической ре­шет­ки: b-Sn, или Sn_(гекс.) – бета-олово, или олово гексагональное. Аморфное состоя­ние твер­дых прос­тых веществ указывают буквенным обозначением «ам.»: C_(ам.).

Для ограниченного круга простых веществ допускается использование тра­ди­цион­ных названий: Н₂, Hal₂, О₂, N₂ - молекулярный водород, галоген (фтор, хлор и т.д.), кислород, азот; О₃ озон; S₈ кристаллическая сера; P₄ белый фосфор и др.

Упражнения:

13. Приведите систематическое и традиционное название простых ве­ществ: Ne, Cl₂, O₂, S₂, S₈, S_n, N₂, P₄, P_n, B₁₂.

14. На примере серы продемонстрируйте указание в названии и фор­му­ле прос­тых ве­ществ существование их в различных аллотропных модифи­ка­циях фор­мы.