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 подгруппглавной 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.

Период     Ряд     Группа  
I II III IV V VI VII VIII
I H 1s1 He 1s2
II Li3 2s1 Be4 2s2 B5 2s22p1 C6 2s22p2 N7 2s22p3 O8 2s22p4 F9 2s22p5 Ne10 2s22p6
III Na11 3s1 Mg12 3s2 Al13 3s23p1 Si14 3s23p2 P15 3s23p3 S16 3s23p4 Cl17 3s23p5 Ar18 3s23p6
  IV K19 4s1 Ca20 4s2 Sc21 3d14s2 Ti22 3d24s2 V23 3d34s2 Cr24 3d54s1 Mn25 3d54s2 Fe26 3d64s2 Co27 3d74s2 Ni28 3d84s2
Cu29 4s13d10 Zn30 4s23d10 Ga31 4s24p1 Ge32 4s24p2 As33 4s24p3 Se34 4s24p4 Br35 4s24p5 Kr36 4s24p6
  V Rb37 5s1 Sr38 5s2 Y39 4d15s2 Zr40 4d25s2 Nb41 4d35s2 Mo42 4d55s1 Tc43 4d55s2 Ru44 4d75s1 Rh45 4d85s1 Pd46 4d105s0
Ag47 4d105s1 Cd48 4d305s2 In49 5s25p1 Sn50 5s25p2 Sb51 5s25p3 Te52 5s25p4 I53 5s25p5 Xe54 5s25p6
  VI Cs55 6s1 Ba56 6s2 La*57 5d16s2 Hf72 5d26s2 Ta73 5d36s2 W74 5d46s2 Re75 5d56s2 Os76 5d66s2 Ir77 5d76s2 Pt78 5d96s2
Au79 5d106s1 Hg80 5d106s2 Tl81 6s26p1 Ge82 6s26p2 Bi83 6s26p3 Po84 6s26p4 At85 6s26p5 Rn86 6s26p6
  VII Fr87 7s1 Ra88 7s2 Ac**89 6d17s2 Rf104 6d27s2 Db105 6d37s2 Sg106 6d47s2 Bh107 6d57s2 Hs108 6d67s2 Mt109 6d87s2 [ ] 110
[ ] 111 [ ] 112            

*Лантаноиды

Ce58 4f2 6s2 Pr59 4f3 6s2 Nd60 4f4 6s2 Pm61 4f5 6s2 Sm62 4f6 6s2 Eu63 4f7 6s2 Gd64 4f7 5d1 6s2 Tb65 4f9 6s2 Dy66 4f10 6s2 Ho67 4f11 6s2 Er68 4f12 6s2 Tm69 4f13 6s2 Yb70 4f14 6s2 Lu71 4f14 5d1 6s2

**Актиноиды

Th90 6d2 7s2 Pa91 5f2 6d1 7s2 U92 5f3 6d1 7s2 Np93 4f4 6d1 7s2 Pu94 5f6 7s2 Am95 5f7 7s2 Cm96 5f7 6d1 7s2 Bk97 5f8 6d1 7s2 Cf98 5f10 7s2 Es99 5f11 7s2 Fm100 5f12 7s2 Md101 5f13 7s2 No102 5f14 7s2 Lr103 5f14 6d1 7s2

 

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, C2O42-. 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-» - Sn по­ли­се­ра, Pn 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, Sn, N2, P4, Pn, B12.

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