Важнейшие классы и номенклатура неорганических веществ

Все вещества делятся на простые (элементарные) и сложные. Простые веще­ства состоят из одного элемента, в состав сложных входит два или более элемен­тов. Простые вещества, в свою очередь, разделяются на металлы и неметаллы.

Металлы отличаются характерным «металлическим» блеском, ковкостью, тя­гучестью, могут прокатываться в листы или вытягиваться в проволоку, облада­ют хорошей теплопроводностью и электрической проводимостью. При комнат­ной температуре все металлы (кроме ртути) находятся в твердом состоянии.

Неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, хрупки, очень плохо проводят теплоту и электричество. Некоторые из них при обычных усло­виях газообразны.

Сложные вещества делят на органические, неорганические и элементоорганические. Неорганическая химия охватывает химию всех эле­ментов периодической системы. Свойства органических соединений существенно отличаются от свойств неорганических, а элементоорганические соединения, с учетом их специфики, занимают промежуточное положение. С классификацией органических и элементоорганических соединений удобнее познакомиться при изучении соответствующих разделов химии, посвященных этим соединениям.

Неорганические вещества разделяются на классы либо по составу (двухэле­ментные, или бинарные, соединения и многоэлементные соединения; кислород­содержащие, азотсодержащие и т. п.), либо по химическим свойствам, т. е. по функциям (кислотно-основным, окислительно-восстановительным и т. д.), кото­рые эти вещества осуществляют в химических реакциях, — по их функциональ­ным признакам.

К важнейшим бинарным соединениям относятся любые соединения только двух различных элементов. Например, бинарными соединениями азота и кисло­рода являются: N₂0, N0, N₂0₃, N0₂, N₂0₅; бинарные соединения меди и серы: Cu₂S, CuS, CuS₂. В формулах бинарных соединений металлы всегда предше­ствуют неметаллам: SnCi₂, Al₃N. Если бинарное соединение образовано двумя неметаллами, то на первом месте ставится символ того элемента, который рас­полагается левее в следующей последовательности:

B, Si, C, As, P, H, Te, Se, S, I, Br, Cl, N, O, F

Например CBr₄, H₂O, SF₆. Если бинарное соединение состоит из двух ме­таллов, то первым указывается металл, располагающийся в большом периоде раньше (от начала периода). Если оба металла находятся в одной группе, то первым указывается элемент с большим порядковым номером. Например CuZn, AuCu₃.

Бинарные соединения подразделяются на классы в зависимости от типа не­металла (табл.), а остальные бинарные соединения относят к соединениям между металлами — интерметаллидам.

Таблица. Классы бинарных соединений от типа неметалла

Их названия образуются из латинского корня названия неметалла с оконча­нием «ид» и русского названия менее электроотрицательного элемента в роди­тельном падеже (табл, 1.2). Если менее электроотрицательный элемент может находиться в разных окислительных состояниях, то после его названия в скоб­ках указывают римскими цифрами его степень окисления. Так, Cu₂O — оксид меди (I), CuO — оксид меди (II), СО — оксид углерода(II), СО₂ — оксид углеро­да (IV), SF₆ — фторид серы (VI). Можно также вместо степени окисления ука­зывать с помощью греческих числительных приставок (моно-, ди-, три-, тетра-, пента-, гекса- и т. д.) стехиометрический состав соединения: СО — монооксид углерода (приставку «моно» часто опускают). СО₂ — диоксид углерода, SF₆ — гексафторид серы, Fe₃O₄ — тетраоксид трижелеза. Для отдельных бинарных соединений сохраняют традиционные названия: Н₂О — вода, NH₃ — аммиак. PH₃ — фосфин.

Из бинарных соединений наиболее известны оксиды. По функциональным признакам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие (без­различные). Солеобразующие оксиды, в свою очередь, подразделяются на основ­ные, кислотные и амфотерные.

Основными называются оксиды, взаимодействующие с кислотами (или с ки­слотными оксидами) с образованием солей. Присоединяя (непосредственно или косвенно) воду, основные оксиды образуют основания. Например, оксид кальция СаО реагирует с водой, образуя гидроксид кальция Са(ОН)₂:

СаО + Н₂О - Са(ОН)₂.

Оксид магния MgO — тоже основной оксид. Он малорастворим в воде, но ему соответствует основание — гидроксид магния Мg(ОН)₂, который можно полу­чить из МgО косвенным путем.

Кислотными называются оксиды, взаимодействующие с основаниями (или с основными оксидами) с образованием солей. Присоединяя (непосредственно или косвенно) воду, кислотные оксиды образуют кислоты. Так, триоксид серы SO₃ взаимодействует с водой, образуя серную кислоту H₂SO₄:

SO₃+H₂O = H₂SO₄.

Диоксид кремния SiO₂ — тоже кислотный оксид. Хотя он не взаимодействует с водой, ему соответствует кремниевая кислота H₂SiO₃, которую можно получить из SiO₂ косвенным путем.

Один из способов получения кислотных оксидов — отнятие воды от соответ­ствующих кислот, Поэтому кислотные оксиды иногда называют ангидридами кислот.

Амфотерными называются оксиды, образующие соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями. К таким оксидам относятся, например, Al₂O₃, ZnO, PbO₂, Cr₂O₃.

Несолеобразующие оксиды, как видно из их названия, не способны взаимодей­ствовать с кислотами или основаниями с образованием солей. К ним относятся N₂O, NO и некоторые другие оксиды.

Среди многоэлементных соединений важную группу составляют гидроксиды — вещества, содержащие гидроксогруппы ОН. Некоторые из них (основные ги­дроксиды) проявляют свойства оснований — NaОН, Ва(ОН)₂ и т. п.; другие (кислотные гидроксиды) проявляют свойства кислот — HNO₃, H₃PO₄ и другие; существуют и амфотерные гидроксиды, способные в зависимости от условий проявлять как основные, так и кислотные свойства — Zn(ОН)₂, Аl(ОН)₃ и т. п. Кислотные гидроксиды называются по правилам, установленным для кислот (см. ниже). Названия основных гидроксидов составляются из слова «гидроксид» и русского названия элемента в родительном падеже с указанием, если необхо­димо, степени окисления элемента (римскими цифрами в скобках). Например, LiОН — гидроксид лития, Fe(ОН)₂ — гидроксид железа (II). Растворимые основ­ные гидроксиды называются щелочами; важнейшие щелочи — гидроксид натрия NaОН, гидроксид калия КОН, гидроксид кальция Ca(ОН}₂.

К важнейшим классам неорганических соединений, выделяемым по функцио­нальным признакам, относятся кислоты, основания и соли.

Кислотами с позиций теории электролитической диссоциации называются ве­щества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода. С точки зрения протонной теории кислот и оснований к кислотам относятся вещества, способные отдавать ион водорода, т. е. быть донорами протонов. Наиболее ха­рактерное химическое свойство кислот — их способность реагировать с основа­ниями (а также с основными и амфотерными оксидами) с образованием солей, например:

Н₂SО₄ + 2NaОН = Nа₂SО₄ + 2Н₂О;

2НNOз + FeО = Fe(NO₃)₂ + Н₂О;

2НCl + ZnО = ZnС1₂ + Н₂О.

Кислоты классифицируют по их силе, по основности и по наличию или от­сутствию кислорода в составе кислоты. По силе кислоты делятся на сильные и слабые. Важнейшие сильные кислоты — азотная HNO₃, серная H₂SO₄ и соляная НCl. По наличию кислорода различают кислородсодержащие кислоты (HNO₃, H₃PO₄ и т. п.) и бескислородные кислоты (НCl, H2S, НСN и т. п.).

По основности, т. е. по числу атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться атомами металла с образованием соли, кислоты подразделяют на одноосновные (например, НCl, HNO₃), двухосновные (Н₂S. Н₂SO₄), трехоснов­ные (Н₃РО₄) и т. д.

Названия бескислородных кислот составляют, добавляя к корню русского на­звания кислотообразующего элемента (или к названию группы атомов, например СN — циан) суффикс «о» и окончание «водород»: НCl — хлороводород, Н₂Se -селеноводород, НСN — циановодород.

Названия кислородсодержащих кислот также образуются от русского названия соответствующего элемента с добавлением слова «кислота». При этом название кислоты, в которой элемент находится в высшей степени окисления, оканчивается на «ная» или «овая», например, H₂SO₄ — серная кислота, HClO₄ -хлорная кислота, НзAsО₄ — мышьяковая кислота. С понижением степени окисления кислотообразующего элемента окончания изменяются в следующей последовательности: «оватая» (HClO₃ — хлорноватая кислота), «истая» (НClО₂ -хлористая кислота), «оватистая» (НОCl — хлорноватистая кислота). Если элемент образует кислоты, находясь только в двух степенях окисления, то название кислоты, отвечающее низшей степени окисления элемента, получает окончание «истая» (HNОз — азотная кислота, HNO₂ — азотистая кислота).

Основаниями с позиций теории электролитической диссоциации являются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид- ионов, т. е. основные гидроксиды.

Наиболее характерное химическое свойство оснований — их способность взаимодействовать с кислотами (а также с кислотными и амфотерными оксидам с образованием солей, например:

KOH+HCl=KCl+H₂O;

Са(ОН)₂ + С0₂ =СаСОз + Н₂О;

2NаОН + ZnO = Na₂ZnО₂ + Н₂О.

С позиций протонной теории кислот и оснований к основаниям относятся вещества, способные присоединять ионы водорода, т. е. быть акцепторами протонов. С этой точки зрения к основаниям относится, например, аммиак, который, присоединяя протон, образует аммоний-ион NH₄⁺. Подобно основным гидроксидам аммиак взаимодействует с кислотами, образуя соли, например:

2NH3 + Н₂S0₄ - (NH₄)₂S0₄.

В зависимости от числа протонов, которые может присоединить основание различают однокислотные основания (LiOH, КОН, NНз и т. п.), дикислотные [Ва(ОН)₂, Fe(ОН)₂] и т. д. По силе основания делятся на сильные и слабые; К сильным основаниям относятся все щелочи.

К солям относятся вещества, диссоциирующие в растворах с образованием положительно заряженных ионов, отличных от ионов водорода, и отрицательно заряженных ионов, отличных от гидроксид-ионов. Соли можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в кислоте атомами металлов (или группами атомов, например, группой атомов NH₄) или как продукты замещения гидроксогрупп в основном гидроксиде кислотными остатками. При полном за­мещении получаются средние (или нормальные) соли. При неполном замещении водорода кислоты получаются кислые соли, при неполном замещении гидроксо­групп основания — основные соли. Ясно, что кислые соли могут быть образова­ны только кислотами, основность которых равна двум или больше, а основные соли — гидроксидами, содержащими не менее двух гидроксогрупп. Примеры образования солей:

Са(ОН}₂ + Н₂SО₄ = СаSО₄ + 2Н₂О,

СаSО4 (сульфат кальция) — нормальная соль;

КОН + Н₂SО₄ - КНSО₄ + Н₂О,

КНSО4 (гидросульфат калия) — кислая соль;

Мg(ОН)₂ + НCl = Мg(ОН)С1 + Н₂О,

Мg(ОН)С1 (хлорид гидроксомагния) — основная соль.

Согласно современным номенклатурным правилам, названия солей образуют­ся из названия аниона в именительном падеже и названия катиона в родитель­ном падеже. Название аниона состоит из корня латинского наименования кисло­тообразующего элемента, окончания и, если необходимо, приставки (см. ниже). Для названия катиона используется русское наименование соответствующего металла или группы атомов; при этом, если необходимо, указывают (в скобках римскими цифрами) степень окисления металла.

Анионы бескислородных кислот называются по общему для бинарных соеди­нений правилу, т. е. получают окончание «ид», Так, NH₄F — фторид аммония, SnS — сульфид олова(II), NaCN — цианид натрия. Окончания названий ки­слородсодержащих кислот зависят от степени окисления кислотообразующего элемента. Для высшей его степени окисления («... ная» или «...овая» кислота) применяется окончание «ат»; например, соли азотной кислоты HNO₃ называют­ся нитратами, серной кислоты H₂SO₄ — сульфатами, хромовой кислоты H₂CrO₄ — хроматами. Для более низкой степени окисления («... истая» кислота) приме­няется окончание «ит», так, соли азотистой кислоты HNОз называются нитрита­ми, сернистой кислоты Н₂SОз — сульфитами. Если элемент образует кислоту, находясь в еще более низкой степени окисления («...оватистая» кислота), то название аниона этой кислоты получает приставку «гипо» и окончание «ит»; например, соли хлорноватистой кислоты HOCl называются гипохлоритами. Названия кислых и основных солей образуются по тем же общим правил что и названия средних солей. При этом название аниона кислой соли снабжают приставкой «гидро», указывающей на наличие незамещенных атомов водорода; если таких атомов два или больше, то их число указывают греческими числительными приставками. Так, Na₂HPO₄ — гидроортофосфат натрия, NaH₂PO₄ — дигидроортофосфат натрия. Аналогично катион основной соли получает приставку «гидроксо». указывающую на наличие незамещенных гидроксогрупп, например, Al(OH)Cl₂ — хлорид гидроксоалюминия, Al(ОН)₂Cl — хлорид дигидроксоалюминия.

По исторически сложившейся традиции для солей хлорной (НClО₄), йодной (HIO₄) и марганцовой (HMnO₄) кислот применяют названия, отличающиеся от систематических: их называют соответственно перхлоратами, перйодатам. пермаганатами. Поэтому отличаются от систематических и общеупотребительные названия солей хлорноватой (HClO₃), йодноватой (HIO₃) и марганцовистой (H₂MnO₄) кислот (соответственно — хлораты, йодаты и манганаты).

В табл. приведены названия солей важнейших кислот.

Таблица Важнейшие кислоты и их с