Классификация и номенклатура неорганических соединений

Неорганические соединения различают по составу (бинарные и многоэлементные) и функциональным признакам.

К бинарным соединениям относят соединения элементов с кислородом (оксиды), галогенами (галогениды — фториды, хлориды, бромиды, иодиды), халькогенами (халькогениды — сульфиды, селениды, теллуриды), азотом (нитриды), фосфором (фосфиды), углеродом (карбиды), кремнием (силициды), а также соединения металлов друг с другом (интерметаллиды) и водородом (гидриды).

Среди многоэлементных соединений выделяют гидроксиды (вещества, содержащие гидроксидные группы -ОН), производные гидроксидов — соли, а также комплексные соединения, гидраты и кристаллогидраты. Наименование любого вещества должно однозначно указывать на его состав, поэтому в основу систематических (т.е. составленных на основе системы ИЮПАК) названий неорганических веществ положены названия элементов, входящих в их состав.

Название бинарного соединения образуется из латинского корня наименования более электроотрицательного элемента с окончанием -ид и русского наименования менее электроотрицательного элемента в родительном падеже. При написании формулы вещества менее электроотрицательный элемент стоит левее, например, А₁₂О₃ — оксид алюминия, Agl — иодид серебра, OF₂ — фторид кислорода. Для большинства элементов корни их русских названий совпадают с корнями латинских, за исключением элементов, представленных ниже:Абсолютную величину степени окисления менее электроотрицательного элемента, имеющего различные степени окисления, указывают в скобках римскими цифрами, например, СО — оксид углерода (II), СО₂ — оксид углерода (IV). Для обозначения количественного состава используют греческие числительные в качестве приставки, например, Hg₂Cl₂ — дихлорид диртути, СО — монооксид углерода, СО₂ — диоксид углерода, а именно:

Название многоэлементного соединения обусловлено его функциональными признаками. Так, гидроксиды, которые можно рассматривать как соединение оксидов с водой, подразделяют на основные, проявляющие в химических реакциях свойства оснований, кислотные — проявляющие свойства кислот, и амфотерные — способные проявлять как кислотные, так и основные свойства.

К классу оснований, согласно теории электролитической диссоциации, относят вещества, способные в водном растворе диссоциировать с образованием гидроксид-ионов

КОН = К+ + ОH^-

Са(ОН)₂ = Са²⁺ + 2ОН^-

Наименование основного гидроксида (или основания) образовано из слова «гидроксид» и названия элемента в родительном падеже, после которого при необходимости указывают степень окисления элемента, например, NaOH — гидроксид натрия, Fe(OH)₂ — гидроксид железа (II), или дигидроксид железа. Общую формулу основания можно записать как M(OH)m, где М — металл, m — число гидроксидных групп, или кислотность основания.

Вещества, способные диссоциировать в растворе с образованием ионов водорода Н⁺, в соответствии с теорией электролитической диссоциации относятся к классу кислот.

Кислоты в зависимости от наличия или отсутствия в их составе кислорода подразделяют на кислородсодержащие (или оксокислоты) и бескислородные. К классу кислот также относятся и продукты замещения в молекулах оксокислот атомов кислорода на группу -О—О- (пероксокислоты), например H₂SO₃(O₂), или на атомы серы (тиокислоты), например H₂SO₃. В общем виде формулу кислоты можно записать как Н„А, где А — кислотный остаток, п — число атомов водорода Н в молекуле, или основность кислоты.

Систематическое название кислоты включает в себя наименования двух частей: электроположительной (атомы водорода) и электроотрицательной (кислотный остаток, или анион). В названии аниона вначале указывают атомы кислорода (-оксо-), затем кислотообразующего элемента с добавлением суффикса -ат, далее в скобках абсолютную величину степени окисления это- этого элемента, например, Н₂СО₃ — триоксокарбонат (IV) водорода, H₂SO₄ — тетраоксосульфат (VI) водорода. При наличии в анионе других атомов название аниона составляют из латинских корней названий соответствующих элементов и соединительной гласной -о- в порядке их размещения в форму- формуле справа налево, например, H₂SO₃(O₂) — пероксотриоксосульфат (VI) водорода, H₂SO₃ — тиотриоксосульфат (VI) водорода.

Традиционное название также состоит из двух слов — прилагательного, производного от корня названия кислотообразующего элемента, и слова «кислота», например, H₂SO₄ — серная кислота, HNO₃ — азотная кислота.

Амфотерные гидроксиды способны диссоциировать в водных растворах как по типу оснований, так и по типу кислот, например,

Zn(OH)₂ = Zn²⁺ + 2OH^-

Zn(OH)₂ + 2Н₂О = 2Н+ + [Zn(OH)₄]^2-

При взаимодействии с кислотами они проявляют свойства оснований, а при взаимодействии с основаниями — свойства кислот. Их названия составляют по схеме, соответствующей основным гидроксидам. Соли представляют собой продукты замещения атомов водорода кислоты на металл или гидроксидных групп основания на кислотный остаток. В зависимости от полноты замещения атомов водорода или гидроксидных групп соли подразделяют на средние (или нормальные), например K₂SO₄, кислые (или гидросоли), например NaHCO₃, и основные (или гидроксосоли), например FeOHCl. Различают также двойные соли, образованные двумя металлами и одним кислотным остатком (KAl(SO₄)), и смешанные соли, образованные одним металлом и двумя кислотными остатками (CaClOCl).

Названия солей обусловлены систематическими названиями соответствующих кислот, например, K₂SO₄ — тетраоксосульфат (VI) калия, NaHCO₃ — триоксокарбонат (IV) водорода-натрия, FeOHCl или, точнее, FeClOH — гидро- ксид-хлорид железа (II). При наличии числовых приставок (1, 2, ...) в названии вещества во избежание неверного понимания формулы применяют умножающие приставки (например, КАlз(SО₄)₂(ОН)_б — гексагидроксид-бис(сульфат) три- триалюминия-калия) : 1, 2, 3, 4 Монокис- Бис- Трис- Тетракис- 5, 6, 7,8 Пентакис- Гексакис- Гептакис- Октакис- 9,10 и 12 Нонакис- Декакис- Ундекакис- Додекакис-

Традиционные наименования солей также содержат названия анионов в именительном падеже и названия катионов в родительном падеже (см. табл. П. 1.2), например, K₂SO₄ — сульфат калия, NaHCO₃ — гидрокарбонат натрия, FeOHCl — гидроксохлорид железа (II).

Оксиды в зависимости от характерных функций, выполняемых в химических реакциях, подразделяют на солеобразующие (среди них выделяют основные, кислотные и амфотерные) и несолеобразующие (безразличные).

Основные оксиды образуют соли при взаимодействии с кислотами или кис- кислотными оксидами, им соответствуют основания, например СаО — Са(ОН)₂.

Кислотные оксиды образуют соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами, они могут быть получены путем отделения воды от соответствующей кислоты, поэтому их называют также ангидридами кислот, например SO₃ — ангидрид H₂SO₄.

Амфотерные оксиды образуют соли как при взаимодействии с кислотами, так и при взаимодействии с основа- основаниями, например, ZnO, Al₂O₃ и др.

Существуют соединения элементов с кислородом, по составу относящиеся к классу оксидов, но по своим свойствам принадлежащие к классу солей. Это пероксиды — соли пероксида водорода Н₂О₂, например Na₂O₂ или СаО₂, характерная особенность которых — наличие в их структуре двух связанных между собой атомов кислорода -О—О-.

Комплексные соединения представляют собой сложные вещества, молекулы которых содержат центральный атом или ион (комплексообразователь), связанный с несколькими способными к самостоятельному существованию молекулами или ионами, называемыми лигандами. Согласно координационной теории Вернера A878), различают внутреннюю и внешнюю сферы комплексного соединения. Более прочно связанные частицы внутренней сферы называют комплексным ионом или комплексом. При написании координационной формулы эту часть комплексного соединения заключают в квадратные скобки, например K₃[Fe(CN)₆] или [Co(NH₃)₆]Cl₃. Комплекс выступает как самостоятельная единица в химических реакциях, процессах растворения, структуре кристалла. Частицы внешней сферы, связанные в соединении менее прочно, при диссоциации в растворе отделяются:

K₃[Fe(CNN)] = ЗК⁺ + [Fe(CNN)]^3- [Co(NH3N)]Cl₃ = [Co(NH3N)]³⁺ + ЗСl^-

В качестве комплексообразователя может выступать любой элемент, но наиболее характерна эта роль для d- и f -металлов. Лигандами могут быть простые (Сl^-, I^-, Вг^- и др.) и сложные (ОН^-, СО^3-, ,N0₂ и др.) ионы, а также электронейтральные молекулы, такие как Н₂0, NH₃, CO, и др.

Число химических связей, которые образует лиганд с комплексообразователем, называют дентатностью. Так, однозарядные анионы (например, Сl^-, N0₂) относятся к числу монодентатных лигандов, двухзарядные анионы (например, S₂O₃, С₂O₄ ) —к числу бидентатных. Число химических связей, которые комплексообразователь образует с лигандами, называют координационным числом. Если комплексообразователь связан с монодентатными лигандами, то координационное число равно числу лигандов. Значение координационного числа комплексообразователя зависит от его природы, степени окисления, природы лигандов и условий протекания реакции комплексообразования и может изменяться в пределах от 2 до 12. Наиболее распространенными являются координационные числа 6, 4 и 2, соответствующие симметричной геометрической конфигурации комплекса. Между значением координационного числа и степенью окисления комплексообразования существует определенная связь. Часто координационное число равно удвоенному значению степени окисления комплексообразователя: например, [Ag(NH₃)₂]⁺, [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Сг(Н₂О)₆]³⁺. Нейтральные лиганды могут присоединяться к комплексообразователю в большем количестве: [Со(Н₂О)₆]²⁺ и [СоСl₄]^2- .

Координационное число зависит и от размеров лиганда. Известно, что комплексных соединений значительно больше, чем всех других неорганических соединений, их роль в природных и технологических процессах чрезвычайно велика. Единой классификации комплексных соединений вследствие их многообразия не существует. Помимо разделения по функциональным признакам (комплексные кислоты, комплексные основания, комплексные соли), соединения классифицируют исходя из особенностей комплексов.

Так, в зависимости от знака заряда комплекса выделяют соединения, содержащие катионные комплексы, например, анионные комплексы, и нейтральные комплексы. По природе лигандов различают соединения, в состав которых входят аквакомплексы (лиганды — Н₂О), амминокомплексы (лиганды — NH₃), гидроксокомплексы (лиганды — ОН^-), ацидокомплексы (лиганды — анионы кислот), комплексы смешанного типа и др.

Комплексы классифицируют и по внутренней структуре: моно- и полиядерные, простые и циклические.

Номенклатура комплексных соединений утверждена комиссией ИЮПАК с учетом особенностей, принятых в русском языке: первым называют анион, затем катион; лиганды перечисляют в следующем порядке: анионные, нейтральные, катионные; нейтральные группы называют так же, как молекулы, за исключением аква-(Н₂О) и аммин-(NH₃); число лигандов указывают соответствующей приставкой; степень окисления комплексообразователя обозначают в скобках после его названия; окончание названий комплексов зависит от их классификации по функциональному признаку: [Zn(NH₃)₄]Cl₂ — хлорид тетраамминцинка (II), Li[AlH₄] — тетрагидроалюминат (III) лития, [Cu(H₂O)₄]SO₄ — сульфат тетрааквамеди (II), H₂[Pt(CN)₆] — гексацианоплатинат (IV) водорода, или гексацианоплатиновая (IV) кислота, [Ag(NH₃)₂]OH — гидроксид диамминсеребра (I).

Гидраты и кристаллогидраты — соединения, содержащие в своем составе воду, например, NH₃*H₂O, Fe₂O₃*H₂O, CuSO₄*5H₂O. Как система- систематические, так и традиционные названия таких соединений начинаются со слова «гидрат» с соответствующей приставкой: NH₃*H₂O — гидрат аммиака, Fe₂O₃*nH₂O — полигидрат оксида железа (III), CuSO₄*5H₂O — пентагидрат тетраоксосульфата меди (II), или пентагидрат сульфата меди (II).