Тема 3. Классификация и номенклатура неорганических веществ

 

Все вещества делят на две большие группы – неорганические и органические. К органическим относят большинство соединений углерода: углеводороды, спирты, карбоновые кислоты, углеводы и многие другие, они будут разобраны в блоке «Органическая химия». Из соединений углерода к неорганическим относятся:

углерод C и карбиды;

углекислый газ CO₂ и угарный газ СО;

угольная кислота H₂CO₃ и ее соли;

синильная кислота HCN и цианиды CN^–;

родановодородная кислота HNCS и тиоцианаты NCS^–.

Основные классы неорганических веществ представлены на рисунке 15.

 

 

      

                         

 

 

Рисунок 15 – Основные классы неорганических веществ

Простые вещества состоят из атомов одного элемента. Многие элементы образуют несколько кристаллических или молекулярных форм – аллотропных модификаций. Поэтому простых веществ около 500, значительно больше, чем элементов.

Среди простых веществ выделяют металлы, неметаллы, газы.

Элементов металлов большинство – более 90. К ним относятся все элементы побочных групп. В главных группах металлы расположены под «амфотерной диагональю», амфотерные элементы также относятся к металлам.

Названия металлов совпадают с названием элемента, например Fe – железо, Al – алюминий, Cu – медь.

 

Элементов неметаллов значительно меньше, они расположены в главных группах выше «амфотерной диагонали». Некоторые неметаллы при обычных условиях являются газами, это:

H₂ – водород;

N₂ – азот;

O₂ – кислород;

O₃ – озон, аллотропная модификация кислорода;

F₂ – фтор;

Cl₂ – хлор;

благородные газы

He – гелий;

Ne – неон;

Ar – аргон;

Xe – ксенон;

Kr – криптон;

Rn – радон.

 

Бром при комнатной температуре – жидкость, состоящая из молекул Br₂.

Твердыми веществами-неметаллами являются:

С – углерод (графит, алмаз и др.)

B – бор;

P – фосфор (белый и красный);

As – мышьяк;

S – сера (ромбическая, моноклинная, аморфная);

Se – селен;

I₂ – йод.

Бинарные соединения состоят из атомов двух видов. К ним относятся оксиды, пероксиды, сульфиды, галогениды, нитриды, гидриды, карбиды и т.п. Название подкласса определяется более электроотрицательным элементом.

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления –2. Общую формулу оксидов можно выразить как

Э^{+ m} ₂О^–2 _m

Номенклатура оксидов. По систематической номенклатуре название – «оксид элемента», причем, если элемент имеет непостоянную степень окисления, ее указывают в скобках после названия элемента римскими цифрами, например

Na₂O – оксид натрия;

Cu₂O – оксид меди (I);

CuO – оксид меди (II)

Al₂O₃ – оксид алюминия;

SnO₂ – оксид олова (IV);

CrO₃ – оксид хрома (VI)

Допускается также приставками ди-, три- и пр. указывать индексы у элементов, например:

CO₂ – диоксид углерода;

SO₃ – триоксид серы;

P₂O₅ – пентаоксид фосфора.

Кислотные оксиды являются ангидридами кислот, поэтому их часто называют по соответствующей кислоте, например:

SO₂ – сернистый ангидрид;

P₂O₅ – фосфорный ангидрид.

Многие оксиды имеют традиционные, исторические названия, или являются популярными минералами, например

СО – угарный газ;

NO₂ – бурый газ;

SiO₂ – кварц;

Fe₂O₃ – гематит.

 

Классификация оксидов

Кислород – самый распространенный элемент на Земле, он входит в состав воды – оксида водорода, большинство минералов и пород являются оксидами или их производными – гидроксидами и солями. Например, оксид кальция CaO может образовывать гидроксид кальция Ca(OH)₂ или, в так называемой оксидной форме записи, CaO·H₂O, а также, например, карбонат кальция CaCO₃ или CaO·CO₂. Таким образом, большинство многоэлементных соединений можно выразить комбинацией оксидов.

Но надо запомнить, что существуют несколько оксидов, которым не соответствует ни кислота, ни основание. Это так называемые несолеобразующие или безразличные оксиды. Это: СО, N₂O, NO, SiO.

Большинство оксидов способны образовывать гидроксиды и соли и называются солеобразующие. Их делят на три группы:

– основные оксиды, образующие соли с кислотами или кислотными оксидами. Это оксиды типичных металлов: щелочных, щелочноземельных (кроме бериллия), d -металлов в низкой степени окисления: +1 и +2 (кроме цинка). Основным оксидам соответствуют основания. В соли элементы, входящие в основный оксид, займут место катиона;

– кислотные оксиды, образующие соли с основаниями или основными оксидами. Это оксиды неметаллов и металлов в высших степенях окисления +5, +6, +7. Кислотным оксидам соответствуют кислоты. В соли элементы, входящие в кислотный оксид, войдут в состав аниона;

– амфотерные оксиды, способные образовывать соли как с основаниями (основными оксидами), так и с кислотами (кислотными оксидами). Это оксиды металлов в степени окисления +3 и +4, а также оксиды бериллия, цинка, олова(II), свинца(II). Нужно запомнить список амфотерных оксидов:

 

BeO, ZnO, SnO, PbO, Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃, SnO₂, PbO₂, MnO₂

 

Амфотерным оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды. В соли элементы, входящие в амфотерный оксид, могут занимать как место катиона, так и входить в анион, в растворе – в комплексный анион.

Существуют так называемые солеподобные оксиды, например Fe₃O₄, Pb₃O₄ и некоторые другие.

Пероксиды

Пероксиды – бинарные соединения, содержащие так называемый пероксидный кислородный мостик —O—O—. Пероксиды могут образовывать водород, щелочные и щелочноземельные металлы.

Отличить пероксид от оксида – частое задание в теме «Классификация и номенклатура неорганических веществ», задание 5. В пероксидах, в отличие от оксидов, степень окисления кислорода –1. Сравним:

H⁺¹₂O^–2 – оксид водорода

H⁺¹₂O^–1₂ – пероксид водорода;

Na⁺¹₂O^–2 – оксид натрия;

Na⁺¹₂O^–1₂ – пероксид натрия;

Ba⁺²O^–2 – оксид бария;

Ba⁺²O^–1₂ – пероксид бария.

 

Кроме пероксидов существуют и другие соединения с кислородом, например, надпероксиды.