Несколько десятков тысяч важнейших химических веществ плотно вошли в нашу жизнь, одевая и обувая, снабжая наш организм полезными элементами, обеспечивая нам оптимальные условия для жизнедеятельности. Масла, щелочи, кислоты, газы, минеральные удобрения, краски, пластмассы - лишь малая часть продукции, созданной на основе химических элементов.
Не знали?
Просыпаясь утром, мы умываемся и чистим зубы. Мыло, зубная паста, шампунь, лосьоны, кремы - средства, созданные на основе химии. Завариваем чай, опускаем в стакан кусочек лимона - и наблюдаем, как жидкость становится светлее. На наших глазах происходит химическая реакция - кислотно-основное взаимодействие нескольких продуктов. Ванная и кухня - каждая, в своем роде, мини-лаборатория дома или квартиры, где в емкости или пузырьке что-то хранится. Какое вещество, название их узнаем с этикетки: соль, сода, белизна и т. д.
Особенно много химических процессов происходит на кухне в период приготовления пищи. Сковородки и кастрюли успешно заменяют здесь колбы и реторты, а каждый новый отправленный в них продукт осуществляет свою отдельную химическую реакцию, взаимодействуя с находящимся там составом. Далее человек, употребляя приготовленные им блюда, запускает механизм переваривания еды. Это тоже И так во всем. Вся наша жизнь предопределена элементами из периодической таблицы Менделеева.
Открытая таблица
Изначально таблица, созданная Дмитрием Ивановичем, состояла из 63 элементов. Именно столько их к тому времени было открыто. Ученый понимал, что он классифицировал далеко не полный список существующих и открытых в разные годы его предшественниками в природе элементов. И оказался прав. Более чем через сто лет его таблица состояла уже из 103 наименований, к началу нулевых - из 109, и открытия продолжаются. Ученые всего мира бьются над вычислением новых элементов, опираясь на основу - таблицу, созданную русским ученым.
Периодический закон Менделеева - основа химии. Взаимодействия между собой атомов тех или иных элементов породили в природе основные вещества. Те, в свою очередь, - ранее неизвестные и более сложные их производные. Все существующие на сегодня названия веществ происходят от элементов, вступивших во взаимосвязь между собой в процессе химических реакций. Молекулы веществ отражают состав этих элементов в них, а также количество атомов.
Каждому элементу - свой буквенный символ
В периодической таблице название элементов дается как в буквенном, так и в символическом выражении. Одни мы произносим, другие используем при написании формул. Выпишите отдельно названия веществ и посмотрите на ряд их символов. Он показывает, из каких элементов состоит продукт, сколько атомов того или иного составляющего смогло синтезировать в процессе химической реакции каждое конкретное вещество. Все довольно просто и наглядно, благодаря наличию символов.
Основой символического выражения элементов стала начальная, а, в большинстве случаях, и одна из последующих букв из латинского названия элемента. Система была предложена в начале 19 века Берцелиусом - химиком из Швеции. Одной буквой на сегодня выражены названия двух десятков элементов. Остальные - двухбуквенные. Примеры таких названий: медь - Cu (cuprum), железо - Fe (ferrum), магний - Mg (magnium) и так далее. В названии веществ даны продукты реакции тех или иных элементов, а в формулы - их символический ряд.
Продукт безопасный и не очень
Химии вокруг нас гораздо больше, чем может предположить среднестатистический индивид. Не занимаясь наукой профессионально, нам все равно приходится с нею сталкиваться в своей повседневной жизни. Все, что стоит на нашем столе, - состоит из химических элементов. Даже человеческий организм соткан из десятков химических веществ.
Названия химических веществ, существующих в природе, можно разделить на две группы: используемых в повседневности или нет. Сложные и опасные соли, кислоты, эфирные соединения являются узко специфическими и применяемыми исключительно в профессиональной деятельности. Они требуют осторожности и точности в их использовании, а в отдельных случаях и специального разрешения. Вещества, незаменимые в быту, менее безобидные, но их неправильное применение может привести к тяжелым последствиям. Отсюда можно сделать вывод, что безобидной химии не бывает. Разберем основные вещества, с которыми связана жизнедеятельность человека.
Биополимер как строительный материал организма
Основным фундаментальным компонентом организма является белок - состоящий из аминокислот и воды полимер. Он отвечает за формирование клеток, гормональной и иммунной систем, мышечной массы, костей, связок, внутренних органов. Тело человека состоит из более одного миллиарда клеток, и для каждой нужен белок или, как его еще называют - протеин. На основании вышеизложенного приведите названия веществ, более незаменимых для живого организма. Основа тела - клетка, основа клетки - белок. Другого не дано. Недостаток протеина, как и его переизбыток, приводит к нарушению всех жизненно важных функций организма.
В построении белков участвуют порядка создающих макромолекулы пептидными связями. Те, в свою очередь, возникают в результате взаимодействия веществ СООН - карбоксильных и NH 2 - аминогрупп. Самый известный из белков - коллаген. Он относится к классу фибриллярных белков. Самый первый, строение которого удалось установить, - инсулин. Даже для далекого от химии человека эти названия говорят о многом. Но не все знают, что эти вещества - белки.
Незаменимые аминокислоты
Клетка белка состоит из аминокислот - название веществ, имеющих боковую цепь в строении молекул. Их образуют: C - углерод, N - азот, O - кислород и H - водород. Из двадцати стандартных аминокислот девять попадают в клетки исключительно с пищей. Остальные синтезируются организмом в процессе взаимодействия различных соединений. С возрастом или при наличии заболеваний список из девяти незаменимых аминокислот значительно расширяется и пополняется условно незаменимыми.
Всего известно более пятисот различных аминокислот. Их классифицируют многими способами, один из которых разделяет их на две группы: протеиногенные и непротеиногенные. Некоторые из них играют незаменимую роль в процессе функционирования организма, не связанную с формированием белка. Названия органических веществ в этих группах, являющихся ключевыми: глутамат, глицин, карнитин. Последний служит транспортером по организму липидов.
Жиры: и просто, и сложно
Все жироподобные вещества в организме мы привыкли называть липидами или жирами. Их основное физическое свойство - нерастворимость в воде. Однако во взаимодействии с другими веществами, такими как бензол, спирт, хлороформ и другие, эти органические соединения расщепляются довольно легко. Основное химическое отличие жиров - похожие свойства, но различные строения. В жизнедеятельности живого организма эти вещества отвечают за его энергию. Так, один грамм липидов способен выделить около сорока кДж.
Большое количество входящих в молекулы жиров веществ не позволяют произвести их удобную и доступную классификацию. Основное, что их объединяет, - отношение к процессу гидролиза. В этом отношении жиры бывают омыляемые и неомыляемые. Названия веществ, создающих первую группу, подразделяют на простые и сложные липиды. К простым относятся некоторые виды воска, хорестерольные эфиры. Ко вторым - сфинголипиды, фосфолипиды и ряд других веществ.
Углеводы как третий тип питательных веществ
Третий тип основных питательных веществ живой клетки наравне с белками и жирами - углеводы. Это состоящие из H (водорода), O (кислорода) и C (углерода) органические соединения. и их функции схожи со свойствами жиров. Они также являются источниками энергии организма, но в отличие от липидов, в основном, попадают туда с пищей растительного происхождения. Исключение составляет молоко.
Углеводы подразделяются на полисахариды, моносахариды и олигосахариды. Одни не растворяются в воде, другие - наоборот. Далее даны названия веществ нерастворимых. К ним относятся такие сложные углеводы из группы полисахаридов, как крахмал и целлюлоза. Их расщепление на более простые вещества происходит под воздействием соков, выделяемых системой пищеварения.
Полезные вещества двух других групп содержатся в ягодах и фруктах в виде растворимых в воде сахаров, отлично усваиваемых организмом. Олигосахариды - лактоза и сахароза, моносахариды - фруктоза и глюкоза.
Глюкоза и клетчатка
Такие названия веществ, как глюкоза и клетчатка в повседневной жизни человека встречается часто. Оба - углеводы. Один - из моносахаридов, содержащийся в крови любого живого организма и соке растений. Второй - из полисахаридов, отвечающий за процесс пищеварения, в остальных функциях клетчатка используется редко, но также является незаменимым веществом. Их строение и синтез довольно сложные. Но человеку достаточно знать основные функции, принимаемые в жизнедеятельности организма, чтобы не пренебрегать их употреблением.
Глюкоза обеспечивает клетки таким веществом, как виноградный сахар, дающий энергию для их ритмичного бесперебойного функционирования. Около 70 процентов глюкозы попадает в клетки с питанием, остальные тридцать - организм вырабатывает самостоятельно. В глюкозе пищевого происхождения крайне нуждается головной мозг человека, так как этот орган не способен самостоятельно синтезировать глюкозу. В меде она содержится в наибольшем количестве.
Не так проста аскорбинка
Знакомый каждому с детства источник витамина C - сложное химическое вещество, состоящее из атомов водорода и кислорода. Их взаимодействие с другими элементами может привести даже к созданию солей - достаточно в соединении поменять всего лишь один атом. В этом случае название и класс вещества изменятся. Опыты, проведенные с аскорбиновой кислотой, открыли ее незаменимые свойства в функции восстановления кожи человека.
Кроме того, она укрепляет иммунную систему кожного покрова, помогает противостоять негативным воздействиям атмосферы. Обладает омолаживающим, отбеливающим свойством, предупреждает старение, нейтрализует свободные радикалы. Содержится в цитрусах, болгарском перце, целебных травах, клубнике. Около ста миллиграмм аскорбинки - оптимальную суточную дозу - можно получить с шиповником, облепихой, а также киви.
Вещества вокруг нас
Мы убедились, что вся наша жизнь - химия, так как человека сам целиком состоит из ее элементов. Пища, обувь и одежда, средства гигиены - лишь малая толика того, где мы встречаем плоды науки в быту. Предназначение многих элементов мы знаем и используем для собственного блага. В редком доме не встретишь борную кислоту, или гашеную известь, как мы ее называем, или гидроксид кальция, как она известна науке. Широко используется человеком медный купорос - сульфат меди. Название вещества произошло от названия ее главного компонента.
Гидрокарбонат натрия - привычная в быту сода. Эта новая кислота - уксусная кислота. И так с любым или животного происхождения. Все они состоят из соединений химических элементов. Их молекулярное строение может объяснить далеко не каждый, достаточно знать название, предназначение вещества и правильно его использовать.
Все названия химических элементов происходят из латинского языка. Это необходимо в первую очередь для того, чтобы ученые разных стран могли понимать друг друга.
Химические знаки элементов
Элементы принято обозначать химическими знаками (символами). По предложению шведского химика Берцелиуса (1813 г.) химические элементы обозначают начальной или начальной и одной из последующих букв латинского названия данного элемента; первая буква всегда прописная, вторая строчная. Например, водород (Hydrogenium) обозначается буквой H, кислород (Oxygenium) – буквой O, сера (Sulfur) – буквой S; ртуть (Hydrargyrum) – буквами Hg, алюминий (Aluminium) – Al, железо (Ferrum) – Fe и т. д.
Рис. 1. Таблица химических элементов с названиями на латинском и русском языке.
Русские названия химических элементов зачастую представляют собой латинские названия с видоизмененными окончаниями. Но также существует множество элементов, произношение которых отличается от латинского первоисточника. Это либо коренные русские слова (например, железо), либо слова, которые являются переводом (пример – кислород).
Химическая номенклатура
Химическая номенклатура – правильное наименование химических веществ. Латинское слово nomenclatura переводится как «перечень имен, названий»
На ранней стадии развития химии веществам давались произвольные, случайные наименования (тривиальные названия). Легколетучие жидкости назывались спиртами, к ним относились «соляной спирт» – водный раствор соляной кислоты, «силитряный спирт» – азотная кислота, «нашатырный спирт» – водный раствор аммиака. Маслообразные жидкости и твердые вещества назывались маслами, например, концентрированная серная кислота носила название «купоросное масло», хлорид мышьяка – «мышьяковое масло».
Иногда вещества получали название по имени его первооткрывателя, например, «глауберова соль» Na 2 SO 4 *10H 2 O, открытая немецким химиком И. Р. Глаубером в XVII веке.
Рис. 2. Портрет И. Р. Глаубер.
В старинных названиях могли указываться вкус веществ, цвет, запах, внешний вид, медицинское действие. Одно вещество иногда имело несколько наименований.
К концу XVIII века химикам было известно не более 150-200 соединений.
Первую систему научных названий в химии выработала в 1787 г. комиссия химиков во главе с А. Лавуазье. Химическая номенклатура Лавуазье послужила основой для создания национальных химических номенклатур. Для того, чтобы химики разных стран понимали друг друга, номенклатура должна быть единой. В настоящее время построение химических формул и названий неорганических веществ подчиняется системе номенклатурных правил, созданной комиссией Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК). Каждое вещество изображается формулой, в соответствии с ней строится систематическое название соединения.
Рис. 3. А. Лавуазье.
Что мы узнали?
Все химические элементы имеют латинские корни. Латинские названия химических элементов являются общепринятыми. В русский язык они переносятся с помощью калькирования или перевода. однако некоторые слова имеют изначально русское значение, например, медь или железо. Химической номенклатуре подчиняются все химические вещества, состоящие из атомов и молекул. впервые система научных названий была разработана А. Лавуазье.
Классификация неорганических веществ и их номенклатура основаны на наиболее простой и постоянной во времени характеристике -химическом составе , который показывает атомы элементов, образующих данное вещество, в их числовом отношении. Если вещество из атомов одного химического элемента, т.е. является формой существования этого элемента в свободном виде, то его называют простымвеществом ; если же вещество из атомов двух или большего числа элементов, то его называют сложным веществом . Все простые вещества (кроме одноатомных) и все сложные вещества принято называть химическими соединениями , так как в них атомы одного или разных элементов соединены между собой химическими связями.
Номенклатура неорганических веществ состоит из формул и названий. Химическая формула - изображение состава вещества с помощью символов химических элементов, числовых индексов и некоторых других знаков. Химическое название - изображение состава вещества с помощью слова или группы слов. Построение химических формул и названий определяется системой номенклатурных правил .
Символы и наименования химических элементов приведены в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Элементы условно делят на металлы и неметаллы . К неметаллам относят все элементы VIIIА-группы (благородные газы) и VIIА-группы (галогены), элементы VIА-группы (кроме полония), элементы азот, фосфор, мышьяк (VА-группа); углерод, кремний (IVА-группа); бор (IIIА-группа), а также водород. Остальные элементы относят к металлам.
При составлении названий веществ обычно применяют русские наименования элементов, например, дикислород, дифторид ксенона, селенат калия. По традиции для некоторых элементов в производные термины вводят корни их латинских наименований:
Например : карбонат, манганат, оксид, сульфид, силикат.
Названия простых веществ состоят из одного слова - наименования химического элемента с числовой приставкой, например:
Используются следующие числовые приставки :
Неопределенное число указывается числовой приставкой n - поли.
Для некоторых простых веществ используют также специальные названия, такие, как О 3 - озон, Р 4 - белый фосфор.
Химические формулы сложных веществ составляют из обозначения электроположительной (условных и реальных катионов) иэлектроотрицательной (условных и реальных анионов) составляющих, например, CuSO 4 (здесь Cu 2+ - реальный катион, SO 4 2 - - реальный анион) и PCl 3 (здесь P +III - условный катион, Cl -I - условный анион).
Названия сложных веществ составляют по химическим формулам справа налево. Они складываются из двух слов - названий электроотрицательных составляющих (в именительном падеже) и электроположительных составляющих (в родительном падеже), например:
CuSO 4 - сульфат меди(II)
PCl 3 - трихлорид фосфора
LaCl 3 - хлорид лантана(III)
СО - монооксид углерода
Число электроположительных и электроотрицательных составляющих в названиях указывают числовыми приставками, приведенными выше (универсальный способ), либо степенями окисления (если они могут быть определены по формуле) с помощью римских цифр в круглых скобках (знак плюс опускается). В ряде случаев приводят заряд ионов (для сложных по составу катионов и анионов), используя арабские цифры с соответствующим знаком.
Для распространенных многоэлементных катионов и анионов применяют следующие специальные названия:
H 2 F + - фтороний | C 2 2 - - ацетиленид |
H 3 O + - оксоний | CN - - цианид |
H 3 S + - сульфоний | CNO - - фульминат |
NH 4 + - аммоний | HF 2 - - гидродифторид |
N 2 H 5 + - гидразиний(1+) | HO 2 - - гидропероксид |
N 2 H 6 + - гидразиний(2+) | HS - - гидросульфид |
NH 3 OH + - гидроксиламиний | N 3 - - азид |
NO + - нитрозил | NCS - - тиоционат |
NO 2 + - нитроил | O 2 2 - - пероксид |
O 2 + - диоксигенил | O 2 - - надпероксид |
PH 4 + - фосфоний | O 3 - - озонид |
VO 2 + - ванадил | OCN - - цианат |
UO 2 + - уранил | OH - - гидроксид |
1. Кислотные и основные гидроксиды. Соли
Гидроксиды - тип сложных веществ, в состав которых входят атомы некоторого элемента Е (кроме фтора и кислорода) и гидроксогруппы ОН; общая формула гидроксидов Е(ОН) n , где n = 1÷6. Форма гидроксидов Е(ОН) n называется орто -формой; при n > 2 гидроксид может находиться также в мета -форме, включающей кроме атомов Е и групп ОН еще атомы кислорода О, например Е(ОН) 3 и ЕО(ОН), Е(ОН) 4 и Е(ОН) 6 и ЕО 2 (ОН) 2 .
Гидроксиды делят на две противоположные по химическим свойствам группы: кислотные и основные гидроксиды.
Кислотные гидроксиды содержат атомы водорода, которые могут замещаться на атомы металла при соблюдении правила стехиометрической валентности. Большинство кислотных гидроксидов находится в мета -форме, причем атомы водорода в формулах кислотных гидроксидов ставят на первое место, например H 2 SO 4 , HNO 3 и H 2 CO 3 , а не SO 2 (OH) 2 , NO 2 (OH) и CO(OH) 2 . Общая формула кислотных гидроксидов - Н х ЕО у , где электроотрицательную составляющую ЕО у х - называют кислотным остатком. Если не все атомы водорода замещены на металл, то они остаются в составе кислотного остатка.
Названия распространенных кислотных гидроксидов состоят из двух слов: собственного названия с окончанием "ая" и группового слова "кислота". Приведем формулы и собственные названия распространенных кислотных гидроксидов и их кислотных остатков (прочерк означает, что гидроксид не известен в свободном виде или в кислом водном растворе):
кислотный гидроксид | кислотный остаток |
HAsO 2 - метамышьяковистая | AsO 2 - - метаарсенит |
H 3 AsO 3 - ортомышьяковистая | AsO 3 3 - - ортоарсенит |
H 3 AsO 4 - мышьяковая | AsO 4 3 - - арсенат |
В 4 О 7 2 - - тетраборат |
|
ВiО 3 - - висмутат |
|
HBrO - бромноватистая | BrO - - гипобромит |
HBrO 3 - бромноватая | BrO 3 - - бромат |
H 2 CO 3 - угольная | CO 3 2 - - карбонат |
HClO - хлорноватистая | ClO - - гипохлорит |
HClO 2 - хлористая | ClO 2 - - хлорит |
HClO 3 - хлорноватая | ClO 3 - - хлорат |
HClO 4 - хлорная | ClO 4 - - перхлорат |
H 2 CrO 4 - хромовая | CrO 4 2 - - хромат |
НCrO 4 - - гидрохромат |
|
H 2 Cr 2 О 7 - дихромовая | Cr 2 O 7 2 - - дихромат |
FeO 4 2 - - феррат |
|
HIO 3 - иодноватая | IO 3 - - иодат |
HIO 4 - метаиодная | IO 4 - - метапериодат |
H 5 IO 6 - ортоиодная | IO 6 5 - - ортопериодат |
HMnO 4 - марганцовая | MnO 4 - - перманганат |
MnO 4 2 - - манганат |
|
MоO 4 2 - - молибдат |
|
HNO 2 - азотистая | NO 2 - - нитрит |
HNO 3 - азотная | NO 3 - - нитрат |
HPO 3 - метафосфорная | PO 3 - - метафосфат |
H 3 PO 4 - ортофосфорная | PO 4 3 - - ортофосфат |
НPO 4 2 - - гидроортофосфат |
|
Н 2 PO 4 - - дигидроотофосфат |
|
H 4 P 2 O 7 - дифосфорная | P 2 O 7 4 - - дифосфат |
ReO 4 - - перренат |
|
SO 3 2 - - сульфит |
|
HSO 3 - - гидросульфит |
|
H 2 SO 4 - серная | SO 4 2 - - сульфат |
НSO 4 - - гидросульфат |
|
H 2 S 2 O 7 - дисерная | S 2 O 7 2 - - дисульфат |
H 2 S 2 O 6 (O 2) - пероксодисерная | S 2 O 6 (O 2) 2 - - пероксодисульфат |
H 2 SO 3 S - тиосерная | SO 3 S 2 - - тиосульфат |
H 2 SeO 3 - селенистая | SeO 3 2 - - селенит |
H 2 SeO 4 - селеновая | SeO 4 2 - - селенат |
H 2 SiO 3 - метакремниевая | SiO 3 2 - - метасиликат |
H 4 SiO 4 - ортокремниевая | SiO 4 4 - - ортосиликат |
H 2 TeO 3 - теллуристая | TeO 3 2 - - теллурит |
H 2 TeO 4 - метателлуровая | TeO 4 2 - - метателлурат |
H 6 TeO 6 - ортотеллуровая | TeO 6 6 - - ортотеллурат |
VO 3 - - метаванадат |
|
VO 4 3 - - ортованадат |
|
WO 4 3 - - вольфрамат |
Названия кислотных остатков используют при построении названий солей.
Основные гидроксиды
содержат гидроксид-ионы, которые могут замещаться на кислотные остатки при соблюдении правила стехиометрической валентности. Все основные гидроксиды находятся в орто
-форме; их общая формула М(ОН) n
, где n
= 1,2 (реже 3,4) и М n
+ - катион металла. Примеры формул и названий основных гидроксидов:
Важнейшим химическим свойством основных и кислотных гидроксидов является их взаимодействие их между собой с образованием солей (реакция солеобразования ), например:
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2H 2 O
Ca(OH) 2 + 2H 2 SO 4 = Ca(HSO 4) 2 + 2H 2 O
2Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = Ca 2 SO 4 (OH) 2 + 2H 2 O
Соли - тип сложных веществ, в состав которых входят катионы М n + и кислотные остатки*.
Соли с общей формулой М х (ЕО у ) n называют средними солями, а соли с незамещенными атомами водорода, - кислыми солями. Иногда соли содержат в своем составе также гидроксид - или(и) оксид - ионы; такие соли называют основными солями. Приведем примеры и названия солей:
Ортофосфат кальция |
|
Дигидроортофосфат кальция |
|
Гидроортофосфат кальция |
|
Карбонат меди(II) |
|
Cu 2 CO 3 (OH) 2 | Дигидроксид-карбонат димеди |
Нитрат лантана(III) |
|
Оксид-динитрат титана |
Кислые и основные соли могут быть превращены в средние соли взаимодействием с соответствующим основным и кислотным гидроксидом, например:
Ca(HSO 4) 2 + Ca(OH) = CaSO 4 + 2H 2 O
Ca 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 SO 4 = Ca 2 SO 4 + 2H 2 O
Встречаются также соли, содерхащие два разных катиона: их часто называют двойными солями , например:
2. Кислотные и оснόвные оксиды
Оксиды Е х О у - продукты полной дегидратации гидроксидов:
Кислотным гидроксидам (H 2 SO 4 , H 2 CO 3) отвечают кислотные оксиды (SO 3 , CO 2), а основным гидроксидам (NaOH, Ca(OH) 2) - основные оксиды (Na 2 O, CaO), причем степень окисления элемента Е не изменяется при переходе от гидроксида к оксиду. Пример формул и названий оксидов:
Кислотные и основные оксиды сохраняют солеобразующие свойства соответствующих гидроксидов при взаимодействии с противоположными по свойствам гидроксидами или между собой:
N 2 O 5 + 2NaOH = 2NaNO 3 + H 2 O
3CaO + 2H 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O
La 2 O 3 + 3SO 3 = La 2 (SO 4) 3
3. Амфотерные оксиды и гидроксиды
Амфотерность гидроксидов и оксидов - химическое свойство, заключающееся в образовании ими двух рядов солей, например, для гидроксида и оксида алюминия:
(а) 2Al(OH) 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
(б) 2Al(OH) 3 + Na 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 O
Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O
Так, гидроксид и оксид алюминия в реакциях (а) проявляют свойства основных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с кислотными гидроксидам и оксидом, образуя соответствующую соль - сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 , тогда как в реакциях (б) они же проявляют свойствакислотных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с основными гидроксидом и оксидом, образуя соль - диоксоалюминат (III) натрия NaAlO 2 . В первом случае элемент алюминий проявляет свойство металла и входит в состав электроположительной составляющей (Al 3+), во втором - свойство неметалла и входит в состав электроотрицательной составляющей формулы соли (AlO 2 -).
Если указанные реакции протекают в водном растворе, то состав образующихся солей меняется, но присутствие алюминия в катионе и анионе остаётся:
2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = 2 (SO 4) 3
Al(OH) 3 + NaOH = Na
Здесь квадратными скобками выделены комплексные ионы 3+ - катион гексаакваалюминия(III), - - тетрагидроксоалюминат(III)-ион.
Элементы, проявляющие в соединениях металлические и неметаллические свойства, называют амфотерными, к ним относятся элементы А-групп Периодической системы - Be, Al, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po и др., а также большинство элементов Б-групп - Cr, Mn, Fe, Zn, Cd, Au и др. Амфотерные оксиды называют так же, как и основные, например:
Амфотерные гидроксиды (если степень окисления элемента превышает + II) могут находиться в орто - или (и) мета - форме. Приведем примеры амфотерных гидроксидов:
Амфотерным оксидам не всегда соответствуют амфотерные гидроксиды, поскольку при попытке получения последних образуются гидратированные оксиды, например:
Если амфотерному элементу в соединениях отвечает несколько степеней окисления, то амфотерность соответствующих оксидов и гидроксидов (а следовательно, и амфотерность самого элемента) будет выражена по-разному. Для низких степеней окисления у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание основных свойств, а у самого элемента - металлических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав катионов. Для высоких степеней окисления, напротив, у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание кислотных свойств, а у самого элемента - неметаллических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав анионов. Так, у оксида и гидроксида марганца(II) доминируют основные свойства, а сам марганец входит в состав катионов типа 2+ , тогда как у оксида и гидроксида марганца(VII) доминируют кислотные свойства, а сам марганец входит в состав аниона типа MnO 4 - . Амфотерным гидроксидам с большим преобладанием кислотных свойств приписывают формулы и названия по образцу кислотных гидроксидов, например НMn VII O 4 - марганцовая кислота.
Таким образом, деление элементов на металлы и неметаллы - условное; между элементами (Na, K, Ca, Ba и др.) с чисто металлическими и элементами (F, O, N, Cl, S, C и др.) с чисто неметаллическими свойствами существует большая группа элементов с амфотерными свойствами.
4. Бинарные соединения
Обширный тип неорганических сложных веществ - бинарные соединения. К ним относятся, в первую очередь все двухэлементные соединения (кроме основных, кислотных и амфотерных оксидов), например H 2 O, KBr, H 2 S, Cs 2 (S 2), N 2 O, NH 3 , HN 3 , CaC 2 , SiH 4 . Электроположительная и электроотрицательная составляющие формул этих соединений включают отдельные атомы или связанные группы атомов одного элемента.
Многоэлементные вещества, в формулах которых одна из составляющих содержит не связанные между собой атомы нескольких элементов, а также одноэлементные или многоэлементные группы атомов (кроме гидроксидов и солей), рассматривают как бинарные соединения, например CSO, IO 2 F 3 , SBrO 2 F, CrO(O 2) 2 , PSI 3 , (CaTi)O 3 , (FeCu)S 2 , Hg(CN) 2 , (PF 3) 2 O, VCl 2 (NH 2). Так, CSO можно представить как соединение CS 2 , в котором один атом серы заменен на атом кислорода.
Названия бинарных соединений строятся по обычным номенклатурным правилам, например:
OF 2 - дифторид кислорода | K 2 O 2 - пероксид калия |
HgCl 2 - хлорид ртути(II) | Na 2 S - сульфид натрия |
Hg 2 Cl 2 - дихлорид диртути | Mg 3 N 2 - нитрид магния |
SBr 2 O - оксид-дибромид серы | NH 4 Br - бромид аммония |
N 2 O - оксид диазота | Pb(N 3) 2 - азид свинца(II) |
NO 2 - диоксид азота | CaC 2 - ацетиленид кальция |
Для некоторых бинарных соединений используют специальные названия, список которых был приведен ранее.
Химические свойства бинарных соединений довольно разнообразны, поэтому их часто разделяют на группы по названию анионов, т.е. отдельно рассматривают галогениды, халькогениды, нитриды, карбиды, гидриды и т. д. Среди бинарных соединений встречаются и такие, которые имеют некоторые признаки других типов неорганических веществ. Так, соединения CO, NO, NO 2 , и (Fe II Fe 2 III)O 4 , названия которых строятся с применением слова оксид, к типу оксидов (кислотных, основных, амфотерных) отнесены быть не могут. Монооксид углерода СО, монооксид азота NO и диоксид азота NO 2 не имеют соответствующих кислотных гидроксидов (хотя эти оксиды образованы неметаллами С и N), не образуют они и солей, в состав анионов которых входили бы атомы С II , N II и N IV . Двойной оксид (Fe II Fe 2 III)O 4 - оксид дижелеза(III)-железа(II) хотя и содержит в составе электроположительной составляющей атомы амфотерного элемента - железа, но в двух разных степенях окисления, вследствие чего при взаимодействии с кислотными гидроксидами образует не одну, а две разные соли.
Такие бинарные соединения, как AgF, KBr, Na 2 S, Ba(HS) 2 , NaCN, NH 4 Cl, и Pb(N 3) 2 , построены, подобно солям, из реальных катионов и анионов, поэтому их называют солеобразными бинарными соединениями (или просто солями). Их можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в соединениях НF, НCl, НBr, Н 2 S, НCN и НN 3 . Последние в водном растворе обладают кислотной функцией, и поэтому их растворы называют кислотами, например НF(aqua) - фтороводородная кислота, Н 2 S(aqua) - сероводородная кислота. Однако они не принадлежат к типу кислотных гидроксидов, а их производные - к солям в рамках классификации неорганических веществ.
Мимимицин. Антибиотик из группы антрациклиновых, предназначенный для уничтожения грамположительных бактерий. Относится к подгруппе так называемых «богемных» антибиотиков — все 8 её «участников» названы разработчиками из американского города Сиракузы в честь персонажей оперы Пуччини «Богема». Мимимицин назван в честь Мими, также в группу входят богемамин, альциндоромицин, колленомицин, марселломицин, мюзеттамицин, рудольфомицин и шонардимицин.
Пикачурин. Белок, обнаруженный в сетчатке глаза и впервые описанный в 2008 году японским биологом Сигеру Сато. Будучи фанатом покемонов, Сато назвал открытое им вещество в честь Пикачу, поскольку новый белок показался ему очень быстрым и непредсказуемым в реакциях. Как настоящий Пикачу.
Ранасмурфин. Белок, обнаруженный в местах жительства древесной лягушки в Юго-Восточной Азии. Белок, впервые описанный в 2008 году, был нетипового для белков синего цвета, и первооткрыватели назвали его в честь Смурфиков, известных своей ярко-синей кожей.
Бастардан. Трициклический мостиковый углеводород, близкий родственник адамантана. По сути, является модификацией адамантана, возникшей благодаря нетиповому отклонению от принципов формирования углеводородов своей группы, оттого и получил название «бастардан» от слова bastard, «незаконнорожденный ребёнок».
Дракулин. Гликопротеид, выделенный из слюны летучих мышей — вампиров. Мостоит из 411 остатков аминокислот, работает как антикоагулянт и назван, как нетрудно догадаться, в честь графа Дракулы.
Олимпиадан. Один из катенанов, молекул, которые помимо химических связей, имеют механические «скрепления» повторяющихся циклов. Олимпиадан — вещество, молекулы которой представляют собой 5 независимых, но механически сцепленных колец. Синтезировано в 1994 году и названо в честь Олимпиады.
Свод правил, как надо называть то или иное химическое соединение, называется химической номенклатурой. Первоначально названия химических веществ появлялись без каких-либо правил и систематики - такие названия сейчас называются «тривиальными». Многие названия, которые употребляются уже сотни, а иногда и тысячи лет (например, уксусная кислота), в ходу и сейчас.
Какая номенклатура лучше
С тех пор как химия стала наукой, предпринимались неоднократные попытки систематизировать химические названия. На данный момент существует множество химических номенклатур, популярных в большей или меньшей степени. Наиболее распространенной являются «Рациональная номенклатура» для неорганических соединений и «Правила номенклатуры органических соединений IUPAC 1957». Тем не менее, абсолютно универсальной системы названий нет, разные организации, научные издания и даже страны отдают предпочтение той или иной номенклатуре, поэтому практически любая номенклатура содержит таблицы синонимов. Например, воду можно называть дигидрогена монооксид или H2O, а серную кислоту - тетраоксосульфат диводорода или H2SO4. В таблице Менделеева у каждого элемента есть два названия, к примеру, русское и международное обозначение: олово и Sn (Stannum), серебро и Ag (Argentum).
В России употребляются разные номенклатуры. Роспатент рекомендует использовать Chemical Abstracts, в ГОСТе используются правила ИЮПАК (Международный союз теоретической и прикладной химии). При этом считается разумным для давно известных веществ использовать устоявшиеся тривиальные названия: сода, вода, лимонная кислота , а вот для новых веществ, особенно органических, сложного состава, лучше использовать систематические названия, в которых отражено строение соединения.
Систематика для неорганических веществ
Названия неорганических соединений основываются на русских названиях элементов или использовании корней традиционных латинских названий: нитрид от Nitrogenium, дикислород, бромид, оксид от Oxygenium, сульфид от sulfur, карбонат от Carboneum и т.п. Для указания числа атомов в соединении используются приставки, например, моно- (один), ди- (два), тетра- (четыре), дека- (десять), додека- (двенадцать). Для неопределенного числа пишут п- (поли-).
Названия химического вещества отражает его химическую формулу, состоящую из реальных или условных ионов. Названия читаются справа налево. Число ионов указывается с помощью приставки либо степенью окисления римской цифрой в скобках:
SnO2 - диоксид олова, оксид олова (IV);
SnO - монооксид олова, оксид олова (II).
Для известных веществ используются устоявшиеся названия: вода, аммиак, сероводород, озон, кислород, фтороводород и т. д.
Названия кислот и щелочей
Названия кислот состоят из названия образующего вещества и слова «кислота»: угольная кислота, азотная кислота, соляная кислота. Для менее известных кислот используются правила построения названия для комплексных соединений. Например, борофтористоводородная кислота HBF4 еще называется тетрафтороборная кислота.
Названия щелочей состоят из названия металла и слова «гидроксид (гидроокись)»: гидроксид натрия, гидроокись кальция.
Названия солей
Составляются из названия кислотного остатка и металла. Главным является кислотный остаток. Для кислородосодержащих солей используется суффикс «-ат/-ит», для не содержащих кислород - «-ид». Например, NaBr - бромид натрия , K2CO3 - карбонат калия.
Для кислородосодержащих солей используются различные суффиксы и приставки, показывающие степень окисления кислотного остатка.
За основу взят суффикс «-ат»,
при понижении степени окисления, используется сначала суффикс «-ит», потом, в дополнение к суффиксу «-ит», приставка «гипо-». 
Для более высокой степени окисления суффикс «-ат» дополняется приставкой «пер-». Например,
NaClO4 - перхлорат натрия,
NaClO3 - хлорат натрия,
NaClO2 - хлорит натрия,
NaClO - гипохлорит натрия.
Для кислых, оснóвных солей, кристаллогидратов и некоторых других групп существуют свои групповые названия и правила образования. Например, для кристаллогидратов используют слово «гидрат» перед названием соли. Квасцы - это общее название класса двойных сульфатов, например, KAl(SO4)2*12H2O - алюмокалиевые квасцы .
Для органических веществ используются номенклатурные правила, отражающие строение этих соединений. Мы рассмотрим их в наших следующих статьях.