Номенклатура на химичните съединения: система от наименования, типове и класификации

При такъв интересен предмет като химията трябва да започнем от основите: класификацията и номенклатурата на химичните съединения. Това ще ви помогне да не се изгубите в тази толкова сложна наука и да поставите всички нови знания на правилното им място.

Няколко бележки

Номенклатурата на химичните съединения е система, включваща всички наименования на химичните вещества, техните групи, класове и правилата, по които се образуват наименованията им. Кога е разработен??

Първата номенклатура на химията. на съединенията е разработена през 1787 г. от комисия от френски химици под ръководството на А. Л. Лавоазие. Дотогава имената на веществата са били давани произволно: според някои характеристики, според метода на производство, според името на откривателя и т.н. Всяко вещество може да има няколко имена, т.е. синоними. Комисията реши, че всяко вещество трябва да има само едно наименование; наименованието на дадено съединение може да се състои от две думи, указващи вида и рода на съединението, и не трябва да противоречи на езиковите правила. Тази номенклатура на химичните съединения се превръща в модел за номенклатурите на различни националности, включително руската, в началото на XIX в. Това ще бъде разгледано по-долу.

Видове номенклатура за химични съединения

Изглежда невъзможно да се разбере химията. Но ако сте запознати с двата вида химическа номенклатура. на съединенията, можем да видим, че това не е толкова сложно. Какви са тези класификации? Съществуват два вида номенклатура на химичните съединения:

• неорганични;
• органичен.

Какво представляват те?

Прости вещества

Химичната номенклатура на неорганичните съединения е формулата и наименованието на веществата. Химичната формула е представяне на символи и букви, отразяващи състава на дадено вещество, като се използва Периодичната система на Дмитрий Иванович Менделеев. Наименованието е описание на състава на дадено вещество с помощта на определена дума или група думи. Формулите се съставят в съответствие с правилата на номенклатурата на химичните съединения и, като се използват същите правила, се дава запис на.

Някои наименования на елементи са образувани от латинския корен на тези наименования. Например:

• C - въглерод, лат. carboneum, корен "въглехидрати". Примери за съединения: CaC, калциев карбид; CaCO₃ - калциев карбонат.
• N - Азот, лат. nitrogenium, корен "нитра". Примери за съединения: NaNO₃ - натриев нитрат; Ca₃N₂ - калциев нитрид.
• H - Водород, лат. hydrogenium, корен "хидро". Примери за съединения: NaOH, натриев хидроксид; NaH, натриев хидрид.
• O - Кислород, лат. оксиген, корен "ox". Примери за съединения: CaO, калциев оксид; NaOH, натриев хидроксид.
• Fe - желязо, лат. ferrum, корен "ferr". Примери за съединения: K₂FeO₄ - калиев ферат и т.н.

За описание на броя на атомите в дадено съединение се използват префиксите. За примерите в таблицата веществата от органичната и неорганичната химия са изброени, както следва.

Органични вещества

Съединенията в органичната химия не са толкова ясни, колкото в неорганичната химия. Фактът, че принципите на химическата номенклатура на органичните съединения се основават на три вида номенклатура едновременно. На пръв поглед това изглежда изненадващо и объркващо. Те обаче са съвсем прости. Ето видовете номенклатура на химичните съединения:

• исторически или тривиални;
• систематични или международни;
• рационален.

В днешно време именно те се прилагат да се даде име на органично съединение. Разгледайте всяка от тях и вижте, че номенклатурата на основните класове химични съединения не е толкова сложна, колкото изглежда.

Тривиално

Това е първата номенклатура, която се появява в началото на развитието на органичната химия, когато няма класификация на веществата или теория за структурата на техните съединения. Органичните съединения са получили произволни имена въз основа на източника. Например ябълчена киселина, оксалова киселина. Също така критериите за разграничаване, по които се дават имената, са цвят, мирис и химически свойства. Последните обаче се използват рядко, тъй като през този период се знае сравнително малко за възможностите на органичния свят. Въпреки това много от имената от тази доста стара и тясна номенклатура често се използват и днес. Например: оцетна киселина, карбамид, индиго (лилави кристали), толуол, аланин, маслена киселина и много други.

Рационален

Тази номенклатура е възникнала след появата на класификацията и единната теория за структурата на органичните съединения. Той има национален характер. Органичните съединения се наричат по вида или класа, към който принадлежат според химичните и физичните си свойства (ацетилени, кетони, алкохоли, етилени, алдехиди и др.). Понастоящем тази номенклатура се използва само когато дава ясна и по-подробна представа за съответното съединение. Например: метилацетилен, диметилкетон, метилов алкохол, метиламин, хлороцетна киселина и др. По този начин от наименованието веднага става ясно от какво е съставено едно органично съединение, но все още не може да се определи по-точното разположение на заместващите групи.

Международен

Пълното ѝ наименование е систематичната международна номенклатура на химичните съединения на IUPAC (Международен съюз по чиста и приложна химия). Той е разработен и препоръчан от конгресите на IUPAC през 1957 г. и 1965 г. Правилата на международната номенклатура, публикувани през 1979 г., са събрани в "Синята книга".

В основата на систематичната номенклатура на химичните съединения е съвременната теория за структурата и класификацията на органичните вещества. Тази система има за цел да реши основния проблем на номенклатурата: Назоваването на всички органични съединения трябва да включва правилните наименования на заместителите (функциите) и техния гръбнак - въглеводородния скелет. Тя трябва да е такава, че да може да се определи единствената правилна структурна формула.

Желанието за създаване на единна химична номенклатура за органичните съединения възниква през 80-те години на ХХ век. Това се случва, след като Александър Михайлович Бутлеров създава теорията за химичната структура, която съдържа четири основни твърдения, разказващи за реда на атомите в молекулата, явлението изомерия, връзката между структурата и свойствата на материята и влиянието на атомите един върху друг. Това събитие се случва през 1892 г. на конгреса на учените-химици в Женева, който одобрява правила за номенклатура на органичните съединения. Тези правила стават част от органиката под името Женевска номенклатура. Той е в основата на популярния наръчник на Бейлщайн.

Естествено, броят на органичните съединения нараства с времето. Поради тази причина номенклатурата непрекъснато се усложнява и се появяват нови допълнения, които са обявени и приети на следващия конгрес, проведен през 1930 г. в Лиеж. Нововъведенията се основават на удобството и краткостта. И сега систематичната международна номенклатура включва някои от разпоредбите на Женева и Лиеж.

Така тези три вида систематизация са основните принципи на химичната номенклатура на органичните съединения.

Класификация на простите съединения

Сега е време да преминем към най-интересната част: класификацията на органичните и неорганичните вещества.

Днес светът познава хиляди различни неорганични съединения. Почти невъзможно е да се знаят всички техни имена, формули и свойства. Затова всички вещества в неорганичната химия се разделят на класове, които групират всички съединения според сходна структура и свойства. Тази класификация е показана в таблицата по-долу.

Първото деление се основаваше на броя на елементите, от които се състои дадено вещество. Ако е съставено от атоми на един елемент, то е просто, а ако е съставено от два или повече елемента, то е сложно.

Разгледайте всеки клас прости вещества:

1. Металите са елементи от първа, втора и трета група (с изключение на бора) на периодичната таблица D. И. Менделееви елементи, както и декадни елементи, лантоноиди и октиноиди. Всички метали имат общи физични (коваемост, топло- и електропроводимост, метален блясък) и химични (редукционни, взаимодействие с вода, киселина и др.) свойства.
2. Неметалите включват всички елементи от осма, седма и шеста група (с изключение на полоний), както и арсен, фосфор, въглерод (от пета група), силиций, въглерод (от четвърта група) и бор (от трета група).
3. Амфотерните съединения са съединения, които могат да проявяват свойствата както на неметали, така и на метали. Например алуминий, цинк, берилий и др.
4. Благородните (благородните) газове са елементи от осма група: радон, ксеон, криптон, аргон, неон, хелий. Общото между тях е ниската им активност.

Тъй като всички прости вещества са съставени от атоми на един и същ елемент от Периодичната система, техните имена обикновено съвпадат с имената на тези химични елементи в таблицата.

Разграничаване на понятията "химичния елемент" и "прост въпрос", Въпреки сходството на наименованията, трябва да се разбира следното: първият образува сложно вещество, свързва се с атоми на други елементи, не може да се разглежда отделно от всяко сложно вещество. Второто понятие обаче ни позволява да разберем, че това вещество има свои собствени свойства и не се свързва с други. Например кислородът е част от водата, а кислородът се съдържа в дишането. В първия случай елементът е част от цялото - водата, а във втория - като себе си само по себе си веществото, което диша организмът на живите същества.

Сега нека разгледаме всеки клас сложни вещества:

1. Оксидите са сложни вещества, състоящи се от два елемента, единият от които е кислород. Оксидите могат да бъдат: основни (при разтваряне във вода се превръщат в основи), амфотерни (образуват се от амфотерни метали), кисели (образуват се от неметали в състояния на окисление от +4 до +7), бинарни (образуват се от метали в различни състояния на окисление) и несолеви (напр. NO, CO, N₂O и други).
2. Хидроксидите са вещества, които имат в състава си група - OH (хидроксилна група). Те са: основни, амфотерни и киселинни.
3. Солите са сложни съединения, състоящи се от метален катион и киселинен анион. Солите могат да бъдат: средни (метален катион + анион с киселинен остатък); кисели (метален катион + незаместени водородни атоми + киселинен остатък); основни (метален катион + киселинен остатък + хидроксилна група); двойни (два метални катиона + киселинен остатък); смесени (метален катион + два киселинни остатъка).
4. Бинарно съединение е двуелементно или многоелементно съединение, което включва не повече от един катион или анион или комплексен катион или анион. Например, KF, CCl₄, NH₃ и т.н.
5. Киселините са сложни вещества, в които катионите са изключително водородни йони. Техните отрицателни аниони се наричат киселинни остатъци. Тези съединения могат да бъдат кислородсъдържащи или безкислородни, едно- или двуосновни (в зависимост от броя на водородните атоми), силни или слаби.

Класификация на органичните съединения

Както е добре известно, всяка класификация се основава на определени характеристики. Съвременната класификация на органичните съединения се основава на две най-важни характеристики:

• структурата на въглеродния скелет;
• наличие на функционални групи в молекулата.

Функционалните групи са тези атоми или групи атоми, от които зависят свойствата на веществата. Те се използват, за да се определи към кой клас принадлежи дадено съединение.

• алкохоли (-OH);
• алдехиди (-COH);
• карбоксилни киселини (-COOH);
• Амини (-NH₂).

За да се разбере първото разделение на въглеводородите на циклични и ациклични класове, е необходимо да се запознаем с видовете въглеродни вериги:

• Линейни (въглеводороди, подредени в права линия).
• Разклонени (един въглерод във веригата е свързан с три други, т.е. образува се разклонение).
• Затворени (въглеродните атоми образуват пръстен или халка).

Въглеродите, които имат цикли в структурата си, се наричат циклични, а останалите - ациклични.

Кратко описание на всеки клас органични съединения

1. Въглеводородите (алканите) не могат да добавят водород или друг елемент. Общата им формула е C_nH_2n+2. Най-простият алкан е метанът (CH₄). Всички изброени по-долу съединения от този клас са подобни на метана по структура и свойства, но се различават от него по състав с една или повече групи -CH₂-. Поредица от съединения, които следват този модел, се нарича хомологична редица. Алканите са способни да влизат в реакции на заместване, горене, разлагане и изомеризация (превръщане в разклонени въглеводороди).
2. Циклоалканите са подобни на алканите, но имат циклична структура. Формулата им е C_nH_2n. Те могат да претърпят реакции на добавяне (например превръщане на водорода в алкан), заместване и дехидрогениране (отделяне на водорода).
3. Ненаситени въглеводороди от етиленовата серия (алкени) са въглеводороди с обща формула С_nH_2n. Най-простият представител е етиленът, C₂H₄. В структурата им има една двойна връзка. Веществата от този клас участват в реакции на добавяне, горене, окисление, полимеризация (процес на свързване на малки идентични молекули в по-големи).
4. Диенови (алкадиенови) въглеводороди с формула C_nH_2n-2. Те вече имат две двойни връзки и могат да реагират чрез добавяне и полимеризация.
5. Ацетилените се различават от другите класове по това, че имат една тройна връзка. Общата им формула е C_nH_2n-2. Най-простият представител е ацетиленът - C₂H_2. Реакции на добавяне, окисление и полимеризация.
6. Ароматните въглеводороди (арени) са наречени така, защото някои от тях имат приятна миризма. Те са с циклична структура. Общата им формула е C_nH_2n-6. Най-простият от тях е бензенът, който има C₆H₆. Те могат да претърпят реакции на халогениране (замяна на водородни атоми с халогенни), нитриране, добавяне и окисление.