15. 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 или металлоиды.

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 и неорганические: органическими принято называть соединенияуглерода все остальные вещества называются неорганическими (иногда минеральными).

Неорганические вещества разделяются на классы либо по составу (двухэлементные, или бинарные, соединения и многоэлементные соединения; кислородсодержащие, азотсодержащие и т. д.), 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 соединения элементов с кислородом (оксиды), с галогенами (галоге-ниды или галиды), азотом (нитриды), углеродом (карбиды), а также соединения металлических элементов с водородом (гидриды). Их названия образуются из латинского корня названия более элетроотрицательного элемента с окончанием и русского названия менее электроотрицательного элемента в родительном падеже, причем в формулах бинарных соединений первым записывается символ менее электроотрицательного элемента. Например, — оксид серебра, — фторид кислорода (фтор — более электроотрицательный элемент, чем кислород), — бромид калия, — нитрид магния, — карбид кальция (однако названия водородных соединений неметаллов, обладающих свойствами кислот, образуются по правилам, принятым для кислот, — см. ниже).

Если менее электроотрицательный элемент может находиться в разных окислительных состояниях, то после его названия в скобках указывают римскими цифрами степень его окисленности. Так, - оксид меди(I), оксид меди (II), СО — оксид углерода (II) — оксид углерода (IV), — фторид серы (VI). Можно также вместо степени окисленности указывать с помощью греческих числительных приставок (моно, ди, три, тетра, пента, гекса и т. д.) число атомов более электроотрицательного элемента в формуле соединения: СО — монооксид углерода (приставку «моно» часто опускают), — диоксид углерода, — гексафторид серы.

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 реагирует с водой, образуя гидроксид кальция :

Оксид магния — тоже основной оксид. Он малорастворим в воде, но ему соответствует основание — гидроксид магния , который можно получить из 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 взаимодействует с водой, образуя серную кислоту :

Диоксид кремния — тоже кислотный оксид. Хотя он не взаимодействует с водой, ему соответствует кремниевая кислота , которую можно получить из 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, . Явление амфотерности рассматривается в § 87.

Несолеобразующие оксиды, как видно из их названия, не способны взаимодействовать с кислотами или основаниями с образованием солей.

К ним относятся и некоторые другие оксиды.

Существуют вещества — соединения элементов с кислородом, которые, относясь по составу к классу оксидов, по строению и свойствам относятся к классу солей. К таким веществам принадлежат, в частности, пероксиды металлов— например, пероксид бария . По своей природе пероксиды представляют собой соли очень слабой кислоты — пероксида (перекиси) водорода (см. § 117). К солеобразным соединениям относятся и такие вещества, как и (§ 188).

Среди многоэлементных соединений важную группу составляют гидроксиды — вещества, содержащие гидроксогруппы ОН. Некоторые из них (основные гидроксиды) проявляют свойства оснований — и т. п.; другие (кислотные гидроксиды) проявляют свойства кислот — и др.; существуют и амфотерные гидроксиды, способные в зависимости от условий проявлять как основные, так и кислотные свойства, - 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 окисленности элемента (римскими цифрами в скобках). Например, — гидроксид лития, — гидроксид железа (II). Растворимые основные гидроксиды называются щелочами; важнейшие щелочи — гидроксид натрия , гидроксид калия КОН, гидроксид кальция .

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

Кислотами с позиций теории электролитической диссоциации (§ 82 и 87) называются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода. С точки зрения протонной теории кислот и оснований (§ 87) 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 амфотернымн оксидами) с образованием солей, например:

Кислоты классифицируют по их силе, по основности и по наличию или отсутствию кислорода в составе кислоты. По силе кислоты делятся на сильные и слабые (§ 84). Важнейшие сильные кислоты — азотная , серная и соляная . По наличию кислорода различают кислородсодержащие кислоты ( и т. п.) и бескислородные кислоты ( 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, , ), двухосновные , трехосновные и т. д.

Названия бескислородных кислот составляют, добавляя к корню русского названия кислотообразующего элемента (или к названию группы атомов, например CN — циан) суффикс о и окончание водород: — хлороводород, — селеноводород, HCN — 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 окисленности, оканчивается на ная или овая; например, — серная кислота, — хлорная кислота, — мышьяковая кислота. С понижением степени окисленности кислотообразующего элемента окончания изменяются в следующей последовательности: оватая ( — хлорноватая кислота), истая ( — хлористая кислота), оватистая — хлорноватистая кислота). Если элемент образует кислоты, находясь только в двух степенях окисленности, то название кислоты, отвечающее низшей степени окисленности элемента, получает окончание истая ( - азотная кислота, - азотистая кислота).

Одному и тому же кислотному оксиду (например, ) могут соответствовать несколько кислот, содержащих по одному атому данного элемента в молекуле (например, ). В подобных случаях к названню кислоты, содержащей наименьшее число атомов кислорода, добавляется приставка мета, а к названию кислоты, содержащей наибольшее число атомов кислорода — приставка орто — метафосфорная кислота, — ортофосфорная кислота). Если же молекула кислоты содержит несколько атомов кислотообразующего элемента, то название кислоты снабжается соответствующей русской числительной приставкой; например, — двуфосфорная кислота, четырехборная кислота.

Некоторые кислоты содержат в своем составе группировку атомов . Такие кислоты рассматриваются как производные пероксида водорода и называются пероксокислотами (старое название — надкислоты). Названия подобных кислот снабжаются приставкой пероксо и, если необходимо, русской числительной приставкой, указывающей число атомов кислотообразующего элемента в молекуле кислоты; например, — пероксосерная кислота, пероксодвусерпая 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 оксидами) с образованием солей, например:

С позиций протонной теории кислот и оснований (§ 87) 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 . Подобно основным гидроксидам аммиак взаимодействует с кислотами, образуя соли, например:

В зависимости от числа протонов, которые может присоединить основание, различают однокислотные основания , КОН, и т. д., двукислотные и т. д. По силе основания делятся на сильные и слабые (§ 84); 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 ) 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:

(сульфат кальция)-нормальная соль;

(гидросульфат калия) — кислая соль;

(хлорид гидроксомагния)-основная соль.

Соли, образованные двумя металлами и одной кислотой, называются двойными солями; соли, образованные одним металлом и двумя кислотами, — смешанными солями. Примером двойной соли может служить сульфат калия-алюминия (алюмокалиевые квасцы) . К смешанным солям относится, например, хлорид-гипохлорит кальция — кальциевая соль соляной и хлорноватистой кислот.

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 используемся русское наименование соответствующего металла или группы атомов; при этом, если необходимо, указывают (в скобках римскими цифрами) степень окисленности металла.

Анионы бескислородных кислот называются по общему для бинарных соединений правилу, т. е. получают окончание ид. Так, - фторид аммония, — сульфид олова (II), — цианид натрия. Окончания названий кислородсодержащих кислот зависят от степени окисленности кислотообразующего элемента. Для высшей его степени окисленности или кислота) применяется окончание например, соли азотной кислоты называются нитратами, серной кислоты — сульфатами, хромовой кислоты — хроматами. Для более низкой степени окисленности ( кислота) применяется окончание ит; так, соли азотной кислоты называются нитритами, сернистой кислоты — сульфитами. Если элемент образует кислоту, находясь в еще более низкой степени окисленности ( кислота), то название аниона этой кислоты получает приставку гипо и окончание например, соли хлорноватистой кислоты называются гипохлоритами.

К названиям анионов кислот, содержащих несколько атомов кислотообразующего элемента, добавляются греческие числительные приставки, указывающие число этих атомов. Так, соли двусерной кислоты называются дисульфатами, четырехборной кислоты тетраборатами.

Названия анионов пероксокислот Образуют с помощью приставки пероксо-, соли пероксосерной кислоты — пероксосульфаты, соли пероксодвусерной кислоты — пероксодисульфаты — и т. д.

Названия кислых и основных солей образуются по тем же общим правилам, 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, — гидроортофосфат натрия, — дигидроортофосфат натрия. Аналогично катион основной соли получает приставку гидроксо, указывающую на наличие незамещенных гидроксогрупп. Например, — хлорид гидроксоалюминия, — хлорид дигидроксоалюминия.

По исторически сложившейся традиции для солей хлорной , йодной и марганцовой кислот применяют названия, отличающиеся от систематических: их называют соответственно перхлоратами, периодатами и пермаганатами. Поэтому отличаются от систематических и общеупотребительные названия солей хлорноватой , йодноватой и марганцовистой кислот (соответственно — хлораты, иодаты и манганаты).

Ниже приведены названия солей важнейших кислот: