4.5: Вступ до хімічної номенклатури
- Page ID
- 19232
Різні інструктори виклали широко різні вимоги до хімічної номенклатури. Напевно, найбільш часто очікувані наступні:
- Слід знати назву і позначення не менше перших двадцяти елементів, а також всіх галогенних і благородних газів груп (групи 17-18).
- Назвіть будь-яку бінарну молекулу, використовуючи стандартні префікси для 1-10.
- Всі часто зустрічаються іони.
- Солі та інші іонні сполуки, включаючи перераховані тут кислоти. У деяких курсах вам не потрібно буде знати імена -ous/-ic для солей міді, заліза і т.д., але в інших ви будете.
- Дізнайтеся у вашого інструктора, які органічні сполуки ви повинні бути в змозі назвати.
Хімічна номенклатура є занадто великою темою для комплексного лікування, і було б марною диверсією намагатися зробити це на початковому курсі; більшість студентів хімії підбирають хімічні назви та правила, що регулюють їх, коли вони йдуть. Але ми навряд чи можемо говорити про хімію, не згадуючи деякі хімічні речовини, всі з яких мають names— і часто, більше одного! Все, що ми спробуємо зробити тут, - це висвітлити те, що вам потрібно знати, щоб зрозуміти хімію першого року. Для тих з вас, хто планує продовжувати в хімії, дійсно весело речі приходить пізніше!
Існує понад 100 мільйонів названих хімічних речовин. Хто придумує назви всіх цих хімічних речовин? Чи загрожує нам вичерпання нових імен? Відповідь на останнє питання - «ні», з тієї простої причини, що переважна більшість назв не «придумані»; існують складні правила присвоєння назв хімічних речовин на основі їх структур. Вони називаються систематичними іменами; вони можуть бути трохи важкими, але вони однозначно ідентифікують дану речовину. Правила для цих назв визначаються міжнародним органом. Але для того, щоб полегшити індексацію та ідентифікацію, кожна відома хімічна речовина має свій числовий «персональний ідентифікатор», відомий як номер реєстру CAS. Наприклад, кофеїн однозначно ідентифікується за номером реєстру 58-08-2. Щодня видається близько 15 000 нових номерів.
Загальні імена проти систематичних імен
Багато хімічних речовин є настільки частиною нашого життя, що ми знаємо їх за їхніми знайомими іменами, як і інші наші друзі. Дана речовина може мати кілька загальних або тривіальних назв; звичайний тростинний цукор, наприклад, більш формально відомий як «сахароза», але просити його за обіднім столом з такою назвою, швидше за все, буде розмовною пробкою, і я навіть не ризикну передбачити результат, якщо ви спробуєте використовувати його систематичний ім'я в тому ж контексті:
«Будь ласка, передайте α-D-глюкопіранозил- (1,2) - β-D-фруктофуранозид!»
Але «сахароза» буде цілком доречна, якщо потрібно відрізнити саме цей цукор від сотень інших названих цукрів. Єдине місце, де ви зустрінете систематичне ім'я, як досить громіздке згадане тут, - це посилання (у друкованій формі або в базі даних комп'ютера) до цукру, який не має загальної назви.
Хімічні речовини були частиною тканини цивілізації та культури протягом тисяч років, а сучасна хімія зберігає багато цього стародавнього багажу у вигляді термінів, приховані культурні та історичні зв'язки яких додають кольору та інтересу до предмету. Багато загальних хімічних назв дійшли до нас лише після надзвичайно довгих подорожей у часі та місці, як ілюструють наступні два приклади.
Аміак
Більшість людей можуть асоціювати назву аміак (\(NH_3\)) з газом, що має різкий запах; систематична назва «тригідрид азоту» (який рідко використовується) підкаже вам його формулу. Те, що він не скаже вам, це те, що дим від спалювання верблюжого гною (основного палива Північної Африки) конденсується на прохолодних поверхнях, утворюючи кристалічний осад. Стародавні римляни вперше помітили це на стіанах і стелі храму, який єгиптяни побудували богу Сонця Амуну в Фівах, і вони назвали матеріал сал аміак, що означає «сіль Амона». У 1774 році Джозеф Прістлі (першовідкривач кисню) виявив, що при нагріванні сала аміаку утворюється газ з різким запахом, який Т.Бергман назвав «аміаком» через вісім років.
Алкоголь
Алкоголь увійшов в англійську мову в 17 столітті зі значенням «сублімованого» речовини, потім став «чистим духом» чого-небудь, і тільки став асоціюватися з «духом вина» в 1753 році. Нарешті, в 1852 році вона стала частиною хімічної номенклатури, яка позначала загальний клас органічної сполуки. Але все ще поширена практика називати конкретну речовину CH 3 CH 2 OH як «алкоголь», а не його систематичну назву етанол.
Арабська алхімія дала нам ряд хімічних термінів; наприклад, алкоголь, як вважають, походить від арабської або аль-гала, первісним значенням якого був металевий порошок, який використовується для затемнення жіночих повік (kohl).
Загальна практика серед хіміків полягає у використанні більш поширених хімічних назв, коли це практично, особливо в усному або неофіційному письмовому спілкуванні. Для багатьох найпростіших сполук (включаючи більшість з тих, з якими ви зіткнетеся на курсі першого року), систематичні та загальні назви однакові, але там, де є різниця, і якщо контекст дозволяє це, загальна назва зазвичай є кращою.
Багато «загальних» імен, про які ми посилаємося на цьому уроці, відомі та використовуються головним чином науковою спільнотою. Хімічні речовини, які використовуються в будинку, мистецтві або в промисловості придбали традиційні або «популярні» назви, які все ще широко використовуються. Багато, як і сал аміак, згаданий вище, мають захоплюючі історії, щоб розповісти.
ВІД 4 ДО 7 · 10Х2О| народна назва | хімічна назва | формула |
|---|---|---|
| бура | тетраборат натрію декагідрат | |
| каломель | хлорид ртуті (I) | Хг 2 Сл 2 |
| молоко магнезії | гідроксид магнію | Мг (ОН) 2 |
| сольова кислота | соляна кислота | HCl (aq) |
| масло купоросу | сірчана кислота | Н 2 ТАК 4 |
| селітра | нітрат натрію | нано 3 |
| гашене вапно | гідроксид кальцію | Са (ОН) 2 |
Мінерали: Мінерали - це тверді матеріали, що зустрічаються в землі, які класифікуються та називаються відповідно до їх складів (які часто змінюються в безперервному діапазоні) та розташуванням атомів у їх кристалічних решітках. Існує близько 4000 названих мінералів. Багато з них названі на честь місць, людей або властивостей, і найчастіше закінчуються на -ite.
Фірмові назви: Хімія є основною галуззю, тому не дивно, що багато речовин продаються під торговими марками. Це особливо часто зустрічається у фармацевтичній промисловості, яка використовує комп'ютери для виведення імен, які, як вони сподіваються, відрізнять новий продукт від продуктів його конкурентів. Мабуть, найвідоміший з них - Аспірин, ім'я якого було придумано німецькою компанією Bayer в 1899 році. Ця торгова назва була захоплена урядом США після Першої світової війни і більше не є захищеною торговою маркою в цій країні.
Назви та символи Стихії
Найменування хімічних речовин починається з назв елементів. Першовідкривач елемента традиційно мав право назвати його, і в цих назвах можна знайти якусь цікаву людську та культурну історію, багато з яких стосуються властивостей елемента або географічних місць. Лише деякі з найбільш недавно виявлених (і штучно вироблених) елементів названі на честь людей. Деякі елементи насправді не були «виявлені», але відомі з давніх часів; багато з них мають символи, які походять від латинських назв елементів. Є дев'ять елементів, чиї похідні від латини символи ви повинні знати (Таблиця\(\PageIndex{2}\)).
|
назва елемента
|
символ
|
Латинська назва
|
|---|---|---|
| сурму | Сб | стібіум |
| мідь | Cu | мідь |
| золото | Au | аурум |
| залізо | Fe | залізо |
| свинець | Пб | схил |
| ртуті | Hg | водраргирум |
| калій | К | калій |
| натрію | Na | натрій |
| олово | Сн | олова |
У багатьох з цих назв багато історії та традицій. Наприклад, латинська назва ртуті, hydrargyrum, означає «водяне срібло», або quicksilver. Найменування «кряк», застосоване до некомпетентного лікаря, є псування фламандського слова для швидкого срібла, і походить від використання сполук ртуті в медицині 17 століття. Назва «ртуть» має алхімічне походження і, звичайно, походить від імені грецького бога, на честь якого названа планета; загадкові властивості елемента, в той же час металевого, рідкого та випаровуваного, припускають того самого посланника з крилатими ногами, який кружляє через небо близько до сонце.
Іменування бінарних молекул
Система, що використовується для іменування хімічних речовин, залежить від природи молекулярних одиниць, що складають з'єднання. Зазвичай це іони або молекули; до кожного застосовуються різні правила. У цьому розділі ми обговоримо найпростіші бінарні (двоатомні) молекули.
Часто доводиться розрізняти сполуки, в яких одні й ті ж елементи присутні в різних пропорціях; чадний газ СО і вуглекислий газ СО 2 знайомі кожному. Хіміки, можливо, сподіваючись, що це узаконить їх як вчених, використовують грецькі (іноді латинські) префікси для позначення чисел в іменах; ви часто стикаєтеся з ними, і ви повинні їх знати:
|
1/2 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| хемі | моно | ді | три | тетра | пента | гекса | гепта | окта | нона | дека |
Іноді ви побачите такі назви, як di wydrogen та di хлор, які використовуються для відрізнення загальних форм цих елементів (H 2 , Cl 2) від атомів, які мають однакову назву, коли це потрібно для наочності.
Приклади:
- N 2 O 4 - тетроксид азоту [зверніть увагу на відсутність a, що передує голосній]
- N 2 O - оксид азоту [частіше закис азоту]
- SF 6 - гексафторид сірки
- P 4 S 3 - тетрафосфор трисульфід [частіше фосфор сесквісульфід]
- Na 2 HPO 4 - динатрію гідрофосфат
- H 2 S - сірководень [пропускаємо як ді, так і моно]
- СО - чадний газ [моно - відрізнити його від діоксиду]
- CaSO 4 · ½ H 2 O - напівгідрат сульфату кальцію [У цій твердій речовині дві одиниці CaSO 4 поділяють одну воду гідратації між ними; частіше називають пластиром Парижа]
З цих прикладів буде видно, що хіміки мають звичку приймати кілька вольностей у застосуванні суворих числових префіксів до більш загальновідомих речовин.
Ці двоелементні сполуки зазвичай досить легко назвати, оскільки більшість з них дотримуються систематичного правила додавання суфікса -ide до кореневого імені другого елемента, який зазвичай є більш «негативним». Кілька таких прикладів наведено вище. Але як зазначалося вище, є деякі важливі винятки, в яких загальні або тривіальні назви мають пріоритет над систематичними іменами:
- H 2 O (вода, а не дигідроксид)/
- H 2 O 2 (перекис водню, а не дігідроксид)
- H 2 S (сірководень, а не сірководень)
- NH 3 (аміак, а не тригідрид азоту)
- NO (оксид азоту, а не окис азоту)
- N 2 O (закис азоту, а не оксид азоту)
- СН 4 (метан, а не тетрагідрид вуглецю)
Іменування іонів
Іон - це електрично заряджений атом або молекула— тобто той, в якому кількість електронів відрізняється від кількості ядерних протонів. Багато простих сполук можна розглядати, принаймні формально, як складаються з пари іонів, що мають протилежні знаки заряду. Позитивні іони, також відомі як катіони, в основному є металевими елементами, які просто приймають назву самого елемента.
|
кальцій
|
натрію
|
магній
|
кадмію
|
калій
|
|---|---|---|---|---|
|
Са 2 +
|
Na +
|
Мг 2 +
|
Кд 2 +
|
К +
|
Єдині важливі неметалічні катіони, про які потрібно знати, це
|
водню
|
гідроній
|
амонію
|
|---|---|---|
|
Н +
|
Н 3 О +
|
NH 4 +
|
(Пізніше, вивчаючи кислоти і основи, ви дізнаєтеся, що перші два представляють один і той же хімічний вид.)
Деякі металеві іони є багатовалентними, що означає, що вони можуть проявляти більше одного електричного заряду. Для них існують систематичні назви, в яких використовуються римські цифри, і набагато більш старі і менш громіздкі загальні назви, які в основному використовують латинські назви елементів, використовуючи закінчення - ous і - ic для позначення нижнього і вищого зарядів відповідно (табл.\(\PageIndex{4}\)). (У випадках, коли можливі більше двох значень заряду, використовуються систематичні назви.)
|
\(Cu^+\)
|
\(Cu^{2+}\)
|
\(Fe^{2+}\)
|
\(Fe^{3+}\)
|
\(^*Hg_2^{2+}\)
|
\(Hg^{2+}\)
|
\(Sn^{2+}\)
|
\(Sn^{4+}\)
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
мідь (I)
|
мідь (II)
|
залізо (II)
|
залізо (III)
|
ртуть (I)
|
ртуть (II)
|
олово (II)
|
олово (IV)
|
|
купорос
|
мідь
|
залізний
|
феромагнітний
|
меркутний
|
ртутний
|
олов'яний
|
станнік
|
| * Іон ртуті - це унікальний подвійний катіон, який іноді неправильно представлений як Hg +. | |||||||
Неметалеві елементи, як правило, утворюють негативні іони (аніони). Назви одноатомних аніонів закінчуються суфіксом -ide:
|
Cl —
|
S 2—
|
О 2—
|
C 4—
|
Я —
|
Н —
|
|---|---|---|---|---|---|
|
хлорид
|
сульфід
|
оксид
|
карбіду
|
йодиду
|
гідрид
|
Існує ряд важливих багатоатомних аніонів, які для цілей іменування можна розділити на кілька категорій. Кілька дотримуються шаблону для одноатомних аніонів:
|
ОХ —
|
CN —
|
О 2 —
|
|---|---|---|
|
гідроксиду
|
ціанистого
|
перекису
|
Оксаніони
Найбільш поширені кисневмісні аніони (оксианіони) мають назви, що закінчуються на -ate, але якщо існує варіант, що містить невелику кількість атомів кисню, він приймає суфікс -іт.
|
СО 3 2—
|
№ 3 —
|
№ 2 —
|
ТАК 4 2—
|
ТАК 3 2—
|
ПО 4 3—
|
|---|---|---|---|---|---|
|
карбонату
|
селітра
|
нітрит
|
сульфат
|
сульфіт
|
фосфат
|
Вищевказані іони (за винятком нітрату) також можуть поєднуватися з Н+ для отримання «кислотних» форм, що мають менші негативні заряди. З досить незрозумілих історичних причин деякі з них мають загальні назви, які починаються з - бі, які, хоча офіційно не рекомендується, все ще широко використовуються:
|
іон
|
систематичне найменування
|
загальне ім'я
|
|---|---|---|
|
НСО 3 —
|
гідрокарбонат
|
бікарбонат
|
|
ВСО 4 —
|
сульфат водню
|
бісульфат
|
|
ВСО 3 —
|
сірководню
|
бісульфіт
|
Хлор, а в меншій мірі бром і йод утворюють більш широку серію оксианіонів, що вимагає дещо складнішої конвенції про іменування:
|
КЛо —
|
КЛО 2 —
|
КЛО 3 —
|
КЛО 4 —
|
|---|---|---|---|
|
гіпохлорит
|
хлорит
|
хлорат
|
перхлорат
|
Іонні сполуки
Ці сполуки формально походять від позитивних іонів (катіонів) і негативних іонів (аніонів) у співвідношенні, яке дає електрично нейтральну одиницю. Солі, з яких звичайна «сіль» (хлорид натрію) є найпоширенішим прикладом, є все тверді речовини в звичайних умовах. Невелика кількість з них (наприклад, NaCl) зберігають свої іони компонентів і належним чином називаються «іонними твердими речовинами». Однак у багатьох випадках іони втрачають свій електрично заряджений характер і утворюють значною мірою неіонні тверді речовини, такі як CuCl 2. Термін «тверді речовини, отримані іонами» охоплює обидва ці класи сполук.
Більшість описаних вище катіонів і аніонів можуть поєднуватися, утворюючи тверді сполуки, які зазвичай відомі як солі. Однією з головних вимог є те, що отримана сполука повинна бути електрично нейтральною: таким чином іони Ca 2+ і Br - об'єднуються лише у співвідношенні 1:2, утворюючи бромід кальцію, CaBR 2. Оскільки ніяка інша найпростіша формула неможлива, немає необхідності називати її «дибромід кальцію».
Оскільки деякі металеві елементи утворюють катіони, що мають різні позитивні заряди, назви іонних сполук, отриманих від цих елементів, повинні містити деяку вказівку на катіонний заряд. Старший метод використовує суфікси -ous і -ic для позначення нижчих і вищих зарядів відповідно. У випадках заліза і міді використовуються латинські назви елементів: залізо, мідь.
Ця система все ще широко використовується, хоча вона була офіційно витіснена більш точною, якщо трохи громіздкою системою Stock, в якій вказується катіонний заряд (власне, число окислення) за допомогою римських цифр, наступних за символом катіону. В обох системах назва аніона закінчується на - ide.
|
формула
|
систематичне найменування
|
загальне ім'я
|
|---|---|---|
| CuCl | хлорид міді (I) | хлорид міді |
| КуСл 2 | хлорид міді (II) | хлорид міді |
| Hg 2 Сл | хлорид ртуті (I) | хлорид ртуті |
| Го | оксид ртуті (II) | оксид ртуті |
| ФеС | сульфід заліза (II) | сульфід заліза |
| Фе 2 С 3 | сульфід заліза (III) | сульфід заліза |
Кислоти
Більшість кислот можна розглядати як поєднання іона водню Н + з аніоном; назва аніона відображено в назві кислоти. Зверніть увагу, у випадку з оксикислотами, як аніонні суфікси -їли і -іт стають -ic і -ous відповідно в назві кислоти.
|
аніон
|
аніон ім'я
|
кислота
|
назва кислоти
|
|---|---|---|---|
| Cl — | хлорид-іон |
HCl
|
соляна кислота
|
| СО 3 2— | карбонат-іон |
Н 2 СО 3
|
вугільна кислота
|
| № 2 — | нітрит-іон |
HNO 2
|
азотна кислота
|
| № 3 — | нітрат іон |
HNO 3
|
азотна кислота
|
| ТАК 3 2— | сульфіт-іон |
Н 2 ТАК 3
|
сірчиста кислота
|
| ТАК 4 2— | сульфат-іон |
Н 2 ТАК 4
|
сірчана кислота
|
| СН 3 СОО — | ацетат іон | СН 3 СООН |
оцтова кислота
|
Органічні сполуки
Оскільки органічні (вуглецеві) сполуки складають переважну більшість всіх відомих хімічних речовин, органічна номенклатура сама по собі є величезним предметом. Ми представляємо тут лише саму основну частину, яку вам потрібно знати в хімії першого курсу - набагато більше чекає тих з вас, хто буде відчувати задоволення від курсу органічної хімії пізніше. Найпростіші органічні сполуки побудовані з прямих ланцюгів атомів вуглецю, які називаються за допомогою префіксів, що позначають кількість вуглецю в ланцюжку. Використовуючи умовність C n для позначення прямого ланцюга з n атомів (навіть не питайте про розгалужені ланцюги!) , приставки для довжин ланцюга від 1 до 10 наведені тут:
| С 1 | С 2 | С 3 | C 4 | С 5 | С 6 | С 7 | С 8 | С 9 | С 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| метамфетамін | ETH- | проп- | але- | pent- | шістнадцятковий | гепт- | жовт- | не- | груд- |
Як бачите, ланцюжки від C 5 і далі використовують грецькі префікси чисел, тому у вас немає багато нового, щоб дізнатися тут. Найпростішими з цих сполук є вуглеводні, що мають загальну формулу C n H 2 n +2. Вони загально відомі як алкани, і всі їх назви поєднують відповідний числовий префікс з закінченням -ane:
|
СН 4
|
С 2 Ч 6
|
С 3 Ч 8
|
З 8 Ч 18
|
|---|---|---|---|
|
C
|
C—C
|
C—C — C
|
C—C—C—C—C—C—C—C
|
|
метан
|
етану
|
пропан
|
октан
|
Усі атоми вуглецю повинні мати чотири зв'язки, прикріплені до них; зверніть увагу на загальну конвенцію про явне показ атомів водню.
Функціональні групи
і вищі ланцюги, замінник може перебувати в більш ніж одному місці, що породжує численні ізомери.|
формула
|
загальне ім'я
|
систематичне найменування
|
|---|---|---|
|
СН 3 ОН
|
метиловий спирт
|
метанол
|
|
СН 3 СН 2 ОН
|
етиловий спирт
|
етанолу
|
|
З 8 Ч 15 ОН
|
октиловий спирт
|
октанол
|
|
формула
|
загальне ім'я
|
систематичне найменування
|
|---|---|---|
|
ХОХОХ
|
мурашина кислота
|
метанової кислоти
|
|
СН 3 СООН
|
оцтова кислота
|
етанової кислоти
|
|
C 4 Ч 9 КУН
|
масляна кислота
|
бутанової кислоти
|
|
клас
|
приклад
|
ім'я
|
|---|---|---|
|
амін
|
метиламін |
СН 3 Н 2
|
|
кетон
|
ацетон (диметилкетон)
|
СН 3 -СО-СН 3
|
|
ефір
|
діетиловий ефір
|
С 2 Н 5 -О-С 2 Н 5
|