Изучаването на такъв интересен предмет като химията трябва да започне с основите, а именно класификацията и номенклатурата на химичните съединения. Това ще ви помогне да не се изгубите в толкова сложна наука и да поставите всички нови знания на тяхно място.
Накратко за основните неща
Номенклатурата на химичните съединения е система, която включва всички имена на химикали, техните групи, класове и правила, с помощта на които става словообразуването на имената им. Кога е разработен?
Първата номенклатура на хим. съединения е разработена през 1787 г. от Комисията на френските химици под ръководството на A. L. Lavoisier. Дотогава имената на веществата се дават произволно: според някои знаци, според методите на получаване, според името на откривателя и т.н. Всяко вещество може да има няколко имена, тоест синоними. Комисията реши, че всяко вещество трябва да има само едно име; името на сложното вещество може да се състои от две думи, обозначаващи видаи пола на връзката, и не трябва да противоречи на езиковите норми. Тази номенклатура на химични съединения става модел за създаването в началото на 19 век на номенклатури от различни националности, включително руски. Това ще бъде обсъдено допълнително.
Видове номенклатура на химичните съединения
Изглежда, че е просто невъзможно да се разбере химията. Но ако погледнете двата вида химическа номенклатура. връзки, можете да видите, че всичко не е толкова сложно. Каква е тази класификация? Ето два вида номенклатура на химичните съединения:
- неорганичен;
- органично.
Какви са те?
Прости вещества
Химическата номенклатура на неорганичните съединения е формулите и имената на веществата. Химическата формула е изображение на символи и букви, което отразява състава на веществото, използвайки Периодичната система на Дмитрий Иванович Менделеев. Името е изображението на състава на вещество, използващо конкретна дума или група от думи. Конструирането на формули се извършва съгласно правилата на номенклатурата на химичните съединения и, използвайки ги, се дава обозначението.
Името на някои елементи се образува от корена на тези имена на латински. Например:
- С - Въглерод, лат. carboneum, корен "въглехидрат". Примери за съединения: CaC - калциев карбид; CaCO3 - калциев карбонат.
- N - Азот, лат. азот, корен "нитр". Примери за съединения: NaNO3 - натриев нитрат; Ca3N2 - калциев нитрид.
- H - Водород, лат. водород,хидрокорен. Примери за съединения: NaOH - натриев хидроксид; NaH - натриев хидрид.
- O - Кислород, лат. оксигений, корен "вол". Примери за съединения: CaO - калциев оксид; NaOH - натриев хидроксид.
- Fe - желязо, лат. ferrum, корен "ferr". Примери за съединения: K2FeO4 - калиев ферат и т.н.
Префиксите се използват за описание на броя на атомите в съединението. В таблицата за примери са взети вещества както от органична, така и от неорганична химия.
| Брой атоми | Префикс | Пример |
| 1 | моно- | въглероден оксид - CO |
| 2 | di- | въглероден диоксид - CO2 |
| 3 | три- | натриев трифосфат - Na5R3O10 |
| 4 | тетро- | натриев тетрахидроксоалуминат - Na[Al(OH)4 |
| 5 | пента- | пентанол - С5Н11OH |
| 6 | hexa- | хексан - C6H14 |
| 7 | хепта- | хептен - C7H14 |
| 8 | octa- | octine - C8H14 |
| 9 | nona- | nonane - C9H20 |
| 10 | дека- | Dean - C10H22 |
Органичновещества
Със съединенията на органичната химия всичко не е толкова просто, колкото с неорганичните. Факт е, че принципите на химическата номенклатура на органичните съединения се основават на три вида номенклатура наведнъж. На пръв поглед това изглежда изненадващо и объркващо. Те обаче са доста прости. Ето видовете номенклатура на химически съединения:
- исторически или тривиални;
- систематично или международно;
- рационално.
В момента те се използват за даване на име на определено органично съединение. Нека разгледаме всеки един от тях и се уверим, че номенклатурата на основните класове химични съединения не е толкова сложна, колкото изглежда.
Тривиално
Това е първата номенклатура, която се появи в началото на развитието на органичната химия, когато не е имало нито класификация на веществата, нито теория за структурата на техните съединения. Органичните съединения са получили произволни имена според източника на производство. Например ябълчна киселина, оксалова киселина. Също така, отличителните критерии, по които са дадени имената, са цвят, мирис и химични свойства. Последното обаче рядко служи като причина, тъй като през този период от време се знае относително малко информация за възможностите на органичния свят. Въпреки това, много имена от тази доста стара и тясна номенклатура често се използват и до днес. Например: оцетна киселина, урея, индиго (лилави кристали), толуен, аланин, маслена киселина и много други.
Rational
Тази номенклатуравъзниква от момента на появата на класификацията и единната теория за структурата на органичните съединения. Има национален характер. Органичните съединения получават имената си от типа или класа, към който принадлежат, според техните химични и физични характеристики (ацетилени, кетони, алкохоли, етилени, алдехиди и т.н.). Понастоящем такава номенклатура се използва само в случаите, когато дава визуална и по-подробна представа за въпросното съединение. Например: метил ацетилен, диметил кетон, метилов алкохол, метиламин, хлороцетна киселина и други подобни. Така от името веднага става ясно от какво се състои органичното съединение, но точното местоположение на заместващите групи все още не може да бъде определено.
Международно
Пълното му име е систематичната международна номенклатура на химическите съединения IUPAC (IUPAC, Международен съюз по чиста и приложна химия, Международен съюз по чиста и приложна химия). Той е разработен и препоръчан от конгресите на IUPAC през 1957 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: името на всички органични съединения трябва да включва правилните имена на заместители (функции) и тяхната подкрепа - въглеводородскелет. Тя трябва да бъде такава, че да може да се използва за определяне на единствената правилна структурна формула.
Желанието за създаване на единна химическа номенклатура за органични съединения възниква през 80-те години на XIX век. Това се случи след създаването от Александър Михайлович Бутлеров на теорията за химическата структура, в която имаше четири основни положения, които разказват за реда на атомите в молекулата, явлението изомерия, връзката между структурата и свойствата на веществото, както и влиянието на атомите един върху друг. Това събитие се състоя през 1892 г. на Конгреса на химиците в Женева, който одобри правилата за номенклатурата на органичните съединения. Тези правила бяха включени в органиката, наречена Женевска номенклатура. Въз основа на него е създаден популярният справочник Beilstein.
Естествено, с течение на времето количеството на органичните съединения нараства. Поради тази причина номенклатурата през цялото време се усложнява и възникват нови допълнения, които са обявени и приети на следващия конгрес, проведен през 1930 г. в град Лиеж. Иновациите се основаваха на удобство и сбитост. И сега систематичната международна номенклатура е погълнала някои от разпоредбите както на Женева, така и на Лиеж.
Така, тези три вида систематизация са основните принципи на химическата номенклатура на органичните съединения.
Класификация на прости съединения
Сега е време да се запознаете с най-интересното: класификацията както на органичните, така и на неорганичните вещества.
Сега светътса известни хиляди различни неорганични съединения. Почти невъзможно е да се знаят всичките им имена, формули и свойства. Следователно всички вещества от неорганичната химия са разделени на класове, които групират всички съединения според сходна структура и свойства. Тази класификация е показана в таблицата по-долу.
| Неорганични вещества | |
| Просто | Метал (метали) |
| Неметални (неметали) | |
| Амфотерни (амфигени) | |
| Благородни газове (аерогени) | |
| Комплекс | оксиди |
| Хидроксиди (основи) | |
| Соли | |
| Бинарни съединения | |
| киселини | |
За първото деление използвахме от колко елемента се състои едно вещество. Ако от атоми на един елемент, тогава е прост, а ако от два или повече - сложен.
Нека разгледаме всеки клас прости вещества:
- Металите са елементите, разположени в първа, втора, трета група (с изключение на бора) от периодичната таблица на Д. И. Менделеев, както и елементи от декадите, лантоноиди и октиноиди. Всички метали имат общи физически (пластичност, топло- и електрическа проводимост, метален блясък) и химични (редуциране, взаимодействие с вода, киселина и т.н.) свойства.
- Неметалите включват всички елементи от осма, седма, шеста (с изключение на полоний) групи, както и арсен, фосфор, въглерод (от пета група), силиций, въглерод (от четвърта група) и бор (от третия).
- АмфотериченСъединенията са тези съединения, които могат да проявяват свойствата както на неметали, така и на метали. Например алуминий, цинк, берилий и така нататък.
- Благородните (инертни) газове включват елементи от осмата група: радон, ксеон, криптон, аргон, неон, хелий. Общото им свойство е ниската активност.
Тъй като всички прости вещества са съставени от атоми на един и същи елемент от периодичната таблица, техните имена обикновено съвпадат с имената на тези химични елементи от таблицата.
За да разграничите понятията "химичен елемент" и "просто вещество", въпреки сходството на имената, трябва да разберете следното: с помощта на първото се образува сложно вещество, то се свързва с атомите на други елементи, не може да се разглежда отделно като вещества. Втората концепция ни позволява да знаем, че това вещество има свои собствени свойства, без да се свързва с други. Например има кислород, който е част от водата, и има кислород, който дишаме. В първия случай елементът като част от цялото е вода, а във втория случай като субстанция сама по себе си, която диша организмът на живите същества.
Сега разгледайте всеки клас сложни вещества:
- Оксидите са сложно вещество, състоящо се от два елемента, единият от които е кислород. Оксидите са: основни (при разтваряне във вода те се образуват в основи), амфотерни (образувани с помощта на амфотерни метали), киселинни (образувани от неметали в степени на окисление от +4 до +7), двойни (образувани с участие на метали в разлстепен на окисление) и несолеобразуващи (например NO, CO, N2O и други).
- Хидроксидите включват вещества, които имат в състава си група - OH (хидроксилна група). Те са: основни, амфотерни и киселинни.
- Соли се наричат такива комплексни съединения, които включват метален катион и анион на киселинен остатък. Солите са: средни (метален катион + киселинен остатък анион); кисели (метален катион + незаместен(и) водороден атом(и) + киселинен остатък); основен (метален катион + киселинен остатък + хидроксилна група); двоен (два метални катиона + киселинен остатък); смесен (метален катион + два киселинни остатъка).
- Бинарното съединение е двуелементно съединение или многоелементно съединение, включващо не повече от един катион, или анион, или комплексен катион, или анион. Например KF, CCl4, NH3 и така нататък.
- Киселините включват такива сложни вещества, чиито катиони са изключително водородни йони. Техните отрицателни аниони се наричат киселинни остатъци. Тези комплексни съединения могат да бъдат оксигенирани или аноксични, едноосновни или двуосновни (в зависимост от броя на водородните атоми), силни или слаби.
Класификация на органичните съединения
Както знаете, всяка класификация се основава на определени характеристики. Съвременната класификация на органичните съединения се основава на две най-важни характеристики:
- структура на въглеродния скелет;
- наличие на функционални групи в молекулата.
Функционална група са тези атоми или група от атоми, от които зависят свойствата на веществата. Те определят към кой клас принадлежи дадено съединение.
| Въглеводороди | ||
| Ацикличен | Лимит | |
| Неограничено | Етилен | |
| Ацетилен | ||
| Diene | ||
| Cyclic | Циклоалкани | |
| Ароматни | ||
- алкохоли (-OH);
- алдехиди (-COH);
- карбоксилни киселини (-COOH);
- амини (-NH2).
За концепцията за първото разделение на въглеводородите на циклични и ациклични класове е необходимо да се запознаете с видовете въглеродни вериги:
- Линеен (въглеродите са подредени по права линия).
- Разклонено (един от въглеродните атоми на веригата има връзка с другите три въглерода, тоест се образува разклон).
- Затворен (въглеродните атоми образуват пръстен или цикъл).
Онези въглероди, които имат цикли в структурата си, се наричат циклични, а останалите се наричат ациклични.
Кратко описание на всеки клас органични съединения
- Наситените въглеводороди (алкани) не могат да добавят водород и други елементи. Общата им формула е C H2n+2. Най-простият представител на алканите е метанът (CH4). Всички последващи съединения от този клас са подобни на метана по своята структура исвойства, но се различават от него по състав с една или повече групи -CH2-. Такава серия от съединения, които се подчиняват на този модел, се наричат хомоложни. Алканите са в състояние да влизат в реакции на заместване, горене, разлагане и изомеризация (трансформация в разклонени въглеродни атоми).
- Циклоалканите са подобни на алканите, но имат циклична структура. Формулата им е C H2n. Те могат да участват в реакции на добавяне (например водород, превръщане на алкани), заместване и дехидрогениране (отвличане на водород).
- Ненаситените въглеводороди от етиленовата серия (алкени) включват въглеводороди с общата формула C H2n. Най-простият представител е етиленът - C2H4. Те имат една двойна връзка в структурата си. Веществата от този клас участват в реакциите на добавяне, горене, окисляване, полимеризация (процес на комбиниране на малки идентични молекули в по-големи).
- Диеновите (алкадиени) въглеводороди имат формулата C H2n-2. Те вече имат две двойни връзки и са в състояние да влизат в реакции на добавяне и полимеризация.
- Ацетиленът (алкините) се различават от другите класове по това, че имат една тройна връзка. Общата им формула е C H2n-2. Най-простият представител - ацетилен - C2H2. Влезте в реакции на добавяне, окисление и полимеризация.
- Ароматните въглеводороди (арени) са наречени така, защото някои от тях имат приятна миризма. Те имат циклична структура. Общата им формула е CH2n-6. Най-простият представител е бензолът - C6H6. Те могат да бъдат подложени на реакции на халогениране (замяна на водородни атоми с халогенни атоми), нитриране, добавяне и окисляване.
