Chemische Verbindungen benennen: ionische Verbindungen, Molekülverbindungen, Säuren und Hydrate

Das Benennungssystem anhand der Formel wählen

Sieh dir an, was die Formel enthält, bevor du sie zu benennen versuchst. Ionische Verbindungen werden durch Ladungen zusammengehalten, ihre Namen geben also die Ionen an und überlassen das Zählen dem Ladungsausgleich. Molekülverbindungen haben keine ionischen Ladungen auszugleichen, ihre Namen müssen daher die Zahl jedes Atoms mit griechischen Zahlwörtern nennen. Säuren haben eigene Namen, weil sie danach benannt werden, wie sie sich in Wasser verhalten.

Lies jede Formel der Reihe nach durch die folgende Checkliste und höre beim ersten Treffer auf.

• Formel, gefolgt von einem Punkt und Wasser, etwa ·5H₂O: ein Hydrat. Benenne die Verbindung und ergänze dann den Hydratbegriff.
• Formel, die mit H beginnt und als wässrige Lösung (aq) geschrieben ist: eine Säure.
• Ein Metall oder das Ammoniumion NH₄⁺ in Verbindung mit Nichtmetallen: eine ionische Verbindung.
• Nur Nichtmetalle, ohne Ammonium: eine Molekülverbindung, die mit Vorsilben benannt wird.

Ionische Namen und Stock-Zahlen bei veränderlicher Ladung

Nenne zuerst das Kation, dann das Anion. Ein einatomiges Kation behält den Elementnamen (Natrium, Calcium), und ein einatomiges Anion erhält den Stamm des Elementnamens plus -id (Chlorid, Oxid, Nitrid). Ionische Namen verwenden nie Vorsilben wie di- oder tri-, um die Ionen zu zählen; die Indizes ergeben sich aus den Ladungen, sie zu nennen wäre daher überflüssig.

Viele Metalle, besonders Übergangsmetalle sowie Zinn und Blei, bilden mehr als ein Kation. Für diese setzt das Stock-System die Oxidationszahl des Metalls, die bei einem einatomigen Kation seiner Ladung entspricht, in römischen Ziffern in Klammern: Eisen(II) ist Fe²⁺ und Eisen(III) ist Fe³⁺. Metalle mit nur einer üblichen Ladung bekommen keine Ziffer: Metalle der Gruppe 1 (+1), Metalle der Gruppe 2 (+2), Aluminium (+3), Zink (+2) und Silber (+1).

Rechenbeispiel: Benenne Co₃(PO₄)₂. Phosphat ist PO₄³⁻, zwei Phosphate tragen also 2 × (−3) = −6. Die drei Cobaltionen müssen zusammen +6 ergeben, jedes also +6 ÷ 3 = +2. Der Name lautet Cobalt(II)-phosphat. Beachte, dass die römische Ziffer die Ladung eines Ions ist, nicht der Index.

Rechenbeispiel in umgekehrter Richtung: Schreibe die Formel von Zinn(IV)-sulfid. Zinn(IV) ist Sn⁴⁺ und Sulfid ist S²⁻. Das kleinste ganzzahlige Verhältnis, das die Ladung ausgleicht, ist ein Sn⁴⁺ je zwei S²⁻, da +4 + 2(−2) = 0. Die Formel lautet SnS₂.

Mehratomige Ionen und das Muster -at/-it

Ein mehratomiges Ion ist eine Gruppe kovalent gebundener Atome mit einer Gesamtladung. Es behält seinen Namen und seine Formel als Einheit innerhalb einer ionischen Verbindung. Braucht eine Formel mehr als ein Exemplar eines mehratomigen Ions, setze es vor den Index in Klammern: Calciumnitrat ist Ca(NO₃)₂, nicht CaNO₃₂.

Viele Oxoanionen gehören zu Familien. Das -at-Ion hat ein Sauerstoffatom mehr als das -it-Ion mit derselben Ladung: Sulfat ist SO₄²⁻ und Sulfit ist SO₃²⁻. In der Chlorfamilie fügt per- ein weiteres Sauerstoffatom zu -at hinzu, und hypo- nimmt gegenüber -it ein weiteres weg. Wird an ein Anion H⁺ angelagert, wird seine Ladung um eine Einheit weniger negativ, und im Namen kommt Wasserstoff hinzu. Die folgende Liste umfasst die Ionen, die die meisten Kurse der Allgemeinen Chemie voraussetzen.

• Ammonium NH₄⁺, Hydroxid OH⁻, Cyanid CN⁻, Peroxid O₂²⁻, Acetat CH₃COO⁻.
• Nitrat NO₃⁻, Nitrit NO₂⁻; Sulfat SO₄²⁻, Sulfit SO₃²⁻, Hydrogensulfat HSO₄⁻.
• Carbonat CO₃²⁻, Hydrogencarbonat HCO₃⁻; Phosphat PO₄³⁻, Hydrogenphosphat HPO₄²⁻, Dihydrogenphosphat H₂PO₄⁻.
• Perchlorat ClO₄⁻, Chlorat ClO₃⁻, Chlorit ClO₂⁻, Hypochlorit ClO⁻ (die Oxoanionen von Brom und Iod werden genauso benannt).
• Permanganat MnO₄⁻, Chromat CrO₄²⁻, Dichromat Cr₂O₇²⁻.

Vorsilben für binäre Molekülverbindungen

Bei einer Verbindung aus zwei Nichtmetallen wird im Allgemeinen das im Periodensystem weiter links stehende Element zuerst genannt; stehen beide in derselben Gruppe, kommt das untere zuerst. Das zweite Element erhält die Endung -id. Traditionelle Namen einiger Verbindungen von Sauerstoff mit Chlor, Brom und Iod durchbrechen dieses Muster, indem sie das Halogen zuerst nennen, wie bei Dichlormonoxid, Cl₂O; die IUPAC-Empfehlungen von 2005 beseitigen diese Ausnahme und nennen dieselbe Verbindung Sauerstoffdichlorid, OCl₂.

Griechische Vorsilben geben die Zahl jedes Atoms an: mono- (1), di- (2), tri- (3), tetra- (4), penta- (5), hexa- (6), hepta- (7), octa- (8), nona- (9) und deca- (10). Mono- wird beim ersten Element nie verwendet. Die meisten Lehrbücher lassen das a einer Vorsilbe vor Oxid weg, sodass Pentoxid und Heptoxid entstehen; die IUPAC-Empfehlungen von 2005 behalten den Vokal außer in Monoxid, daher begegnen dir auch Namen wie Distickstoffpentaoxid.

Rechenbeispiel: Benenne P₄S₁₀. Beide Elemente sind Nichtmetalle, also verwende Vorsilben. Phosphor steht weiter links und kommt daher zuerst: Tetraphosphor. Schwefel erhält deca- und die Endung -id: decasulfid. Der Name lautet Tetraphosphordecasulfid. In umgekehrter Richtung ist Distickstofftrioxid N₂O₃. Manche Molekülverbindungen sind fast nur unter Trivialnamen bekannt, etwa Wasser, Ammoniak und Methan.

Säurenamen aus ihren Anionen

Der Name einer Säure leitet sich vom Anion ab, das nach Entfernen der Wasserstoffionen übrig bleibt. Endet das Anion auf -id, heißt die Säure Stamm + Wasserstoffsäure: HBr(aq) ist Bromwasserstoffsäure. Ohne Wasser ist HBr ein molekulares Gas mit dem Namen Bromwasserstoff; der Säurename beschreibt die wässrige Lösung.

Bei Sauerstoffsäuren wird die Endung -at zu -säure und -it zu -ige Säure, wobei eine Vorsilbe per- bzw. hypo- (im Deutschen „unter-“) erhalten bleibt; manche Namen sind historisch gewachsen. Namen von Sauerstoffsäuren bekommen nie den Zusatz „-wasserstoffsäure“. Nitrat ergibt Salpetersäure, HNO₃; Nitrit ergibt salpetrige Säure, HNO₂; Sulfat ergibt Schwefelsäure, H₂SO₄; Phosphat ergibt Phosphorsäure, H₃PO₄.

Rechenbeispiel: Benenne HIO₃ und schreibe die Formel der unterbromigen Säure. Entfernt man H⁺ aus HIO₃, bleibt IO₃⁻, Iodat, in Analogie zu Chlorat. Die Endung -at wird zu -säure, die Säure heißt also Iodsäure. Bei der unterbromigen Säure weisen die Endung -ige Säure und die Vorsilbe „unter-“ auf Hypobromit, BrO⁻. Ein H⁺ gleicht eine negative Ladung aus, die Formel lautet also HBrO.

Hydrate: Namen, Formeln und Prozentgehalt an Wasser

Ein Hydrat ist ein Feststoff, meist eine ionische Verbindung, bei dem Wassermoleküle in einem festen Verhältnis in den Kristall eingebaut sind. Die Formel zeigt das Wasser nach einem mittigen Punkt, und der Name ergänzt eine Vorsilbe vor dem Wort Hydrat: CoCl₂·6H₂O ist Cobalt(II)-chlorid-Hexahydrat. Beim Erhitzen eines Hydrats kann das Wasser ausgetrieben werden, und die wasserfreie Verbindung bleibt zurück.

Rechenbeispiel: Prozentgehalt an Wasser in CoCl₂·6H₂O. Verwende IUPAC-Standard-Atomgewichte, auf zwei Dezimalstellen gerundet: Co 58.93, Cl 35.45, H 1.01 und O 16.00 g/mol. Die molare Masse von CoCl₂ beträgt 58.93 + 2(35.45) = 129.83 g/mol. Wasser hat 2(1.01) + 16.00 = 18.02 g/mol, sechs Wasser also 6 × 18.02 = 108.12 g/mol. Die molare Masse des Hydrats ist 129.83 + 108.12 = 237.95 g/mol, und der Massenanteil des Wassers beträgt (108.12 ÷ 237.95) × 100 % = 45.44 %.

Dasselbe Verhältnis sagt voraus, was das Erhitzen hinterlassen sollte. Verliert 3.500 g des Hydrats sein gesamtes Wasser, beträgt das verbleibende wasserfreie CoCl₂ 3.500 g × (129.83 ÷ 237.95) = 1.910 g, und das ausgetriebene Wasser 3.500 g − 1.910 g = 1.590 g. Vier signifikante Stellen sind gerechtfertigt, weil die Probenmasse und jede molare Masse mindestens vier tragen.

Benennungsfehler, die die Formel verändern

Ein falscher Name ist ein falscher Stoff, behandle also jeden Namen wie eine Formel, die du prüfen kannst. Baue nach dem Benennen einer ionischen Verbindung die Formel aus deinem Namen wieder auf und bestätige, dass sich die positiven und negativen Ladungen zu null summieren. Bestätige nach dem Benennen einer Molekülverbindung, dass jede Vorsilbe zu einem Index passt.

Auf die folgenden Fehler solltest du zuerst achten.

• Vorsilben in ionischen Namen verwenden, etwa MgCl₂ Magnesiumdichlorid nennen. Der richtige Name ist Magnesiumchlorid.
• Die römische Ziffer als Index lesen. Eisen(III)-oxid ist Fe₂O₃, nicht Fe₃O.
• Die Ziffer bei einem Metall mit veränderlicher Ladung weglassen oder eine für Natrium oder Calcium ergänzen.
• Sulfid (S²⁻), Sulfit (SO₃²⁻) und Sulfat (SO₄²⁻) verwechseln.
• Einer Sauerstoffsäure „-wasserstoffsäure“ zuschreiben. Schwefelwasserstoffsäure ist H₂S(aq); H₂SO₄ ist Schwefelsäure.
• Übersehen, dass Quecksilber(I) als Hg₂²⁺-Einheit vorliegt, sodass Quecksilber(I)-chlorid Hg₂Cl₂ ist.