Названия химических соединений: ионные, молекулярные, кислоты и гидраты

Выбор системы названий по формуле

Посмотрите, что содержит формула, прежде чем пытаться её назвать. Ионные соединения удерживаются зарядами, поэтому их названия сообщают об ионах, а подсчёт оставляют балансу зарядов. В молекулярных соединениях нет ионных зарядов для уравновешивания, поэтому их названия должны указывать число каждого атома греческими приставками. У кислот собственные названия, потому что они называются по тому, как ведут себя в воде.

Прочитайте каждую формулу по приведённому ниже списку по порядку и остановитесь на первом совпадении.

• Формула с точкой и водой, например ·5H₂O: гидрат. Назовите соединение, затем добавьте термин для гидрата.
• Формула, начинающаяся с H и записанная как водный раствор, (aq): кислота.
• Металл или ион аммония NH₄⁺ в сочетании с неметаллами: ионное соединение.
• Только неметаллы, без аммония: молекулярное соединение, называемое с приставками.

Ионные названия и число Штока для переменных зарядов

Сначала называйте анион, затем катион в родительном падеже. Одноатомный катион сохраняет название элемента (натрий, кальций), а одноатомный анион образуется от корня названия элемента с окончанием -ид (хлорид, оксид, нитрид). В ионных названиях никогда не используются приставки вроде ди- или три- для счёта ионов; индексы следуют из зарядов, поэтому их указание было бы излишним.

Многие металлы, особенно переходные, а также олово и свинец, образуют более одного катиона. Для них система Штока ставит степень окисления металла, которая для одноатомного катиона равна его заряду, римской цифрой в скобках: железо(II) — это Fe²⁺, а железо(III) — Fe³⁺. Металлы только с одним обычным зарядом цифры не получают: металлы 1-й группы (+1), металлы 2-й группы (+2), алюминий (+3), цинк (+2) и серебро (+1).

Разобранный пример: назовите Co₃(PO₄)₂. Фосфат — это PO₄³⁻, поэтому два фосфата несут 2 × (−3) = −6. Три иона кобальта должны в сумме дать +6, поэтому каждый равен +6 ÷ 3 = +2. Название — фосфат кобальта(II). Обратите внимание, что римская цифра — это заряд одного иона, а не индекс.

Разобранный пример в обратную сторону: запишите формулу сульфида олова(IV). Олово(IV) — это Sn⁴⁺, а сульфид — S²⁻. Наименьшее целочисленное отношение, уравновешивающее заряд, — один Sn⁴⁺ на два S²⁻, так как +4 + 2(−2) = 0. Формула — SnS₂.

Многоатомные ионы и закономерность -ат/-ит

Многоатомный ион — это группа ковалентно связанных атомов с общим зарядом. Он сохраняет своё название и формулу как единое целое внутри ионного соединения. Когда формуле нужно более одного многоатомного иона, заключите его в скобки перед индексом: нитрат кальция — Ca(NO₃)₂, а не CaNO₃₂.

Многие кислородсодержащие анионы образуют семейства. Ион «-ат» содержит на один атом кислорода больше, чем ион «-ит» с тем же зарядом: сульфат — SO₄²⁻, а сульфит — SO₃²⁻. В семействе хлора приставка пер- добавляет ещё один кислород по сравнению с «-ат», а гипо- убирает ещё один по сравнению с «-ит». Присоединение H⁺ к аниону делает его заряд на единицу менее отрицательным и добавляет в название «гидро-». В списке ниже приведены ионы, которые большинство курсов общей химии ожидает от вас знать.

• Аммоний NH₄⁺, гидроксид OH⁻, цианид CN⁻, пероксид O₂²⁻, ацетат CH₃COO⁻.
• Нитрат NO₃⁻, нитрит NO₂⁻; сульфат SO₄²⁻, сульфит SO₃²⁻, гидросульфат HSO₄⁻.
• Карбонат CO₃²⁻, гидрокарбонат HCO₃⁻; фосфат PO₄³⁻, гидрофосфат HPO₄²⁻, дигидрофосфат H₂PO₄⁻.
• Перхлорат ClO₄⁻, хлорат ClO₃⁻, хлорит ClO₂⁻, гипохлорит ClO⁻ (кислородсодержащие анионы брома и иода называются так же).
• Перманганат MnO₄⁻, хромат CrO₄²⁻, дихромат Cr₂O₇²⁻.

Приставки для бинарных молекулярных соединений

В соединении двух неметаллов элемент, расположенный в периодической таблице левее, обычно пишется в формуле первым, а в названии ставится вторым, в родительном падеже; если оба в одной группе, первым пишется нижний. Другой элемент получает окончание -ид и называется первым. Традиционные названия некоторых соединений кислорода с хлором, бромом и иодом нарушают эту закономерность, называя галоген первым в формуле, как в оксиде дихлора Cl₂O; рекомендации IUPAC 2005 года устраняют это исключение и называют то же соединение дихлоридом кислорода, OCl₂.

Греческие приставки указывают число каждого атома: моно- (1), ди- (2), три- (3), тетра- (4), пента- (5), гекса- (6), гепта- (7), окта- (8), нона- (9) и дека- (10). Приставка моно- никогда не используется для первого элемента. Многие учебники, особенно англоязычные, сокращают конечную гласную приставки перед «оксид», получая «монооксид» и «пентоксид»; рекомендации IUPAC 2005 года сохраняют гласную, кроме «монооксида», поэтому вам встретятся и названия вроде «пентаоксид диазота».

Разобранный пример: назовите P₄S₁₀. Оба элемента — неметаллы, поэтому используем приставки. Фосфор расположен левее, поэтому в названии он идёт вторым: тетрафосфора. Сера получает приставку дека- и окончание -ид: декасульфид. Название — декасульфид тетрафосфора. В обратную сторону: триоксид диазота — N₂O₃. Некоторые молекулярные соединения известны почти исключительно по тривиальным названиям, например вода, аммиак и метан.

Названия кислот по их анионам

Название кислоты образуется от аниона, остающегося после удаления ионов водорода. Если анион оканчивается на -ид, кислота называется по корню с окончанием -оводородная кислота: HBr(aq) — бромоводородная кислота. Без воды HBr — молекулярный газ, называемый бромоводородом; название кислоты описывает водный раствор.

Для кислородсодержащих кислот анион «-ат» соответствует кислоте с суффиксом -ная (или -новатая), а «-ит» — кислоте с суффиксом -истая (или -новатистая); приставки пер- и гипо- сохраняются в виде соответствующих названий. Названия кислородсодержащих кислот никогда не строятся по образцу «-оводородная». Нитрат даёт азотную кислоту HNO₃; нитрит — азотистую кислоту HNO₂; сульфат — серную кислоту H₂SO₄; фосфат — фосфорную кислоту H₃PO₄.

Разобранный пример: назовите HIO₃ и запишите формулу бромноватистой кислоты. Удаление H⁺ из HIO₃ оставляет IO₃⁻, иодат, по аналогии с хлоратом. Окончание «-ат» даёт кислоту с суффиксом -новатая, поэтому это иодноватая кислота. Для бромноватистой кислоты суффикс -новатистая указывает на гипобромит, BrO⁻. Один H⁺ уравновешивает один отрицательный заряд, поэтому формула — HBrO.

Гидраты: названия, формулы и процент воды

Гидрат — это твёрдое вещество, обычно ионное соединение, в кристалл которого входят молекулы воды в фиксированном отношении. В формуле вода записывается после точки посередине строки, а название добавляет приставку к слову «гидрат»: CoCl₂·6H₂O — гексагидрат хлорида кобальта(II). Нагревание гидрата может удалить воду и оставить безводное соединение.

Разобранный пример: процент воды в CoCl₂·6H₂O. Используйте стандартные атомные массы IUPAC, округлённые до двух десятичных знаков: Co 58.93, Cl 35.45, H 1.01 и O 16.00 g/mol. Молярная масса CoCl₂ равна 58.93 + 2(35.45) = 129.83 g/mol. Вода — это 2(1.01) + 16.00 = 18.02 g/mol, поэтому шесть молекул воды — 6 × 18.02 = 108.12 g/mol. Молярная масса гидрата равна 129.83 + 108.12 = 237.95 g/mol, а массовая доля воды составляет (108.12 ÷ 237.95) × 100% = 45.44%.

То же отношение предсказывает, что останется после нагревания. Если 3.500 g гидрата теряют всю воду, оставшийся безводный CoCl₂ составляет 3.500 g × (129.83 ÷ 237.95) = 1.910 g, а удалённая вода — 3.500 g − 1.910 g = 1.590 g. Четыре значащие цифры оправданы, потому что у массы образца и каждой молярной массы их не меньше четырёх.

Ошибки в названиях, меняющие формулу

Неверное название — это неверное вещество, поэтому относитесь к каждому названию как к формуле, которую можно проверить. Назвав ионное соединение, восстановите формулу по своему названию и убедитесь, что положительные и отрицательные заряды в сумме дают нуль. Назвав молекулярное соединение, убедитесь, что каждая приставка соответствует индексу.

Ниже перечислены ошибки, которые стоит искать в первую очередь.

• Использование приставок в ионных названиях, например называние MgCl₂ «дихлоридом магния». Правильное название — хлорид магния.
• Чтение римской цифры как индекса. Оксид железа(III) — это Fe₂O₃, а не Fe₃O.
• Пропуск цифры для металла с переменным зарядом или добавление её для натрия или кальция.
• Путаница между сульфидом (S²⁻), сульфитом (SO₃²⁻) и сульфатом (SO₄²⁻).
• Построение названия кислородсодержащей кислоты как бескислородной, с «-оводородная». Сероводородная кислота — H₂S(aq); H₂SO₄ — серная кислота.
• Упущение того, что ртуть(I) существует в виде единицы Hg₂²⁺, поэтому хлорид ртути(I) — это Hg₂Cl₂.