Nomenklatura związków chemicznych: zbiór nazw, rodzajów i klasyfikacji

W tak ciekawym temacie, jakim jest chemia, trzeba zacząć od podstaw, czyli od klasyfikacji i nomenklatury związków chemicznych. Pozwoli to nie pogubić się w tak skomplikowanej nauce i uporządkować całą nową wiedzę na swoim miejscu.

Krótkie podsumowanie zasadniczych kwestii

Nomenklatura związków chemicznych to system obejmujący wszystkie nazwy substancji chemicznych, ich grup, klas oraz zasady, według których są one nazywane. Kiedy został opracowany?

Pierwsza nomenklatura chem... Nomenklatura związków chemicznych została opracowana w 1787 roku przez francuski komitet chemików pod kierunkiem A... Л. Lavoisier. Do tego czasu substancje były nazywane arbitralnie: przez jakąś cechę, przez metodę produkcji, przez nazwisko odkrywcy itd. Każda substancja może mieć kilka nazw, czyli synonimów. Komisja zdecydowała, że każda substancja powinna mieć tylko jedną nazwę; nazwa związku może składać się z dwóch słów wskazujących na gatunek i rodzaj związku i nie powinna być sprzeczna z normami językowymi. Ta nomenklatura związków chemicznych stała się na początku XIX wieku wzorem do tworzenia nomenklatur różnych narodowości, w tym rosyjskiej. Zostanie to omówione poniżej.

Rodzaje nomenklatury dla związków chemicznych

Zrozumienie chemii wydaje się po prostu niemożliwe. Ale jeśli spojrzysz na dwa rodzaje nomenklatury chemicznej. związków, widzimy, że nie jest to aż tak skomplikowane. Czym jest ta klasyfikacja? Oto dwa rodzaje nomenklatury dla związków chemicznych:

• nieorganiczne;
• organiczny.

Czym są?

Substancje proste

Nomenklatura chemiczna dla związków nieorganicznych to wzory i nazwy substancji. Wzór chemiczny to obraz złożony z symboli i liter, odzwierciedlający skład substancji z wykorzystaniem Układu Okresowego Dymitra Iwanowicza Mendelejewa. Nazwa to przedstawienie składu substancji za pomocą określonego słowa lub grupy słów. Wzory konstruuje się zgodnie z zasadami nomenklatury związków chemicznych, a stosując te same zasady, podaje się zapis dla.

Nazwa niektórych pierwiastków jest utworzona od łacińskiego korzenia tych nazw. Na przykład:

• C - Carbon, łac. carboneum, korzeń "gaźnik". Przykłady związków: CaC, węglik wapnia; CaCO₃ - węglan wapnia.
• N - Azot, łac. azot, korzeń "nitr". Przykłady związków: NaNO₃ - azotan sodu; Ca₃N₂ - azotek wapnia.
• H wodór, łac. hydrogenium, korzeń "hydro". Przykłady związków: NaOH, wodorotlenek sodu; NaH, wodorek sodu.
• O - tlen, łac. tlen, korzeń "ox". Przykładowe związki: CaO, tlenek wapnia; NaOH, wodorotlenek sodu.
• Fe - Żelazo, łac. żelazo, korzeń "ferr". Przykłady związków: K₂FeO₄ - żelazian potasu itp.

Aby opisać liczbę atomów w związku, stosuje się przedrostki. W tabeli dla przykładów brane są substancje zarówno z chemii organicznej jak i nieorganicznej.

Substancje organiczne

Związki chemii organicznej nie są tak proste jak chemii nieorganicznej. Faktem jest, że zasady nomenklatury chemicznej związków organicznych opierają się na trzech rodzajach nomenklatury jednocześnie. Na pierwszy rzut oka wydaje się to zaskakujące i mylące. Są one jednak dość proste. Oto rodzaje nomenklatury dla związków chemicznych:

• historyczne, czy banalne;
• systematyczne, czy międzynarodowe;
• racjonalny.

W dzisiejszych czasach jest to dokładnie.. są one wykorzystywane nadać nazwę związkowi organicznemu. Rozważ każdą z nich i przekonaj się, że nazewnictwo głównych klas związków chemicznych nie jest tak skomplikowane, jak się wydaje.

Trywialne

Jest to pierwsza nomenklatura, która pojawiła się na początku rozwoju chemii organicznej, kiedy nie było jeszcze ani klasyfikacji substancji, ani teorii budowy ich związków. Związkom organicznym nadano przypadkowe nazwy na podstawie ich źródła pochodzenia. Na przykład kwas jabłkowy, kwas szczawiowy. Również kolor, zapach i właściwości chemiczne były kryteriami wyróżniającymi, według których związki te były nazywane. To ostatnie było jednak rzadko stosowane, ponieważ w tym okresie czasu stosunkowo niewiele wiedziano o możliwościach świata organicznego. Jednak wiele nazw z tej dość starej i wąskiej nomenklatury jest często używanych do dziś. Na przykład: kwas octowy, mocznik, indygo (fioletowe kryształki), toluen, alanina, kwas masłowy i wiele innych.

Racjonalne

Nomenklatura ta pojawiła się od momentu pojawienia się klasyfikacji i jednolitej teorii budowy związków organicznych. Ma ona charakter narodowy. Związki organiczne noszą nazwę od rodzaju, czyli klasy, do której należą, zgodnie z ich właściwościami chemicznymi i fizycznymi (acetyleny, ketony, alkohole, etyleny, aldehydy itd.). Obecnie taka nomenklatura jest stosowana wyłącznie wtedy, gdy daje jasny i bardziej szczegółowy obraz danego związku. Na przykład: metyloacetylen, keton dimetylowy, alkohol metylowy, metyloamina, kwas chlorooctowy itp. Tak więc z nazwy od razu wiadomo, z czego składa się związek organiczny, ale dokładniejsze rozmieszczenie grup podstawnikowych nie jest jeszcze możliwe do określenia.

Międzynarodowy

Jego pełna nazwa to IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) systematyczna międzynarodowa nomenklatura związków chemicznych. Został on opracowany i zalecany przez kongresy IUPAC w 1957 i 1965 r. Zasady Międzynarodowej Nomenklatury, opublikowane w 1979 roku, zostały zebrane w BlueBook.

Podstawą systematycznego nazewnictwa związków chemicznych jest współczesna teoria budowy i klasyfikacji substancji organicznych. System ten ma na celu rozwiązanie głównego problemu nomenklatury: nazewnictwo wszystkich związków organicznych powinno zawierać poprawne nazwy podstawników (funkcji) oraz ich szkieletu - szkieletu węglowodorowego. Powinna być taka, aby można było ustalić jeden poprawny wzór strukturalny.

Dążenie do stworzenia jednolitej nomenklatury chemicznej dla związków organicznych rozpoczęło się w latach 80. XX wieku. Stało się to po stworzeniu przez Aleksandra Michajłowicza Butlerowa teorii budowy chemicznej, w której znajdowały się cztery główne przepisy, mówiące o kolejności atomów w cząsteczce, zjawisku izomerii, związku budowy i właściwości materii oraz oddziaływaniu atomów na siebie. Wydarzenie to miało miejsce w 1892 roku na kongresie naukowców-chemików w Genewie, który potwierdził zasady nomenklatury związków organicznych. Zasady te weszły do nauki organicznej pod nazwą Nomenklatura Genewska. Był on podstawą popularnego podręcznika Beilsteina.

Oczywiście z czasem liczba związków organicznych rosła. Z tego powodu nomenklatura stale się komplikowała, pojawiały się nowe uzupełnienia, które zostały ogłoszone i przyjęte na regularnym kongresie w 1930 roku w Liège. Innowacje opierały się na wygodzie i zwięzłości. A obecnie systematyczna nomenklatura międzynarodowa wchłonęła niektóre postanowienia zarówno nomenklatury genewskiej, jak i nomenklatury z Liege.

Tak więc te trzy rodzaje systematyzacji stanowią podstawowe zasady nomenklatury chemicznej związków organicznych.

Klasyfikacja związków prostych

Teraz czas przejść do najciekawszej części: klasyfikacji substancji zarówno organicznych, jak i nieorganicznych.

Obecnie na świecie znane są tysiące różnych związków nieorganicznych. Poznanie wszystkich ich nazw, wzorów i właściwości jest prawie niemożliwe. Wszystkie substancje nieorganiczne dzieli się więc na klasy, grupując wszystkie związki według podobnej budowy i właściwości. Klasyfikacja ta została przedstawiona w poniższej tabeli.

Pierwszy podział opiera się na tym, z ilu pierwiastków składa się dana substancja. Jeśli z atomów jednego pierwiastka, jest prosty; jeśli z dwóch lub więcej, jest złożony.

Przyjrzyjmy się każdej klasie substancji prostych:

1. Metale to pierwiastki, które znajdują się w grupach pierwszej, drugiej i trzeciej (z wyjątkiem boru) układu okresowego D. И. Elementy Mendelejewa, a także elementy dekadowe, lantonoidy i oktinoidy. Wszystkie metale mają wspólne właściwości fizyczne (kowalność, przewodnictwo cieplne i elektryczne, metaliczny połysk) i chemiczne (redukcyjne, oddziaływanie z wodą, kwasem itp.).
2. Do niemetali należą wszystkie pierwiastki z grup ósmej, siódmej i szóstej (z wyjątkiem polonu), a także arsen, fosfor, węgiel (z grupy piątej), krzem, węgiel (z grupy czwartej) i bor (z grupy trzeciej).
3. Związki amfoteryczne to związki, które mogą wykazywać właściwości zarówno niemetali jak i metali. Na przykład aluminium, cynk, beryl itp.
4. Do gazów szlachetnych (nobliwych) zalicza się pierwiastki ósmej grupy: radon, kseon, krypton, argon, neon, hel. Ich wspólną cechą jest niska aktywność.

Ponieważ wszystkie substancje proste są zbudowane z atomów tego samego pierwiastka w układzie okresowym, ich nazwy zwykle pokrywają się z nazwami tych pierwiastków chemicznych w tabeli.

Aby rozróżnić pojęcia "pierwiastek chemiczny" и "prosta sprawa", mimo podobieństwa nazw należy rozumieć, że pierwszy z nich tworzy substancję złożoną, wiąże się z atomami innych pierwiastków, nie może być rozpatrywany oddzielnie od żadnej substancji złożonej. Z kolei drugie pojęcie pozwala nam wiedzieć, że substancja ma swoje własne właściwości, bez kojarzenia ich z innymi. Na przykład, istnieje tlen jako część wody i istnieje tlen, którym oddychamy. W pierwszym przypadku elementem jako część całości jest woda, a w drugim - jako taki w sobie substancję, którą oddycha organizm istoty żywej.

Rozważmy teraz każdą klasę substancji złożonych:

1. Tlenki to substancje złożone składające się z dwóch pierwiastków, z których jednym jest tlen. Tlenki mogą być: zasadowe (po rozpuszczeniu w wodzie przechodzą w zasady), amfoteryczne (tworzone przez metale amfoteryczne), kwasowe (tworzone przez niemetale w stanach utlenienia od +4 do +7), podwójne (tworzone przez metale w różnych stanach utlenienia) oraz niesolne (np. NO, CO, N₂O i inne).
2. Wodorotlenki to substancje, które mają w swoim składzie grupa - OH (grupa hydroksylowa). Mogą być: zasadowe, amfoteryczne i kwasowe.
3. Sole to związki kompleksowe składające się z kationu metalu i anionu reszty kwasowej. Sole są: średnie (kation metalu + anion reszty kwasowej); kwaśne (kation metalu + niepodstawiony atom(y) wodoru + reszta kwasowa); zasadowe (kation metalu + reszta kwasowa + grupa hydroksylowa); podwójne (dwa kationy metalu + reszta kwasowa); mieszane (kation metalu + dwie reszty kwasowe).
4. Związek dwupierwiastkowy jest związkiem dwupierwiastkowym lub związkiem wielopierwiastkowym zawierającym nie więcej niż jeden kation lub anion albo kation lub anion złożony. Na przykład KF, CCl₄, NH₃ i tak dalej.
5. Kwasy to substancje złożone, w których kationami są wyłącznie jony wodorowe. Ich ujemne aniony nazywane są resztami kwasowymi. Te złożone związki mogą być zawierające tlen lub bez tlenu, jedno- lub dwuzasadowe (w zależności od liczby atomów wodoru), silne lub słabe.

Klasyfikacja związków organicznych

Jak wiadomo, każda klasyfikacja opiera się na pewnych cechach. Współczesna klasyfikacja związków organicznych opiera się na dwóch ważnych cechach:

• budowa szkieletu węglowego;
• obecność grup funkcyjnych w cząsteczce.

Grupa funkcyjna to te atomy lub grupa atomów, od których zależą właściwości substancji. Służą one do określenia klasy związków.

• alkohole (-OH);
• aldehydy (-COH)
• Kwasy karboksylowe (-COOH);
• aminy (-NH₂).

Aby zrozumieć pierwszy podział węglowodorów na klasy cykliczne i acykliczne, należy zapoznać się z rodzajami łańcuchów węglowych:

• Liniowe (karbony ułożone w linii prostej).
• Rozgałęzione (jeden węgiel w łańcuchu jest połączony z trzema innymi, czyli powstaje rozgałęzienie).
• Zamknięte (atomy węgla tworzą pierścień lub cykl).

Te węgle, które mają budowę cykliczną nazywamy węglem cyklicznym, pozostałe to węgle acykliczne.

Krótka charakterystyka poszczególnych klas związków organicznych

1. Na poniższych nieruchomościach wyróżnia się węglowodory niekonwencjonalne. Ich wzór ogólny to C_nH_2n+2. Najprostszym alkanem jest metan (CH₄). Wszystkie następne związki tej klasy są podobne do metanu w swojej strukturze i właściwościach, ale różnią się od niego składem o jedną lub więcej grup -CH₂-. Taki szereg związków, które postępują według tego schematu, nazywamy homologicznym. Alkany są w stanie wejść w reakcje substytucji, w przeciwieństwie do alkanów, alkany cykliczne mają następujące właściwości: - spalanie, rozkład i izomeryzacja (przekształcenie w rozgałęzione węgle).
2. Cykloalkany są podobne do alkanów, ale mają strukturę cykliczną. Ich wzór to C_nH_2n. Mogą brać udział w reakcjach addycji (np. wodór staje się alkanami), substytucji i odwodornienia (usuwania wodoru).
3. Nienasycone węglowodory serii etylenowej (alkeny) to węglowodory o wzorze ogólnym C_nH_2n. Najprostszym przedstawicielem jest etylen, C₂H₄. W swojej strukturze mają jedno wiązanie podwójne. Substancje tej klasy biorą udział w reakcjach addycji, spalania, utleniania, polimeryzacji (proces łączenia się małych identycznych cząsteczek w większe).
4. Węglowodory diene (alkadienowe) mają wzór C_nH_2n-2. Mają już dwa wiązania podwójne i mogą reagować przez addycję i polimeryzację.
5. Acetyleny (alkeny) różnią się od pozostałych klas posiadaniem jednego wiązania potrójnego. Ich wzór ogólny to C_nH_2n-2. Najprostszym przedstawicielem jest acetylen - C₂H_2. Reakcje addycji, utleniania i polimeryzacji.
6. Węglowodory aromatyczne (areny) są tak nazywane, ponieważ niektóre z nich mają przyjemny zapach. Mają one strukturę cykliczną. Ich wzór ogólny to C_nH_2n-6. Najprostszym przedstawicielem jest benzen, C₆H₆. Może ulegać halogenowaniu (zastępowanie atomów wodoru atomami halogenu), nitrowaniu, reakcji addycji i utleniania.