Tik interesanta priekšmeta kā ķīmija apguve jāsāk ar pamatiem, proti, ķīmisko savienojumu klasifikāciju un nomenklatūru. Tas palīdzēs jums nepazust tik sarežģītā zinātnē un nolikt visas jaunās zināšanas savās vietās.
Īsumā par galvenajām lietām
Ķīmisko savienojumu nomenklatūra ir sistēma, kas ietver visus ķīmisko vielu nosaukumus, to grupas, klases un noteikumus, ar kuras palīdzību notiek to nosaukumu vārdu veidošana. Kad tas tika izstrādāts?
Pirmā ķīmijas nomenklatūra. savienojumus 1787. gadā izstrādāja Francijas ķīmiķu komisija A. L. Lavuazjē vadībā. Līdz tam laikam vielām nosaukumus deva patvaļīgi: pēc dažām pazīmēm, pēc iegūšanas metodēm, pēc atklājēja vārda un tā tālāk. Katrai vielai varētu būt vairāki nosaukumi, tas ir, sinonīmi. Komisija nolēma, ka jebkurai vielai jābūt tikai vienam nosaukumam; kompleksās vielas nosaukums var sastāvēt no diviem vārdiem, kas norāda veiduun savienojuma dzimumu, un tai nevajadzētu būt pretrunā ar valodas normām. Šī ķīmisko savienojumu nomenklatūra kļuva par paraugu 19. gadsimta sākumā dažādu tautību, tostarp krievu, nomenklatūru veidošanai. Tas tiks apspriests tālāk.
Ķīmisko savienojumu nomenklatūras veidi
Šķiet, ka ķīmiju vienkārši nav iespējams saprast. Bet, ja paskatās uz diviem ķīmiskās nomenklatūras veidiem. savienojumi, var redzēt, ka viss nav tik sarežģīti. Kāda ir šī klasifikācija? Šeit ir divu veidu ķīmisko savienojumu nomenklatūra:
- neorganiska;
- bioloģiski.
Kas tie ir?
Vienkāršas vielas
Neorganisko savienojumu ķīmiskā nomenklatūra ir vielu formulas un nosaukumi. Ķīmiskā formula ir simbolu un burtu attēls, kas atspoguļo vielas sastāvu, izmantojot Dmitrija Ivanoviča Mendeļejeva Periodisko sistēmu. Nosaukums ir vielas sastāva attēls, izmantojot noteiktu vārdu vai vārdu grupu. Formulu konstruēšana tiek veikta saskaņā ar ķīmisko savienojumu nomenklatūras noteikumiem, un, tos izmantojot, tiek dots apzīmējums.
Dažu elementu nosaukums ir veidots no šo nosaukumu saknes latīņu valodā. Piemēram:
- С - ogleklis, lat. carboneum, saknes "ogļhidrāti". Savienojumu piemēri: CaC - kalcija karbīds; CaCO3 - kalcija karbonāts.
- N - slāpeklis, lat. slāpeklis, sakne "nitr". Savienojumu piemēri: NaNO3 - nātrija nitrāts; Ca3N2 - kalcija nitrīds.
- H - ūdeņradis, lat. ūdeņradis,hidro sakne. Savienojumu piemēri: NaOH - nātrija hidroksīds; NaH - nātrija hidrīds.
- O - skābeklis, lat. oksigenijs, sakne "vēršs". Savienojumu piemēri: CaO - kalcija oksīds; NaOH - nātrija hidroksīds.
- Fe - Dzelzs, lat. ferrum, sakne "ferr". Salikti piemēri: K2FeO4 - kālija ferrāts un tā tālāk.
Prefiksus izmanto, lai aprakstītu atomu skaitu savienojumā. Tabulā piemēriem ir ņemtas gan organiskās, gan neorganiskās ķīmijas vielas.
| Atomu skaits | Prefikss | Piemērs |
| 1 | mono- | oglekļa monoksīds - CO |
| 2 | di- | oglekļa dioksīds - CO2 |
| 3 | trīs- | nātrija trifosfāts - Na5R3O10 |
| 4 | tetro- | nātrija tetrahidroksoalumināts - Na[Al(OH)4] |
| 5 | penta- | pentanols - С5Н11OH |
| 6 | hexa- | heksāns - C6H14 |
| 7 | hepta- | heptēns - C7H14 |
| 8 | octa- | octine - C8H14 |
| 9 | nona- | nonane - C9H20 |
| 10 | deka- | Dīns - C10H22 |
Bioloģiskāvielas
Ar organiskās ķīmijas savienojumiem viss nav tik vienkārši kā ar neorganiskām vielām. Fakts ir tāds, ka organisko savienojumu ķīmiskās nomenklatūras principi ir balstīti uz trim nomenklatūras veidiem vienlaikus. No pirmā acu uzmetiena tas šķiet pārsteidzoši un mulsinoši. Tomēr tie ir diezgan vienkārši. Šeit ir norādīti ķīmisko savienojumu nomenklatūras veidi:
- vēsturisks vai triviāls;
- sistemātiska vai starptautiska;
- racionāls.
Šobrīd tos izmanto, lai piešķirtu nosaukumu konkrētam organiskajam savienojumam. Apskatīsim katru no tiem un pārliecināsimies, ka galveno ķīmisko savienojumu klašu nomenklatūra nav tik sarežģīta, kā šķiet.
Triviāls
Šī ir pati pirmā nomenklatūra, kas parādījās organiskās ķīmijas attīstības sākumā, kad vēl nebija ne vielu klasifikācijas, ne teorijas par to savienojumu uzbūvi. Organiskajiem savienojumiem tika piešķirti nejauši nosaukumi atbilstoši ražošanas avotam. Piemēram, ābolskābe, skābeņskābe. Arī atšķirības kritēriji, pēc kuriem tika doti nosaukumi, bija krāsa, smarža un ķīmiskās īpašības. Taču pēdējais par iemeslu kalpoja reti, jo šajā laika posmā par organiskās pasaules iespējām bija zināms salīdzinoši maz informācijas. Tomēr daudzi šīs diezgan vecās un šaurās nomenklatūras nosaukumi tiek bieži lietoti līdz mūsdienām. Piemēram: etiķskābe, urīnviela, indigo (violeti kristāli), toluols, alanīns, sviestskābe un daudzi citi.
Racionāls
Šī nomenklatūraradās no brīža, kad parādījās organisko savienojumu klasifikācija un vienota teorija. Tam ir nacionāls raksturs. Organisko savienojumu nosaukumus iegūst no veida vai klases, kurai tie pieder, atbilstoši to ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām (acetilēni, ketoni, spirti, etilēni, aldehīdi utt.). Pašlaik šāda nomenklatūra tiek izmantota tikai gadījumos, kad tā sniedz vizuālu un detalizētāku priekšstatu par attiecīgo savienojumu. Piemēram: metilacetilēns, dimetilketons, metilspirts, metilamīns, hloretiķskābe un tamlīdzīgi. Tādējādi no nosaukuma uzreiz kļūst skaidrs, no kā sastāv organiskais savienojums, bet precīzu aizvietotāju grupu atrašanās vietu vēl nevar noteikt.
Starptautisks
Tā pilns nosaukums ir sistemātiska starptautiskā ķīmisko savienojumu nomenklatūra IUPAC (IUPAC, Starptautiskā tīrās un lietišķās ķīmijas savienība, Starptautiskā tīrās un lietišķās ķīmijas savienība). To izstrādāja un ieteica IUPAC kongresi 1957. un 1965. gadā. Starptautiskās nomenklatūras noteikumi, kas publicēti 1979. gadā, tika apkopoti Zilajā grāmatā.
Ķīmisko savienojumu sistemātiskās nomenklatūras pamats ir mūsdienu teorija par organisko vielu uzbūvi un klasifikāciju. Šīs sistēmas mērķis ir atrisināt galveno nomenklatūras problēmu: visu organisko savienojumu nosaukumos jāiekļauj pareizi aizvietotāju (funkciju) nosaukumi un to balsts - ogļūdeņradis.skelets. Tam jābūt tādam, lai to varētu izmantot, lai noteiktu vienīgo pareizo strukturālo formulu.
Vēlme izveidot vienotu ķīmisko vielu nomenklatūru organiskajiem savienojumiem radās XIX gadsimta 80. gados. Tas notika pēc tam, kad Aleksandrs Mihailovičs Butlerovs bija izveidojis ķīmiskās struktūras teoriju, kurā bija četri galvenie noteikumi, kas stāsta par atomu secību molekulā, izomērijas fenomenu, attiecības starp vielas struktūru un īpašībām, kā arī atomu ietekme vienam uz otru. Šis notikums notika 1892. gadā Ženēvas Ķīmiķu kongresā, kurā tika apstiprināti organisko savienojumu nomenklatūras noteikumi. Šie noteikumi tika iekļauti organiskajā, ko sauc par Ženēvas nomenklatūru. Pamatojoties uz to, tika izveidota populārā Beilšteina uzziņu grāmata.
Dabiski, ka laika gaitā organisko savienojumu daudzums pieauga. Šī iemesla dēļ nomenklatūra visu laiku kļuva sarežģītāka un radās jauni papildinājumi, kas tika paziņoti un pieņemti nākamajā kongresā, kas notika 1930. gadā Lježas pilsētā. Inovāciju pamatā bija ērtības un kodolīgums. Un tagad sistemātiskā starptautiskā nomenklatūra ir absorbējusi dažus gan Ženēvas, gan Lježas noteikumus.
Tādējādi šie trīs sistematizācijas veidi ir organisko savienojumu ķīmiskās nomenklatūras pamatprincipi.
Vienkāršu savienojumu klasifikācija
Tagad pienācis laiks iepazīties ar interesantāko: gan organisko, gan neorganisko vielu klasifikāciju.
Tagad pasauleir zināmi tūkstošiem dažādu neorganisko savienojumu. Ir gandrīz neiespējami zināt visus to nosaukumus, formulas un īpašības. Tāpēc visas neorganiskās ķīmijas vielas iedala klasēs, kas grupē visus savienojumus pēc līdzīgas struktūras un īpašībām. Šī klasifikācija ir parādīta tabulā zemāk.
| Neorganiskās vielas | |
| Vienkāršs | Metāls (metāli) |
| Nemetāla (nemetāli) | |
| Amfotēriski (amfigēni) | |
| Cēlgāzes (aerogēni) | |
| Komplekss | Oksīdi |
| Hidroksīdi (bāzes) | |
| Sāls | |
| Binārie savienojumi | |
| Skābes | |
Pirmajam dalījumam mēs izmantojām, no cik elementiem viela sastāv. Ja no viena elementa atomiem, tad tas ir vienkārši, un ja no diviem vai vairākiem - sarežģītiem.
Apskatīsim katru vienkāršo vielu klasi:
- Metāli ir elementi, kas atrodas D. I. Mendeļejeva periodiskās tabulas pirmajā, otrajā, trešajā grupā (izņemot boru), kā arī gadu desmitu elementi, lantonoīdi un oktinoīdi. Visiem metāliem ir kopīgas fizikālās (elastība, siltuma un elektriskā vadītspēja, metāliskais spīdums) un ķīmiskās (reducējošās, mijiedarbības ar ūdeni, skābi utt.) īpašības.
- Pie nemetāliem pieder visi astotās, septītās, sestās (izņemot poloniju) grupas elementi, kā arī arsēns, fosfors, ogleklis (no piektās grupas), silīcijs, ogleklis (no ceturtās grupas) un bors. (no trešās).
- AmfotērisksSavienojumi ir tie savienojumi, kuriem var būt gan nemetālu, gan metālu īpašības. Piemēram, alumīnijs, cinks, berilijs un tā tālāk.
- Cēlgāzes (inertās) ietver astotās grupas elementus: radonu, kseonu, kriptonu, argonu, neonu, hēliju. Viņu kopīgais īpašums ir zema aktivitāte.
Tā kā visas vienkāršās vielas sastāv no viena un tā paša periodiskās tabulas elementa atomiem, to nosaukumi parasti sakrīt ar šo tabulas ķīmisko elementu nosaukumiem.
Lai atšķirtu jēdzienus "ķīmiskais elements" un "vienkāršā viela", neskatoties uz nosaukumu līdzību, ir jāsaprot sekojošais: ar pirmā palīdzību veidojas sarežģīta viela, tā saistās ar citu elementu atomi, to nevar uzskatīt par atsevišķām vielām. Otrais jēdziens ļauj mums zināt, ka šai vielai ir savas īpašības, kas nav saistītas ar citām. Piemēram, ir skābeklis, kas ir daļa no ūdens, un ir skābeklis, ko mēs elpojam. Pirmajā gadījumā elements kā veseluma daļa ir ūdens, bet otrajā gadījumā kā viela sevī, ko dzīvo būtņu organisms elpo.
Tagad apsveriet katru sarežģīto vielu klasi:
- Oksīdi ir sarežģīta viela, kas sastāv no diviem elementiem, no kuriem viens ir skābeklis. Oksīdi ir: bāziski (izšķīdinot ūdenī, tie veidojas par bāzēm), amfoteriski (veidojas ar amfotērisku metālu palīdzību), skābie (veidojas nemetāli oksidācijas pakāpēs no +4 līdz +7), dubultie (veidojas ar metālu līdzdalība dažādāsoksidēšanas pakāpes) un sāli neveidojošas (piemēram, NO, CO, N2O un citi).
- Hidroksīdi ietver vielas, kuru sastāvā ir grupa - OH (hidroksilgrupa). Tie ir: bāziski, amfoteriski un skābi.
- Sāļus sauc par tādiem kompleksiem savienojumiem, kas ietver metāla katjonu un skābes atlikuma anjonu. Sāļi ir: vidēji (metāla katjons + skābes atlikuma anjons); skābs (metāla katjons + neaizvietots(-i) ūdeņraža atoms(-i) + skābes atlikums); bāzisks (metāla katjons + skābes atlikums + hidroksilgrupa); dubultā (divi metāla katjoni + skābes atlikums); jaukts (metāla katjons + divi skābes atlikumi).
- Binārs savienojums ir divu elementu savienojums vai vairāku elementu savienojums, kas ietver ne vairāk kā vienu katjonu vai anjonu, vai kompleksu katjonu vai anjonu. Piemēram, KF, CCl4, NH3 un tā tālāk.
- Skābēs ietilpst tādas sarežģītas vielas, kuru katjoni ir tikai ūdeņraža joni. To negatīvos anjonus sauc par skābes atlikumiem. Šie kompleksie savienojumi var būt piesātināti ar skābekli vai bezskābekļiem, vienbāziski vai divbāziski (atkarībā no ūdeņraža atomu skaita), spēcīgi vai vāji.
Organisko savienojumu klasifikācija
Kā jūs zināt, jebkura klasifikācija ir balstīta uz noteiktām iezīmēm. Mūsdienu organisko savienojumu klasifikācijas pamatā ir divas vissvarīgākās pazīmes:
- oglekļa skeleta struktūra;
- funkcionālo grupu klātbūtne molekulā.
Funkcionālā grupa ir tie atomi vai atomu grupa, no kuriem ir atkarīgas vielu īpašības. Tie nosaka, kurai klasei pieder konkrētais savienojums.
| Ogļūdeņraži | ||
| Aciklisks | Ierobežojums | |
| Neierobežots | Etilēns | |
| Acetilēns | ||
| Diene | ||
| Ciklis | Cikloalkāni | |
| Aromātisks | ||
- alkoholi (-OH);
- aldehīdi (-COH);
- karbonskābes (-COOH);
- amīni (-NH2).
Ogļūdeņražu pirmā iedalījuma koncepcijai cikliskajās un acikliskajās klasēs jāiepazīstas ar oglekļa ķēžu veidiem:
- Lineārs (oglekli ir izkārtoti pa taisnu līniju).
- Sazarots (vienam no ķēdes oglekļa atomiem ir saite ar pārējiem trim oglekļa atomiem, tas ir, veidojas zars).
- Slēgts (oglekļa atomi veido gredzenu vai ciklu).
Ogļus, kuru struktūrā ir cikli, sauc par cikliskiem, bet pārējos sauc par acikliskiem.
Īss katras organisko savienojumu klases apraksts
- Piesātinātie ogļūdeņraži (alkāni) nespēj pievienot ūdeņradi un citus elementus. Viņu vispārīgā formula ir C H2n+2. Vienkāršākais alkānu pārstāvis ir metāns (CH4). Visi turpmākie šīs klases savienojumi ir līdzīgi metānam pēc savas struktūras unīpašības, bet atšķiras no tā sastāva ar vienu vai vairākām grupām -CH2-. Šādu savienojumu sēriju, kas pakļaujas šim modelim, sauc par homologiem. Alkāni spēj iesaistīties aizstāšanas, sadegšanas, sadalīšanās un izomerizācijas reakcijās (pārvēršanās sazarotos oglekļos).
- Cikloalkāni ir līdzīgi alkāniem, taču tiem ir cikliska struktūra. Viņu formula ir C H2n. Tie var piedalīties pievienošanas reakcijās (piemēram, ūdeņradis, kļūstot par alkāniem), aizstāšanā un dehidrogenēšanā (ūdeņraža abstrakcijā).
- Etilēna sērijas nepiesātinātie ogļūdeņraži (alkēni) ietver ogļūdeņražus ar vispārīgo formulu C H2n. Vienkāršākais pārstāvis ir etilēns - C2H4. To struktūrā ir viena dubultā saite. Šīs klases vielas ir iesaistītas pievienošanās, sadegšanas, oksidācijas, polimerizācijas reakcijās (mazu identisku molekulu apvienošanas procesā lielākās).
- Diēna (alkadiēnu) ogļūdeņražiem ir formula C H2n-2. Tiem jau ir divas dubultās saites, un tie spēj iesaistīties pievienošanas un polimerizācijas reakcijās.
- Acetilēns (alkīni) atšķiras no citām klasēm ar vienu trīskāršo saiti. Viņu vispārīgā formula ir C H2n-2. Vienkāršākais pārstāvis - acetilēns - C2H2. Ieiet pievienošanas, oksidācijas un polimerizācijas reakcijās.
- Aromātiskie ogļūdeņraži (arēni) ir šādi nosaukti, jo dažiem no tiem ir patīkama smarža. Viņiem ir cikliska struktūra. Viņu vispārējā formula ir CH2n-6. Vienkāršākais pārstāvis ir benzols - C6H6. Tajos var notikt halogenēšanas reakcijas (ūdeņraža atomu aizstāšana ar halogēna atomiem), nitrēšana, pievienošana un oksidēšana.
