Классификация химических соединений по составу.

Химическое соединение – совокупность химических структурных эле­мен­тов (атомов или ионов), объединенных химическим взаимо­дейст­ви­ем, называемым химической связью. Химическая связь – взаимодействие между химическими структурными элементами вещества, сопровождающееся изменением в их электронном строении в результате обобществления элект­ро­нов и приводящее к понижению энергии системы.

В зависимости от состава химические соединения подразделяют на простые и сложные.

 

 

Схема 1. Простые и сложные химические соединения.

 

Аллотропия – это способность химических элементов образовывать нес­­колько раз­ных простых веществ, отличающихся по своим свойствам. Явление ал­ло­тропии мо­жет быть обусловлено либо различным составом моле­кул прос­того ве­щества данного элемента (аллотропия состава), либо спо­собом раз­ме­ще­ния молекул или атомов в крис­таллической решетке (алло­тро­пия фор­мы). Например, се­лен в виде твердого при нор­мальных условиях прос­то­го ве­щества существует в виде: красного селена, в узлах кристаллической ко­то­ро­го на­ходятся циклические мо­лекулы Se_¥, серого селена - крис­тал­лы об­ра­зо­ваны зигзагообразными цепями Se_¥, и красно-коричневой стек­ло­видной мо­ди­фикации, образованной неупорядоченно рас­по­ложенными молекулами Se_¥ раз­ной длины. Красный и серый селен являются при­ме­рами аллотропных моди­фикаций состава, а красный и красно-коричневый се­лен – примерами аллотроп­ных мо­дификаций формы. Аллотропия – частный случай явле­ния полиморфиз­ма. Спо­соб­ность элемента к образованию аллотропных моди­фи­каций свя­зана с электронным стро­е­нием атома.

Химические соединения, содержащие атомы или ионы двух химических эле­ментов называются бинарными (CS₂, NaCl, SiCl₄), а более двух химических эле­мен­тов - многоэлементными (Na₂SO₄, SeO₂F₂, K₃[Fe(CN)₆]).

 

 

Упражнения:

6. Какие химические соединения называются простыми, сложными?

7. Привести примеры аллотропных модификаций состава и формы для кис­­ло­ро­да и серы как простых ве­ществ.

8. Что такое бинарные химические соединения? Приведите примеры бинар­ных хи­­ми­ческих соединений щелочноземельных металлов с галоге­на­ми, халь­­когенами, азо­том, фосфором, водородом.

9. Какие из следующих соединений серы относятся к простым, сложным би­нарным и сложным многоэлементным соединениям: (SO₃)₃, S₈, SO₂Cl₂, FeS₂, Na₂SO₄?

 

4. Принципы химической номенклатуры – хими­чес­кие формулы (прос­тейшая, мо­ле­­ку­ляр­ная, графическая) и химические названия сое­ди­­не­ний (система­ти­чес­кое, тра­ди­ци­он­ное, специальное, тривиальное).

 

Химическая номенклатура - это язык химии, который включает в себя фор­­мулы хи­ми­ческих соединений, отображающих состав веществ с по­мощью сим­волов хими­чес­ких элементов, числовых индексов и других зна­ков, и названия соединений – изобра­же­ние состава веществ с помощью сло­ва или группы слов. Пере­ход от химических фор­мул к названиям и наоборот оп­ре­деляется системой номен­к­ла­тур­ных правил. Современная номенклатура раз­работана Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC). В основу номенклатуры поло­жен состав хи­ми­ческих сое­ди­нений.

По номенклатурным правилам каждое вещество в соответ­ст­вии с его фор­му­лой по­лу­чает систематическое название, полностью отражающее его состав (N₂ – диазот, Hg₂Cl₂ – дихлорид диртути). Для ограниченного числа рас­про­ст­ра­нен­ных кислот и их солей правила ИЮПАК рекомендуют использование тра­диционных названий (H₂SO₄ – серная кислота, Na₂SO₄ – сульфат натрия), хотя они не дают точного пред­с­тав­ления о составе и требуют запоминания. По пра­ви­лам ИЮПАК допускается ис­пользование небольшого числа специальных ис­торически сло­жившихся названий – например, вода H₂O, аммиак NH₃, ам­мо­ний NH₄⁺, гидразин N₂H₄. В технической ли­те­ра­туре иногда применяют три­ви­аль­ные названия: соляная кис­ло­та HCl, сода Na₂CO₃, мед­ный купорос CuSO₄×5H₂O, нашатырь NH₄Cl.

В химической практике в основном используется три типа формул химичес­ких со­е­ди­­не­­ний – простейшая (эмпирическая), молекулярная и графическая (струк­турно-графическая). Простейшая формула отражает минимальное соотношение между ато­мами химичес­ких элементов в соединении: S для всех аллотропных моди­фи­ка­ций серы как прос­то­го вещества, CH для бен­зо­ла и т.д. Моле­ку­ляр­ная фор­му­ла отображает истинный сос­тав молекул или сложных ионов: S₂, S₈, S_¥, C₆H₆, C₂O₄^2-. Графическая формула, наря­ду с истинным составом, отображает распо­ло­­же­ние атомов химических элементов в соединении и кратность химических свя­зей между ними. Каждая двухцентровая двух­электронная химическая связь меж­ду атомами изо­бра­жается отдельной «чер­точ­кой», а делокализованные меж­ду несколькими атома связи – кривой, охватывающей эти ато­мы:

 

 

 

 

Для отображения состава и структуры соединений в молекулярных фор­му­лах сое­ди­не­ний, наряду с символами химических элементов, используются: чис­ловые ин­дек­сы; круглые, фи­гур­ные и квадратные скобки; математические символы «×» или «´»; бук­вы греческого алфавита; буквенные обозначения типа кристаллической решетки (куб. – кубическая, тетр. – тетрагональная, монокл. – мо­ноклинная, гекс. – гек­са­го­наль­ная, триг. – тригональная, трикл. – триклин­ная): NH₄, NH₄⁺, (NH₄)₂SO₄, [Co(NH₃)₆]Cl₃, Na₂SO₄×5H₂O, Na₂SO₄´5H₂O, a-Pb, S_(ромб).

 

 

Упражнения:

10. В одинаковой ли мере обоснована запись графических формул для со­­е­ди­не­ний с молекулярной и ионной структурой?

11. Приведите простейшие, молекулярные и графические формулы сле­ду­ю­щих хими­ческих соединений: аммиак, пероксид водорода, азот, белый фосфор, озон, гелий.

12. Приведите по три примера формул химических соединений использующих, на­ря­ду с сим­волами химических элементов, другие обозначения: числовые ин­­дексы, круг­­лые и квадратные скобки, математический символ «×» или «´», бук­вы гречес­ко­го ал­фавита.