Tokio įdomaus dalyko kaip chemija studijos turėtų prasidėti nuo pagrindų, būtent cheminių junginių klasifikavimo ir nomenklatūros. Tai padės nepasiklysti tokiame sudėtingame moksle ir visas naujas žinias sudėti į savo vietas.
Trumpai apie pagrindinius dalykus
Cheminių junginių nomenklatūra – tai sistema, apimanti visus cheminių medžiagų pavadinimus, jų grupes, klases ir taisykles, kurių pagalba vyksta jų pavadinimų žodžių daryba. Kada jis buvo sukurtas?
Pirmoji chemijos nomenklatūra. junginius 1787 metais sukūrė Prancūzijos chemikų komisija, vadovaujama A. L. Lavoisier. Iki tol pavadinimai medžiagoms buvo suteikiami savavališkai: pagal kai kuriuos ženklus, pagal gavimo būdus, pagal atradėjo vardą ir pan. Kiekviena medžiaga gali turėti kelis pavadinimus, tai yra sinonimus. Komisija nusprendė, kad bet kuri medžiaga turėtų turėti tik vieną pavadinimą; sudėtinės medžiagos pavadinimas gali būti sudarytas iš dviejų žodžių, nurodančių rūšįir ryšio lytį, ir neturėtų prieštarauti kalbos normoms. Ši cheminių junginių nomenklatūra XIX amžiaus pradžioje tapo pavyzdžiu kuriant įvairių tautybių, tarp jų ir rusų, nomenklatūras. Tai bus toliau aptariama.
Cheminių junginių nomenklatūros tipai
Atrodo, kad chemijos suprasti tiesiog neįmanoma. Bet jei pažvelgsite į dvi cheminės nomenklatūros rūšis. ryšius, matosi, kad viskas nėra taip sudėtinga. Kas yra ši klasifikacija? Čia yra dviejų tipų cheminių junginių nomenklatūra:
- neorganinis;
- ekologiškas.
Kas jie?
Paprastos medžiagos
Neorganinių junginių cheminė nomenklatūra yra medžiagų formulės ir pavadinimai. Cheminė formulė yra simbolių ir raidžių vaizdas, atspindintis medžiagos sudėtį naudojant Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo periodinę sistemą. Pavadinimas yra medžiagos sudėties vaizdas, naudojant konkretų žodį ar žodžių grupę. Formulės sudaromos pagal cheminių junginių nomenklatūros taisykles, o jas naudojant suteikiamas žymėjimas.
Kai kurių elementų pavadinimas sudarytas iš šių lotynų pavadinimų šaknų. Pavyzdžiui:
- С – anglis, lat. carboneum, šaknis „angliavandenis“. Junginių pavyzdžiai: CaC – kalcio karbidas; CaCO3 – kalcio karbonatas.
- N – azotas, lat. azotas, šaknis "nitras". Junginių pavyzdžiai: NaNO3 - natrio nitratas; Ca3N2 - kalcio nitridas.
- H – vandenilis, lat. vandenilis,hidro šaknis. Junginių pavyzdžiai: NaOH – natrio hidroksidas; NaH – natrio hidridas.
- O – deguonis, lat. oksigeniumas, šaknis "jautis". Junginių pavyzdžiai: CaO – kalcio oksidas; NaOH – natrio hidroksidas.
- Fe – geležis, lat. ferrum, šaknis "ferr". Sudėtiniai pavyzdžiai: K2FeO4 - kalio feratas ir pan.
Prefiksai naudojami atomų skaičiui junginyje apibūdinti. Lentelėje, pavyzdžiui, paimtos organinės ir neorganinės chemijos medžiagos.
| Atomų skaičius | Prefiksas | Pavyzdys |
| 1 | mono- | anglies monoksidas – CO |
| 2 | di- | anglies dioksidas – CO2 |
| 3 | trys- | natrio trifosfatas – Na5R3O10 |
| 4 | tetro- | natrio tetrahidroksoaliuminatas – Na[Al(OH)4] |
| 5 | penta- | pentanolis – С5Н11OH |
| 6 | hexa- | heksanas – C6H14 |
| 7 | hepta- | heptenas – C7H14 |
| 8 | octa- | octine – C8H14 |
| 9 | nona- | nonane – C9H20 |
| 10 | deka- | Dekanas – C10H22 |
Ekologiškasmedžiagos
Su organinės chemijos junginiais viskas nėra taip paprasta, kaip su neorganiniais junginiais. Faktas yra tas, kad organinių junginių cheminės nomenklatūros principai yra pagrįsti trijų tipų nomenklatūra vienu metu. Iš pirmo žvilgsnio tai atrodo stebina ir glumina. Tačiau jie yra gana paprasti. Štai cheminių junginių nomenklatūros tipai:
- istorinis arba trivialus;
- sisteminis arba tarptautinis;
- racionalus.
Šiuo metu jie naudojami tam tikram organiniam junginiui pavadinti. Panagrinėkime kiekvieną iš jų ir įsitikinkime, kad pagrindinių cheminių junginių klasių nomenklatūra nėra tokia sudėtinga, kaip atrodo.
Trivialus
Tai pati pirmoji nomenklatūra, atsiradusi organinės chemijos raidos pradžioje, kai nebuvo nei medžiagų klasifikacijos, nei jų junginių sandaros teorijos. Organiniams junginiams buvo priskirti atsitiktiniai pavadinimai pagal gamybos š altinį. Pavyzdžiui, obuolių rūgštis, oksalo rūgštis. Taip pat skiriamieji kriterijai, pagal kuriuos buvo suteikti pavadinimai, buvo spalva, kvapas ir cheminės savybės. Tačiau pastaroji retai pasitarnavo priežastimi, nes per šį laikotarpį apie organinio pasaulio galimybes buvo žinoma palyginti mažai informacijos. Tačiau daugelis šios gana senos ir siauros nomenklatūros pavadinimų dažnai vartojami iki šių dienų. Pavyzdžiui: acto rūgštis, karbamidas, indigo (purpuriniai kristalai), toluenas, alaninas, sviesto rūgštis ir daugelis kitų.
Racionalus
Ši nomenklatūraatsirado nuo tada, kai atsirado organinių junginių sandaros klasifikacija ir vieninga teorija. Jis turi nacionalinį pobūdį. Organiniai junginiai pavadinti pagal tipą ar klasę, kuriai jie priklauso, atsižvelgiant į jų chemines ir fizines savybes (acetilenai, ketonai, alkoholiai, etilenai, aldehidai ir kt.). Šiuo metu tokia nomenklatūra naudojama tik tais atvejais, kai ji suteikia vaizdinį ir išsamesnį aptariamo junginio vaizdą. Pavyzdžiui: metilacetilenas, dimetilketonas, metilo alkoholis, metilaminas, chloracto rūgštis ir pan. Taigi iš pavadinimo iš karto tampa aišku, iš ko susideda organinis junginys, tačiau tikslios pakaitų grupių vietos nustatyti dar negalima.
Tarptautinė
Visas jo pavadinimas yra sisteminga tarptautinė cheminių junginių nomenklatūra IUPAC (IUPAC, Tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga, Tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga). Jį sukūrė ir rekomendavo IUPAC kongresai 1957 ir 1965 m. 1979 m. paskelbtos tarptautinės nomenklatūros taisyklės buvo surinktos į Mėlynąją knygą.
Sistetinės cheminių junginių nomenklatūros pagrindas yra šiuolaikinė organinių medžiagų sandaros ir klasifikavimo teorija. Šia sistema siekiama išspręsti pagrindinę nomenklatūros problemą: visų organinių junginių pavadinime turi būti nurodyti teisingi pakaitų (funkcijų) ir jų atramos – angliavandenilių – pavadinimai.skeletas. Ji turi būti tokia, kad ją būtų galima naudoti nustatant vienintelę teisingą struktūrinę formulę.
Noras sukurti vieningą cheminių organinių junginių nomenklatūrą kilo XIX a. 80-aisiais. Tai atsitiko po to, kai Aleksandras Michailovičius Butlerovas sukūrė cheminės struktūros teoriją, kurioje buvo keturios pagrindinės nuostatos, pasakojančios apie atomų tvarką molekulėje, izomerijos reiškinį, ryšį tarp medžiagos struktūros ir savybių, taip pat atomų įtaka vienas kitam. Šis įvykis įvyko 1892 metais Ženevoje vykusiame chemikų kongrese, kuriame buvo patvirtintos organinių junginių nomenklatūros taisyklės. Šios taisyklės buvo įtrauktos į organiką, vadinamą Ženevos nomenklatūra. Jos pagrindu buvo sukurta populiarioji Beilstein žinynė.
Natūralu, kad laikui bėgant organinių junginių kiekis augo. Dėl šios priežasties nomenklatūra visą laiką komplikavosi, atsirado naujų papildymų, kurie buvo paskelbti ir priimti kitame kongrese, įvykusiame 1930 m. Lježo mieste. Naujovės buvo grindžiamos patogumu ir glaustumu. Ir dabar sisteminga tarptautinė nomenklatūra absorbavo kai kurias Ženevos ir Lježo nuostatas.
Taigi šie trys sisteminimo tipai yra pagrindiniai organinių junginių cheminės nomenklatūros principai.
Paprastų junginių klasifikacija
Dabar laikas susipažinti su įdomiausiu: tiek organinių, tiek neorganinių medžiagų klasifikacija.
Dabar pasaulisžinomi tūkstančiai įvairių neorganinių junginių. Beveik neįmanoma žinoti visų jų pavadinimų, formulių ir savybių. Todėl visos neorganinės chemijos medžiagos skirstomos į klases, kurios grupuoja visus junginius pagal panašią struktūrą ir savybes. Ši klasifikacija parodyta toliau esančioje lentelėje.
| Neorganinės medžiagos | |
| Paprasta | Metalas (metalai) |
| Nemetalinis (ne metalas) | |
| Amfoterinis (amfigenai) | |
| Tauriosios dujos (aerogenai) | |
| Kompleksas | Oksidai |
| Hidroksidai (bazės) | |
| Druskos | |
| Dvejetainiai junginiai | |
| Rūgštys | |
Pirmam skyriui naudojome, iš kiek elementų susideda medžiaga. Jei iš vieno elemento atomų, tai paprasta, o jei iš dviejų ar daugiau – sudėtinga.
Panagrinėkime kiekvieną paprastų medžiagų klasę:
- Metalai yra D. I. Mendelejevo periodinės lentelės pirmoje, antroje, trečioje grupėse esantys elementai (išskyrus borą), taip pat dešimtmečių elementai, lantonoidai ir oktinoidai. Visiems metalams būdingos bendros fizinės (plastiškumas, šilumos ir elektros laidumas, metalo blizgesys) ir cheminės (redukuojančios, sąveikos su vandeniu, rūgštimi ir pan.) savybės.
- Ne metalai apima visus aštuntos, septintosios, šeštosios (išskyrus polonį) grupių elementus, taip pat arseną, fosforą, anglį (iš penktosios grupės), silicį, anglį (iš ketvirtos grupės) ir borą. (nuo trečios).
- AmfoterinisJunginiai yra tie junginiai, kurie gali turėti ir nemetalų, ir metalų savybių. Pavyzdžiui, aliuminis, cinkas, berilis ir pan.
- Tauriosios (inertinės) dujos apima aštuntos grupės elementus: radoną, kseoną, kriptoną, argoną, neoną, helią. Jų bendra nuosavybė yra mažas aktyvumas.
Kadangi visas paprastas medžiagas sudaro to paties periodinės lentelės elemento atomai, jų pavadinimai paprastai sutampa su šių lentelės cheminių elementų pavadinimais.
Norėdami atskirti sąvokas "cheminis elementas" ir "paprasta medžiaga", nepaisant pavadinimų panašumo, turite suprasti: su pirmojo pagalba susidaro sudėtinga medžiaga, ji jungiasi su kitų elementų atomai, jis negali būti laikomas atskiromis medžiagomis. Antroji sąvoka leidžia mums žinoti, kad ši medžiaga turi savo savybių, nesusijusi su kitomis. Pavyzdžiui, yra deguonies, kuris yra vandens dalis, ir yra deguonies, kuriuo kvėpuojame. Pirmuoju atveju elementas, kaip visumos dalis, yra vanduo, o antruoju atveju kaip substancija savaime, kuria kvėpuoja gyvų būtybių organizmas.
Dabar apsvarstykite kiekvieną sudėtingų medžiagų klasę:
- Oksidai yra sudėtinga medžiaga, susidedanti iš dviejų elementų, iš kurių vienas yra deguonis. Oksidai yra baziniai (ištirpę vandenyje virsta bazėmis), amfoteriniai (susidaro amfoterinių metalų pagalba), rūgštiniai (susidaro nemetalai, kurių oksidacijos būsena yra nuo +4 iki +7), dvigubi (susidaro su metalų dalyvavimas įvairioseoksidacijos laipsniai) ir nesudarantys druskos (pavyzdžiui, NO, CO, N2O ir kiti).
- Hidroksidai apima medžiagas, kurių sudėtyje yra grupė - OH (hidroksilo grupė). Jie yra baziniai, amfoteriniai ir rūgštiniai.
- Druskos vadinamos tokiais sudėtingais junginiais, kuriuose yra metalo katijonas ir rūgšties liekanos anijonas. Druskos yra: vidutinės (metalo katijonas + rūgšties likučio anijonas); rūgštinė (metalo katijonas + nepakeistas (-i) vandenilio atomas (-ai) + rūgšties liekana); bazinis (metalo katijonas + rūgšties liekana + hidroksilo grupė); dvigubas (du metalo katijonai + rūgšties likutis); sumaišytas (metalo katijonas + dvi rūgšties liekanos).
- Dvejetainis junginys yra dviejų elementų junginys arba kelių elementų junginys, įskaitant ne daugiau kaip vieną katijoną, anijoną, kompleksinį katijoną arba anijoną. Pavyzdžiui, KF, CCl4, NH3 ir pan.
- Rūgštys apima tokias sudėtingas medžiagas, kurių katijonai yra tik vandenilio jonai. Jų neigiami anijonai vadinami rūgšties liekanomis. Šie sudėtingi junginiai gali būti prisotinti deguonimi arba beoksiniai, vienbaziniai arba dvibaziniai (atsižvelgiant į vandenilio atomų skaičių), stiprūs arba silpni.
Organinių junginių klasifikacija
Kaip žinote, bet kokia klasifikacija grindžiama tam tikromis savybėmis. Šiuolaikinė organinių junginių klasifikacija grindžiama dviem svarbiausiomis savybėmis:
- anglies karkaso struktūra;
- funkcinių grupių buvimas molekulėje.
Funkcinė grupė yra tie atomai arba atomų grupė, nuo kurių priklauso medžiagų savybės. Jie nustato, kuriai klasei priklauso konkretus junginys.
| Angliavandeniliai | ||
| Aciklinis | Limit | |
| Neribotas | Etilenas | |
| Acetilenas | ||
| Diena | ||
| Ciklinis | Cikloalkanai | |
| Aromatinis | ||
- alkoholiai (-OH);
- aldehidai (-COH);
- karboksirūgštys (-COOH);
- aminai (-NH2).
Siekiant pirmojo angliavandenilių skirstymo į ciklines ir aciklines klases koncepcija, būtina susipažinti su anglies grandinių rūšimis:
- Tiesioji (anglies junginiai yra išdėstyti tiesia linija).
- Šakota (vienas iš grandinės anglies atomų turi ryšį su kitais trimis anglies atomais, tai yra, susidaro atšaka).
- Uždaryta (anglies atomai sudaro žiedą arba ciklą).
Tos anglies atomai, kurių struktūroje yra ciklai, vadinamos ciklinėmis, o likusios - aciklinėmis.
Trumpas kiekvienos organinių junginių klasės aprašymas
- Sotieji angliavandeniliai (alkanai) negali pridėti vandenilio ir kitų elementų. Jų bendroji formulė yra C H2n+2. Paprasčiausias alkanų atstovas yra metanas (CH4). Visi paskesni šios klasės junginiai yra panašūs į metaną savo struktūra irsavybių, tačiau skiriasi nuo jos sudėtimi viena ar keliomis grupėmis -CH2-. Tokia junginių serija, kuri paklūsta šiam modeliui, vadinama homologinėmis. Alkanai gali dalyvauti pakeitimo, degimo, skilimo ir izomerizacijos reakcijose (virtimo į šakotąsias anglies atomus).
- Cikloalkanai yra panašūs į alkanus, bet turi ciklinę struktūrą. Jų formulė yra C H2n. Jie gali dalyvauti prisijungimo reakcijose (pavyzdžiui, vandeniliu, tampa alkanais), pakeitime ir dehidrinimu (vandenilio abstrakcija).
- Nesotieji etileno serijos angliavandeniliai (alkenai) apima angliavandenilius, kurių bendra formulė C H2n. Paprasčiausias atstovas yra etilenas - C2H4. Jų struktūroje yra viena dviguba jungtis. Šios klasės medžiagos dalyvauja sudėjimo, degimo, oksidacijos, polimerizacijos reakcijose (mažų identiškų molekulių sujungimo į didesnes procesas).
- Dienų (alkadienų) angliavandenilių formulė C H2n-2. Jie jau turi dvi dvigubas jungtis ir gali dalyvauti sudėjimo ir polimerizacijos reakcijose.
- Acetilenas (alkinai) nuo kitų klasių skiriasi tuo, kad turi vieną trigubą jungtį. Jų bendroji formulė yra C H2n-2. Paprasčiausias atstovas – acetilenas – C2H2. Įeikite į sudėjimo, oksidacijos ir polimerizacijos reakcijas.
- Aromatiniai angliavandeniliai (arenai) taip pavadinti, nes kai kurie iš jų turi malonų kvapą. Jie turi ciklinę struktūrą. Jų bendroji formulė yra CH2n-6. Paprasčiausias atstovas yra benzenas - C6H6. Juose gali vykti halogeninimo reakcijos (vandenilio atomai pakeičiami halogeno atomais), nitrinami, pridedami ir oksiduojami.
