Badanie tak interesującego przedmiotu, jakim jest chemia, należy rozpocząć od podstaw, czyli klasyfikacji i nazewnictwa związków chemicznych. Pomoże Ci to nie zgubić się w tak złożonej nauce i umieścić całą nową wiedzę na swoim miejscu.
Krótko o najważniejszych sprawach
Nomenklatura związków chemicznych to system, który obejmuje wszystkie nazwy związków chemicznych, ich grupy, klasy i zasady, za pomocą których odbywa się tworzenie słów ich nazw. Kiedy został opracowany?
Pierwsza nomenklatura chemii. Związki chemiczne zostały opracowane w 1787 roku przez Komisję chemików francuskich pod przewodnictwem A. L. Lavoisiera. Do tego czasu nazwy nadawano substancjom arbitralnie: według niektórych znaków, według metod pozyskiwania, według nazwiska odkrywcy i tak dalej. Każda substancja może mieć kilka nazw, czyli synonimów. Komisja zdecydowała, że każda substancja powinna mieć tylko jedną nazwę; nazwa substancji złożonej może składać się z dwóch słów wskazujących na rodzaji płci połączenia i nie powinny być sprzeczne z normami językowymi. Ta nomenklatura związków chemicznych stała się wzorem do tworzenia na początku XIX wieku nomenklatur różnych narodowości, w tym rosyjskiej. Zostanie to omówione dalej.
Rodzaje nazewnictwa związków chemicznych
Wygląda na to, że po prostu niemożliwe jest zrozumienie chemii. Ale jeśli spojrzysz na dwa rodzaje nomenklatury chemicznej. połączenia, widać, że wszystko nie jest takie skomplikowane. Jaka jest ta klasyfikacja? Oto dwa rodzaje nomenklatury związków chemicznych:
- nieorganiczne;
- organiczny.
Czym one są?
Proste substancje
Nomenklatura chemiczna związków nieorganicznych to wzory i nazwy substancji. Wzór chemiczny to obraz symboli i liter, który odzwierciedla skład substancji za pomocą układu okresowego Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa. Nazwa jest obrazem składu substancji za pomocą określonego słowa lub grupy słów. Konstruowanie wzorów odbywa się zgodnie z zasadami nomenklatury związków chemicznych i przy ich użyciu podaje się oznaczenie.
Nazwa niektórych elementów jest utworzona z rdzenia tych nazw w języku łacińskim. Na przykład:
- С - Węgiel, łac. carboneum, korzeń „węgiel”. Przykłady związków: CaC – węglik wapnia; CaCO3 - węglan wapnia.
- N - Azot, łac. azot, korzeń „nitro”. Przykłady związków: NaNO3 - azotan sodu; Ca3N2 - azotek wapnia.
- H - Wodór, łac. wodorotlenek,korzeń wodny. Przykłady związków: NaOH – wodorotlenek sodu; NaH - wodorek sodu.
- O - Tlen, łac. tlen, korzeń "wół". Przykłady związków: CaO - tlenek wapnia; NaOH - wodorotlenek sodu.
- Fe - Żelazo, łac. żelazo, korzeń „ferr”. Przykłady związków: K2FeO4 - żelazian potasu i tak dalej.
Prefiksy są używane do opisania liczby atomów w związku. W tabeli jako przykłady wzięto substancje zarówno organicznej, jak i nieorganicznej chemii.
| Liczba atomów | Prefiks | Przykład |
| 1 | mono- | tlenek węgla - CO |
| 2 | di- | dwutlenek węgla - CO2 |
| 3 | trzy- | trójfosforan sodu - Na5R3O10 |
| 4 | tetro- | Tetrahydroksoglinian sodu - Na[Al(OH)4] |
| 5 | penta- | pentanol - С511OH |
| 6 | hexa- | heksan - C6H14 |
| 7 | hepta- | hepten - C7H14 |
| 8 | octa- | oktyna - C8H14 |
| 9 | nona- | nonane - C9H20 |
| 10 | deka- | Dziekan - C10H22 |
Organicznesubstancje
W przypadku związków chemii organicznej wszystko nie jest tak proste, jak w przypadku związków nieorganicznych. 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 jednak dość proste. Oto rodzaje nazewnictwa związków chemicznych:
- historyczne lub trywialne;
- systematyczne lub międzynarodowe;
- racjonalne.
Obecnie używa się ich do nadawania nazwy poszczególnym związkom organicznym. Rozważmy każdą z nich i upewnijmy się, że nomenklatura głównych klas związków chemicznych nie jest tak skomplikowana, jak się wydaje.
Trywialne
Jest to pierwsza nomenklatura, która pojawiła się na początku rozwoju chemii organicznej, kiedy nie było ani klasyfikacji substancji, ani teorii budowy ich związków. Związkom organicznym przypisano losowe nazwy według źródła produkcji. Na przykład kwas jabłkowy, kwas szczawiowy. Również kryteriami wyróżniającymi, według których nadano nazwy, był kolor, zapach i właściwości chemiczne. Ten ostatni rzadko jednak służył jako powód, ponieważ w tym okresie stosunkowo niewiele było informacji o możliwościach świata organicznego. Jednak wiele nazw tej dość starej i wąskiej nomenklatury jest często używanych do dziś. Na przykład: kwas octowy, mocznik, indygo (fioletowe kryształy), toluen, alanina, kwas masłowy i wiele innych.
Wymierne
Ta nomenklaturapowstały z chwilą pojawienia się klasyfikacji i ujednoliconej teorii budowy związków organicznych. Ma charakter narodowy. Związki organiczne otrzymują swoje nazwy od typu lub klasy, do której należą, zgodnie z ich właściwościami chemicznymi i fizycznymi (acetyleny, ketony, alkohole, etyleny, aldehydy itd.). Obecnie taka nomenklatura jest używana tylko w przypadkach, gdy daje wizualne i bardziej szczegółowe wyobrażenie o danym związku. Na przykład: metyloacetylen, keton dimetylowy, alkohol metylowy, metyloamina, kwas chlorooctowy i tym podobne. Tak więc z nazwy natychmiast staje się jasne, z czego składa się związek organiczny, ale dokładna lokalizacja grup podstawnikowych nie może być jeszcze określona.
Międzynarodowy
Jego pełna nazwa to systematyczna międzynarodowa nomenklatura związków chemicznych IUPAC (IUPAC, Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej, Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej). Został opracowany i zalecany przez kongresy IUPAC w 1957 i 1965 roku. Zasady nomenklatury międzynarodowej, opublikowane w 1979 roku, zostały zebrane w Blue Book.
Podstawą systematycznego nazewnictwa związków chemicznych jest współczesna teoria budowy i klasyfikacji substancji organicznych. System ten ma na celu rozwiązanie głównego problemu nomenklatury: nazwa wszystkich związków organicznych musi zawierać prawidłowe nazwy podstawników (funkcji) i ich nośnika - węglowodoruszkielet. Musi być taki, aby można go było użyć do określenia jedynego prawidłowego wzoru strukturalnego.
Pragnienie stworzenia jednolitej nomenklatury chemicznej dla związków organicznych zrodziło się w latach 80-tych XIX wieku. Stało się to po stworzeniu przez Aleksandra Michajłowicza Butlerowa teorii struktury chemicznej, w której istniały cztery główne przepisy mówiące o kolejności atomów w cząsteczce, zjawisku izomerii, związku między strukturą a właściwościami substancji, jak również wzajemne oddziaływanie atomów. Wydarzenie to miało miejsce w 1892 roku na Kongresie Chemików w Genewie, który zatwierdził zasady nomenklatury związków organicznych. Zasady te zostały zawarte w nomenklaturze genewskiej. Na jej podstawie powstała popularna książka informacyjna Beilsteina.
Oczywiście z biegiem czasu ilość związków organicznych rosła. Z tego powodu nomenklatura cały czas się komplikowała, pojawiały się nowe uzupełnienia, które ogłoszono i przyjęto na kolejnym kongresie, który odbył się w 1930 roku w mieście Liege. Innowacje opierały się na wygodzie i zwięzłości. A teraz systematyczna międzynarodowa nomenklatura wchłonęła niektóre przepisy zarówno Genewy, jak i Liege.
Tak więc te trzy rodzaje systematyzacji są podstawowymi zasadami nomenklatury chemicznej związków organicznych.
Klasyfikacja prostych związków
Teraz czas zapoznać się z najciekawszą: klasyfikacją zarówno substancji organicznych, jak i nieorganicznych.
Teraz światZnane są tysiące różnych związków nieorganicznych. Niemal niemożliwe jest poznanie wszystkich ich nazw, wzorów i właściwości. Dlatego wszystkie substancje chemii nieorganicznej są podzielone na klasy, które grupują wszystkie związki według podobnej struktury i właściwości. Ta klasyfikacja jest pokazana w poniższej tabeli.
| Substancje nieorganiczne | |
| Prosty | Metal (metale) |
| Niemetalowe (niemetalowe) | |
| Amfoteryczne (amfigeny) | |
| Gazy szlachetne (aerogeny) | |
| Kompleks | Tlenki |
| Wodorotlenki (zasady) | |
| Sole | |
| Związki binarne | |
| Kwasy | |
Dla pierwszego podziału użyliśmy liczby pierwiastków, z których składa się substancja. Jeśli z atomów jednego pierwiastka, to jest proste, a jeśli z dwóch lub więcej - złożone.
Rozważmy każdą klasę prostych substancji:
- Metale to pierwiastki znajdujące się w pierwszej, drugiej, trzeciej grupie (poza borem) układu okresowego D. I. Mendelejewa, a także pierwiastki dekad, lantonoidy i oktynoidy. Wszystkie metale mają wspólne właściwości fizyczne (ciągliwość, przewodnictwo cieplne i elektryczne, metaliczny połysk) i chemiczne (redukcja, interakcja z wodą, kwasem itd.).
- Niemetale obejmują wszystkie pierwiastki z ósmej, siódmej, szóstej (oprócz polonu) grupy, a także arsen, fosfor, węgiel (z piątej grupy), krzem, węgiel (z czwartej grupy) i bor (od trzeciego).
- AmfoterycznyZwiązki to te związki, które mogą wykazywać właściwości zarówno niemetali, jak i metali. Na przykład aluminium, cynk, beryl i tak dalej.
- Gazy szlachetne (obojętne) obejmują pierwiastki z ósmej grupy: radon, xeon, krypton, argon, neon, hel. Ich wspólną własnością jest niska aktywność.
Ponieważ wszystkie proste substancje składają się z atomów tego samego pierwiastka układu okresowego, ich nazwy zwykle pokrywają się z nazwami tych pierwiastków chemicznych układu.
Aby rozróżnić pojęcia „pierwiastek chemiczny” i „substancja prosta”, pomimo podobieństwa nazw, musisz zrozumieć, co następuje: z pomocą pierwszego tworzy się złożona substancja, która wiąże się z atomy innych pierwiastków, nie można rozpatrywać osobno substancji. Druga koncepcja pozwala nam wiedzieć, że ta substancja ma swoje własne właściwości, nie kojarząc się z innymi. Na przykład tlen jest częścią wody i jest tlen, którym oddychamy. W pierwszym przypadku elementem jako częścią całości jest woda, a w drugim jako substancja sama w sobie, którą oddycha organizm istot żywych.
Teraz rozważ każdą klasę złożonych substancji:
- Tlenki to złożona substancja składająca się z dwóch pierwiastków, z których jednym jest tlen. Tlenki są: zasadowe (po rozpuszczeniu w wodzie tworzą zasady), amfoteryczne (tworzące się za pomocą metali amfoterycznych), kwasowe (tworzą niemetale na stopniach utlenienia od +4 do +7), podwójne (tworzące udział metali w różnychstopnie utleniania) i nie tworzące soli (na przykład NO, CO, N2O i inne).
- Wodorotlenki obejmują substancje, które mają w swoim składzie grupę - OH (grupa hydroksylowa). Są to: zasadowe, amfoteryczne i kwasowe.
- Sole nazywane są takimi złożonymi związkami, które zawierają kation metalu i anion reszty kwasowej. Sole to: medium (kation metalu + anion reszty kwasowej); kwasowy (kation metalu + niepodstawiony atom(y) wodoru + reszta kwasowa); zasadowy (kation metalu + reszta kwasowa + grupa hydroksylowa); podwójny (dwa kationy metali + reszta kwasowa); mieszany (kation metalu + dwie reszty kwasowe).
- Związek binarny to związek dwuelementowy lub związek wieloelementowy, zawierający nie więcej niż jeden kation lub anion, lub kation złożony lub anion. Na przykład KF, CCl4, NH3 i tak dalej.
- Kwasy obejmują takie złożone substancje, których kationy są wyłącznie jonami wodorowymi. Ich aniony ujemne nazywane są resztami kwasowymi. Te złożone związki mogą być utlenione lub beztlenowe, jednozasadowe lub dwuzasadowe (w zależności od liczby atomów wodoru), silne lub słabe.
Klasyfikacja związków organicznych
Jak wiesz, każda klasyfikacja opiera się na pewnych cechach. Współczesna klasyfikacja związków organicznych opiera się na dwóch najważniejszych cechach:
- struktura szkieletu węglowego;
- obecność grup funkcyjnych w cząsteczce.
Grupa funkcyjna to te atomy lub grupa atomów, od których zależą właściwości substancji. Określają, do której klasy należy dany związek.
| Węglowodory | ||
| Acykliczny | Limit | |
| Nieograniczony | Etylen | |
| Acetylen | ||
| Diene | ||
| Cykliczny | Cykloalkany | |
| Aromatyczne | ||
- alkohole (-OH);
- aldehydy (-COH);
- kwasy karboksylowe (-COOH);
- aminy (-NH2).
Dla koncepcji pierwszego podziału węglowodorów na klasy cykliczne i acykliczne konieczne jest zapoznanie się z rodzajami łańcuchów węglowych:
- Liniowy (węgle są ułożone wzdłuż linii prostej).
- Rozgałęziony (jeden z węgli w łańcuchu ma wiązanie z pozostałymi trzema atomami węgla, czyli powstaje rozgałęzienie).
- Zamknięty (atomy węgla tworzą pierścień lub cykl).
Te węgle, które mają w swojej strukturze cykle, są nazywane cyklicznymi, a pozostałe nazywane są acyklicznymi.
Krótki opis każdej klasy związków organicznych
- Węglowodory nasycone (alkany) nie są zdolne do dodawania wodoru ani żadnych innych pierwiastków. Ich ogólna formuła to C H2n+2. Najprostszym przedstawicielem alkanów jest metan (CH4). Wszystkie kolejne związki tej klasy są zbliżone strukturą do metanu iwłaściwości, ale różnią się od niego składem o jedną lub więcej grup -CH2-. Taka seria związków, które są posłuszne temu wzorcowi, nazywana jest homologiczną. Alkany są zdolne do wchodzenia w reakcje podstawienia, spalania, rozkładu i izomeryzacji (przekształcenie w węgle rozgałęzione).
- Cykloalkany są podobne do alkanów, ale mają strukturę cykliczną. Ich formuła to C H2n. Mogą brać udział w reakcjach addycji (na przykład wodór, stawanie się alkanami), podstawienia i odwodornienia (abstrakcja wodoru).
- Nienasycone węglowodory z serii etylenu (alkeny) obejmują węglowodory o ogólnym wzorze C H2n. Najprostszym przedstawicielem jest etylen - C2H4. Posiadają w swojej strukturze jedno podwójne wiązanie. Substancje tej klasy biorą udział w reakcjach addycji, spalania, utleniania, polimeryzacji (proces łączenia małych identycznych cząsteczek w większe).
- Dien (alkadieny) węglowodory mają wzór C H2n-2. Mają już dwa wiązania podwójne i są w stanie wejść w reakcje addycji i polimeryzacji.
- Acetylen (alkiny) różnią się od innych klas posiadaniem jednego wiązania potrójnego. Ich ogólna formuła to C H2n-2. Najprostszy przedstawiciel - acetylen - C2H2. Wejdź w reakcje addycji, utleniania i polimeryzacji.
- Węglowodory aromatyczne (areny) są tak nazwane, ponieważ niektóre z nich mają przyjemny zapach. Mają strukturę cykliczną. Ich ogólna formuła to CH2n-6. Najprostszym przedstawicielem jest benzen - C6H6. Mogą ulegać reakcjom halogenowania (zastępowania atomów wodoru atomami halogenu), nitracji, addycji i utleniania.
