Sellise huvitava aine nagu keemia õppimine peaks algama põhitõdedest, nimelt keemiliste ühendite klassifikatsioonist ja nomenklatuurist. See aitab teil mitte eksida nii keerulises teaduses ja asetada kõik uued teadmised oma kohale.
Lühid alt peamistest asjadest
Keemiliste ühendite nomenklatuur on süsteem, mis sisaldab kõiki kemikaalide nimetusi, nende rühmi, klasse ja reegleid, mille abil toimub nende nimetuste sõnamoodustus. Millal see välja töötati?
Esimene keemia nomenklatuur. ühendid töötas 1787. aastal välja Prantsuse keemikute komisjon A. L. Lavoisier' juhtimisel. Kuni selle ajani anti ainetele nimesid suvaliselt: mingite märkide järgi, saamisviiside järgi, avastaja nime järgi jne. Igal ainel võib olla mitu nime ehk sünonüümid. Komisjon otsustas, et igal ainel peaks olema ainult üks nimi; kompleksaine nimetus võib koosneda kahest tüüpi tähistavast sõnastja seose sugu ning see ei tohiks olla vastuolus keelenormidega. See keemiliste ühendite nomenklatuur sai 19. sajandi alguses eeskujuks mitmesuguste rahvuste, sealhulgas venekeelsete nomenklatuuride loomisel. Seda arutatakse edasi.
Keemiliste ühendite nomenklatuuri tüübid
Tundub, et keemiast on lihts alt võimatu aru saada. Aga kui vaadata kahte tüüpi keemilist nomenklatuuri. ühendused, näete, et kõik polegi nii keeruline. Mis see klassifikatsioon on? Siin on kahte tüüpi keemiliste ühendite nomenklatuuri:
- anorgaaniline;
- orgaaniline.
Mis need on?
Lihtsad ained
Anorgaaniliste ühendite keemiline nomenklatuur on ainete valemid ja nimetused. Keemiline valem on sümbolite ja tähtede kujutis, mis peegeldab aine koostist, kasutades Dmitri Ivanovitš Mendelejevi perioodilist süsteemi. Nimi on kujutis aine koostisest, kasutades konkreetset sõna või sõnarühma. Valemite konstrueerimine toimub vastav alt keemiliste ühendite nomenklatuuri reeglitele ja neid kasutades antakse tähistus.
Mõnede elementide nimi on moodustatud nende ladinakeelsete nimede tüvest. Näiteks:
- С – süsinik, lat. carboneum, juur "süsivesik". Näited ühenditest: CaC - k altsiumkarbiid; CaCO3 - k altsiumkarbonaat.
- N – lämmastik, lat. lämmastik, juur "nitr". Näited ühenditest: NaNO3 - naatriumnitraat; Ca3N2 - k altsiumnitriid.
- H – vesinik, lat. vesinik,hüdrojuur. Näited ühenditest: NaOH - naatriumhüdroksiid; NaH – naatriumhüdriid.
- O – hapnik, lat. oxynium, juur "härg". Näited ühenditest: CaO - k altsiumoksiid; NaOH – naatriumhüdroksiid.
- Fe – raud, lat. raud, juur "ferr". Liitnäited: K2FeO4 - kaaliumferraat ja nii edasi.
Eesliiteid kasutatakse ühendis olevate aatomite arvu kirjeldamiseks. Tabelis on näideteks võetud nii orgaanilise kui anorgaanilise keemia ained.
| Aatomite arv | Eesliide | Näide |
| 1 | mono- | süsinikoksiid – CO |
| 2 | di- | süsinikdioksiid – CO2 |
| 3 | kolm- | naatriumtrifosfaat - Na5R3O10 |
| 4 | tetro- | naatriumtetrahüdroksoaluminaat – Na[Al(OH)4] |
| 5 | penta- | pentanool – С5Н11OH |
| 6 | heksa- | heksaan - C6H14 |
| 7 | hepta- | hepteen – C7H14 |
| 8 | octa- | oktiin – C8H14 |
| 9 | nona- | nonane – C9H20 |
| 10 | deka- | Dean – C10H22 |
Orgaanilineained
Orgaanilise keemia ühenditega pole kõik nii lihtne kui anorgaaniliste ühendite puhul. Fakt on see, et orgaaniliste ühendite keemilise nomenklatuuri põhimõtted põhinevad korraga kolmel nomenklatuuril. Esmapilgul tundub see üllatav ja segadust tekitav. Need on aga üsna lihtsad. Siin on keemiliste ühendite nomenklatuuri tüübid:
- ajalooline või triviaalne;
- süstemaatiline või rahvusvaheline;
- ratsionaalne.
Praegu kasutatakse neid konkreetsele orgaanilisele ühendile nime andmiseks. Vaatleme neid kõiki ja veenduge, et keemiliste ühendite põhiklasside nomenklatuur poleks nii keeruline, kui tundub.
Triviaalne
See on kõige esimene nomenklatuur, mis ilmus orgaanilise keemia arengu alguses, kui puudus ainete klassifikatsioon ega teooria nende ühendite struktuuri kohta. Orgaanilistele ühenditele määrati juhuslikud nimetused vastav alt tootmisallikale. Näiteks õunhape, oksaalhape. Samuti olid eristavad kriteeriumid, mille järgi nimed pandi, värvus, lõhn ja keemilised omadused. Viimane oli aga põhjuseks harva, sest sel perioodil teati mahemaailma võimalustest suhteliselt vähe. Paljud selle üsna vana ja kitsa nomenklatuuri nimetused on aga sageli kasutusel tänapäevani. Näiteks: äädikhape, uurea, indigo (lillad kristallid), tolueen, alaniin, võihape ja paljud teised.
Ratsionaalne
See nomenklatuurtekkis hetkest, kui ilmus orgaaniliste ühendite struktuuri klassifikatsioon ja ühtne teooria. Sellel on rahvuslik iseloom. Orgaanilised ühendid on saanud oma nimetused tüübi või klassi järgi, kuhu nad kuuluvad, vastav alt nende keemilistele ja füüsikalistele omadustele (atsetüleenid, ketoonid, alkoholid, etüleenid, aldehüüdid jne). Praegu kasutatakse sellist nomenklatuuri ainult juhtudel, kui see annab visuaalse ja üksikasjalikuma ülevaate kõnealusest ühendist. Näiteks: metüülatsetüleen, dimetüülketoon, metüülalkohol, metüülamiin, kloroäädikhape jms. Seega selgub nimest koheselt, millest orgaaniline ühend koosneb, kuid asendusrühmade täpset asukohta pole veel võimalik määrata.
Rahvusvaheline
Selle täisnimi on süstemaatiline rahvusvaheline keemiliste ühendite nomenklatuur IUPAC (IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry, International Union of Pure and Applied Chemistry). See töötati välja ja seda soovitasid IUPACi kongressid 1957. ja 1965. aastal. 1979. aastal avaldatud rahvusvahelise nomenklatuuri reeglid on kogutud sinisesse raamatusse.
Keemiliste ühendite süstemaatilise nomenklatuuri aluseks on kaasaegne orgaaniliste ainete struktuuri ja klassifikatsiooni teooria. Selle süsteemi eesmärk on lahendada nomenklatuuri põhiprobleem: kõigi orgaaniliste ühendite nimetused peavad sisaldama asendajate (funktsioonide) ja nende tugi - süsivesinike õigeid nimetusi.skelett. See peab olema selline, et seda saaks kasutada ainsa õige struktuurivalemi määramiseks.
Soov luua ühtne keemiline nomenklatuur orgaaniliste ühendite jaoks tekkis XIX sajandi 80ndatel. See juhtus pärast seda, kui Aleksandr Mihhailovitš Butlerovi lõi keemilise struktuuri teooria, milles oli neli peamist sätet, mis räägivad aatomite järjestusest molekulis, isomeeria nähtusest, aine struktuuri ja omaduste vahelisest seosest, samuti aatomite mõju üksteisele. See sündmus leidis aset 1892. aastal Genfis toimunud keemikute kongressil, kus kiideti heaks orgaaniliste ühendite nomenklatuuri reeglid. Need reeglid lisati orgaanika nimega Genfi nomenklatuur. Selle põhjal loodi populaarne Beilsteini teatmeteos.
Loomulikult kasvas aja jooksul orgaaniliste ühendite hulk. Sel põhjusel muutus nomenklatuur kogu aeg keerulisemaks ja tekkis uusi täiendusi, mis kuulutati välja ja võeti vastu järgmisel, 1930. aastal Liege'i linnas peetud kongressil. Uuenduste aluseks oli mugavus ja kokkuvõtlikkus. Ja nüüd on süstemaatiline rahvusvaheline nomenklatuur võtnud osa nii Genfi kui ka Liege'i sätetest.
Seega on need kolm süstematiseerimistüüpi orgaaniliste ühendite keemilise nomenklatuuri aluspõhimõtted.
Lihtühendite klassifikatsioon
Nüüd on aeg tutvuda kõige huvitavamaga: nii orgaaniliste kui ka anorgaaniliste ainete klassifikatsiooniga.
Nüüd maailmon teada tuhandeid erinevaid anorgaanilisi ühendeid. Peaaegu võimatu on teada nende kõiki nimesid, valemeid ja omadusi. Seetõttu on kõik anorgaanilise keemia ained jagatud klassidesse, mis rühmitavad kõik ühendid sarnase struktuuri ja omaduste järgi. See klassifikatsioon on näidatud allolevas tabelis.
| Anorgaanilised ained | |
| Lihtne | Metall (metallid) |
| Mittemetallist (mittemetallid) | |
| Amfoteerne (amfigeenid) | |
| Väärisgaasid (aerogeenid) | |
| Kompleks | Oksiidid |
| Hüdroksiidid (alused) | |
| Soolad | |
| Binaarsed ühendid | |
| Happed | |
Esimese jaotuse jaoks kasutasime seda, mitmest elemendist aine koosneb. Kui ühe elemendi aatomitest, siis on see lihtne ja kui kahest või enamast - keeruline.
Vaatleme iga lihtsate ainete klassi:
- Metallid on D. I. Mendelejevi perioodilisuse tabeli esimeses, teises, kolmandas rühmas asuvad elemendid (v.a boor), samuti dekaadide, lantonoidide ja oktinoidide elemendid. Kõigil metallidel on ühised füüsikalised (plastilisus, soojus- ja elektrijuhtivus, metalliline läige) ja keemilised (redutseerivad, koostoime veega, happega jne) omadused.
- Mittemetallide hulka kuuluvad kõik kaheksanda, seitsmenda, kuuenda (v.a poloonium) rühma elemendid, aga ka arseen, fosfor, süsinik (viiendast rühmast), räni, süsinik (neljandast rühmast) ja boor (alates kolmandast).
- AmfoteerilineÜhendid on need ühendid, millel võivad olla nii mittemetallide kui ka metallide omadused. Näiteks alumiinium, tsink, berüllium ja nii edasi.
- Väärisgaasid (inertsed) gaasid hõlmavad kaheksanda rühma elemente: radoon, kseoon, krüptoon, argoon, neoon, heelium. Nende ühine omadus on madal aktiivsus.
Kuna kõik lihtained koosnevad perioodilise tabeli sama elemendi aatomitest, langevad nende nimed tavaliselt kokku nende tabeli keemiliste elementide nimedega.
Mõistete "keemiline element" ja "lihtaine" eristamiseks peate vaatamata nimede sarnasusele mõistma järgmist: esimese abil moodustub keeruline aine, see seob end teiste elementide aatomid, ei saa seda käsitleda eraldi ainetena. Teine kontseptsioon annab meile teada, et sellel ainel on oma omadused, ilma et see oleks teistega seotud. Näiteks on hapnikku, mis on osa veest, ja on hapnikku, mida me hingame. Esimesel juhul on elemendiks terviku osana vesi ja teisel juhul ainena iseeneses, mida elusolendite organism hingab.
Kaaluge nüüd iga kompleksainete klassi:
- Oksiidid on keeruline aine, mis koosneb kahest elemendist, millest üks on hapnik. Oksiidid on: aluselised (vees lahustumisel moodustuvad alusteks), amfoteersed (moodustuvad amfoteersete metallide abil), happelised (moodustuvad mittemetallide poolt oksüdatsiooniastmetes +4 kuni +7), kahekordsed (moodustuvad koos metallide osalemine erinevatesoksüdatsiooniastmed) ja mittesoola tekitavad (näiteks NO, CO, N2O ja teised).
- Hüdroksiidide hulka kuuluvad ained, mille koostises on rühm - OH (hüdroksüülrühm). Need on: aluselised, amfoteersed ja happelised.
- Soolideks nimetatakse selliseid kompleksühendeid, mis sisaldavad metallikatiooni ja happejäägi aniooni. Soolad on: keskmised (metalli katioon + happejäägi anioon); happeline (metallikatioon + asendamata vesinikuaatom(id) + happejääk); aluseline (metallikatioon + happejääk + hüdroksüülrühm); kahekordne (kaks metallikatiooni + happejääk); segatud (metallikatioon + kaks happejääki).
- Binaarne ühend on kaheelemendiline ühend või mitmeelemendiline ühend, mis sisaldab mitte rohkem kui ühte katiooni või aniooni või komplekskatiooni või aniooni. Näiteks KF, CCl4, NH3 ja nii edasi.
- Happed hõlmavad selliseid keerukaid aineid, mille katioonid on eranditult vesinikuioonid. Nende negatiivseid anioone nimetatakse happejääkideks. Need kompleksühendid võivad olla hapnikurikkad või anoksilised, ühe- või kahealuselised (sõltuv alt vesinikuaatomite arvust), tugevad või nõrgad.
Orgaaniliste ühendite klassifikatsioon
Nagu teate, põhineb igasugune klassifikatsioon teatud funktsioonidel. Orgaaniliste ühendite kaasaegne klassifikatsioon põhineb kahel kõige olulisemal tunnusel:
- süsinikuskeleti struktuur;
- funktsionaalsete rühmade olemasolu molekulis.
Funktsionaalne rühm on need aatomid või aatomite rühm, millest sõltuvad ainete omadused. Need määravad, millisesse klassi konkreetne ühend kuulub.
| Süsivesinikud | ||
| Atsükliline | Limit | |
| Piiramatu | Etüleen | |
| Atsetüleen | ||
| Diene | ||
| Tsükliline | Tsükloalkaanid | |
| Aromaatne | ||
- alkoholid (-OH);
- aldehüüdid (-COH);
- karboksüülhapped (-COOH);
- amiinid (-NH2).
Süsivesinike tsüklilisteks ja atsüklilisteks klassideks jaotamise kontseptsiooni jaoks on vaja tutvuda süsinikuahelate tüüpidega:
- Lineaarne (süsinikud on paigutatud piki sirgjoont).
- Hargnenud (ühel ahela süsinikul on side ülejäänud kolme süsinikuga, st moodustub haru).
- Suletud (süsinikuaatomid moodustavad tsükli või tsükli).
Neid süsinikke, mille struktuuris on tsüklid, nimetatakse tsüklilisteks ja ülejäänud atsüklilisteks.
Iga orgaaniliste ühendite klassi lühikirjeldus
- Küllastunud süsivesinikud (alkaanid) ei ole võimelised lisama vesinikku ega muid elemente. Nende üldvalem on C H2n+2. Alkaanide lihtsaim esindaja on metaan (CH4). Kõik järgnevad selle klassi ühendid on oma struktuurilt sarnased metaaniga jaomadused, kuid erinevad sellest koostiselt ühe või mitme rühma -CH2- võrra. Sellist seeriat ühendeid, mis järgivad seda mustrit, nimetatakse homoloogseteks. Alkaanid on võimelised osalema asendus-, põlemis-, lagunemis- ja isomeerimisreaktsioonides (muuneda hargnenud süsinikudeks).
- Tsükloalkaanid on alkaanidega sarnased, kuid neil on tsükliline struktuur. Nende valem on C H2n. Nad võivad osaleda liitumisreaktsioonides (näiteks vesinik, alkaanideks muutumine), asendus- ja dehüdrogeenimisreaktsioonides (vesiniku abstraktsioon).
- Etüleenirühma (alkeenide) küllastumata süsivesinikud hõlmavad süsivesinikke üldvalemiga C H2n. Lihtsaim esindaja on etüleen - C2H4. Nende struktuuris on üks kaksikside. Selle klassi ained osalevad liitumis-, põlemis-, oksüdatsiooni- ja polümerisatsioonireaktsioonides (väikeste identsete molekulide ühendamise protsess suuremateks molekulideks).
- Dieeni (alkadieeni) süsivesinike valem on C H2n-2. Neil on juba kaks kaksiksidet ja nad on võimelised osalema liitumis- ja polümerisatsioonireaktsioonides.
- Atsetüleen (alküünid) erineb teistest klassidest ühe kolmiksideme poolest. Nende üldvalem on C H2n-2. Lihtsaim esindaja - atsetüleen - C2H2. Sisestage liitumis-, oksüdatsiooni- ja polümerisatsioonireaktsioonid.
- Aromaatsed süsivesinikud (areenid) on saanud sellise nime, kuna mõnel neist on meeldiv lõhn. Neil on tsükliline struktuur. Nende üldvalem on CH2n-6. Lihtsaim esindaja on benseen - C6H6. Need võivad läbida halogeenimisreaktsioone (vesinikuaatomite asendamine halogeeni aatomitega), nitreerimist, lisamist ja oksüdatsiooni.
