Классификация и номенклатура неорганических веществ: тривиальная и международная

Классификация химических веществ — одна из базовых тем школьной химии. Без неё сложно правильно определять тип вещества и записывать уравнения реакций. В этой статье разберём, как устроена классификация неорганических веществ, как формируются их названия и на что обращать внимание при решении экзаменационных заданий.

Материал охватывает теорию, необходимую для задания 5 ЕГЭ по химии: рассмотрим основные классы веществ, правила номенклатуры и типовые примеры.

Пятое задание экзамена проверяет умение соотносить формулу вещества с его классом или названием.

Формулировки могут быть разными:

• «Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются кислотными оксидами».
• «Установите соответствие между формулой вещества и классом, к которому оно принадлежит».
• «Выберите кислотный оксид и двухосновную кислоту».

Основная трудность обычно связана не с самой классификацией, а с деталями: тривиальными названиями (это исторически сложившиеся имена вроде «железная окалина» или «бертолетова соль») и веществами-исключениями, которые выглядят как представители одного класса, а ведут себя иначе. Поэтому при подготовке нужно чётко запомнить признаки каждого класса соединений и выучить список специфических названий.

Все вещества делятся на две большие группы в зависимости от состава.

Простые вещества состоят из атомов только одного химического элемента. Например, углерод $\text{C}$, железо $\text{Fe}$, кислород ${\text{O}}_2$, озон ${\text{O}}_3$, фосфор ${\text{P}}_4$.

Сложные вещества образованы атомами двух и более элементов. К ним относятся, например, вода ${\text{H}}_2\text{O}$, серная кислота ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$, хлорид натрия $\text{NaCl}$.

Важно различать понятия «химический элемент» и «простое вещество». Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ с разными свойствами — это явление называется аллотропией.

Простые вещества: металлы и неметаллы

Металлы обладают характерными физическими свойствами: высокой электро- и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью, металлическим блеском. На внешнем энергетическом уровне их атомы обычно содержат от $1$ до $3$ электронов (редко больше). Благодаря большому радиусу атома металлы легко отдают электроны и в химических реакциях выступают исключительно восстановителями.

В Периодической системе Менделеева выделяют несколько групп металлов:

• Щелочные металлы располагаются в I группе (главной подгруппе): $\text{Li, Na, K, Rb, Cs, Fr}$.
• Щёлочноземельные металлы находятся во II группе (главной подгруппе): $\text{Ca, Sr, Ba, Ra}$. Бериллий $\text{Be}$ и магний $\text{Mg}$ к ним не относят, так как их гидроксиды не обладают свойствами щелочей.
• Переходные металлы располагаются в побочных подгруппах (d- и f-элементы), например $\text{Fe, Cu, Zn, Cr}$.

Неметаллы обладают высокой электроотрицательностью и малым радиусом атома. На внешнем уровне они имеют 4 и более электронов (за исключением водорода, гелия и бора). Неметаллы могут принимать электроны, выступая окислителями. Всего выделяют 22 элемента-неметалла. В таблице Менделеева они находятся в главных подгруппах над диагональю бор — астат.

Группы неметаллов имеют строгие названия:

• VIIIA группа (инертные или благородные газы): $\text{He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn}$.
• VIIA группа (галогены): $\text{F, Cl, Br, I, At}$.
• VIA группа (халькогены): $\text{O, S, Se, Te, Po}$.
• VA группа (пниктогены): $\text{N, P, As, Sb, Bi}$.

Именно для неметаллов наиболее характерно явление аллотропии.

• Углерод образует алмаз (самое твёрдое вещество), графит (мягкий, проводит ток), карбин и фуллерен, графен.
• Кислород существует в виде кислорода ${\text{O}}_2$ и озона ${\text{O}}_3$. Здесь видно изменение свойств:
  $3{\text{O}}_2\to 2{\text{O}}_3$ (под действием электрического разряда).
• Фосфор принимает форму белого, красного и чёрного фосфора.
• Сера образует ромбическую, моноклинную и пластическую модификации.

К сложным веществам относят оксиды, гидроксиды, кислоты и соли.

Оксиды

Несолеобразующие оксиды не взаимодействуют с кислотами и щелочами при обычных условиях и не образуют солей. В школьном курсе нужно запомнить всего четыре таких вещества: $\text{CO},\text{SiO},\text{NO},{\text{N}}_2\text{O}$.

Солеобразующие оксиды делятся на три группы в зависимости от валентности и проявляемых свойств:

1. Основные оксиды образованы металлами со степенью окисления +1 или +2. Им соответствуют гидроксиды-основания. Примеры включают ${\text{Na}}_2\text{O},\text{CaO},\text{BaO},\text{FeO},\text{CrO},\text{MnO}$.
   Химическое подтверждение: они реагируют с кислотами с образованием соли:
   $\text{CaO}+2\text{HCl}\to {\text{CaCl}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$

2. Кислотные оксиды образованы неметаллами (кроме несолеобразующих) и металлами с высокой степенью окисления (+5, +6, +7). Им соответствуют кислоты. Примеры: ${\text{SO}}_2,{\text{SO}}_3,{\text{P}}_2{\text{O}}_5,{\text{CO}}_2,{\text{CrO}}_3,{\text{Mn}}_2{\text{O}}_7$.
   Химическое подтверждение: они реагируют со щелочами:
   ${\text{SO}}_3+2\text{NaOH}\to {\text{Na}}_2{\text{SO}}_4+{\text{H}}_2\text{O}$

3. Амфотерные оксиды обладают двойственной природой. Они образованы металлами со степенью окисления +3, +4, а также некоторыми металлами со степенью окисления +2 (исключения, которые нужно знать наизусть: $\text{ZnO},\text{BeO},\text{PbO},\text{SnO}$).
   Примеры амфотерных оксидов: ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3,{\text{Cr}}_2{\text{O}}_3,{\text{Fe}}_2{\text{O}}_3,{\text{MnO}}_2$.
   Химическое подтверждение: реагируют и с кислотами, и со щелочами:
   $\text{ZnO}+2\text{HCl}\to {\text{ZnCl}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$
   $\text{ZnO}+2\text{NaOH}+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{Na}}_2[{\text{Zn(OH)}}_4]$ (в растворе)
   $\text{ZnO}+2\text{NaOH}\stackrel{t}{\to }{\text{Na}}_2{\text{ZnO}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$ (при сплавлении)

Номенклатура оксидов

По международной номенклатуре ИЮПАК название оксида строится просто: слово «оксид» плюс название элемента в родительном падеже. Если элемент имеет переменную валентность, она указывается римской цифрой в скобках.

Например:

${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$ называется оксид железа(III).
$\text{CO}$ носит название монооксид углерода или оксид углерода(II).

Тривиальные названия оксидов

Некоторые оксиды имеют устоявшиеся названия, которые часто встречаются в заданиях.

• $\text{CO}$ — угарный газ.
• ${\text{CO}}_2$ — углекислый газ.
• ${\text{N}}_2\text{O}$ — веселящий газ (закись азота).
• ${\text{NO}}_2$ — бурый газ («лисий хвост»).
• ${\text{SO}}_2$ — сернистый ангидрид или сернистый газ.
• ${\text{SO}}_3$ — серный ангидрид.
• $\text{CaO}$ — негашёная известь.
• ${\text{SiO}}_2$ — кремнезём, кварц или речной песок.
• ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$ — корунд или глинозём.
• ${\text{Fe}}_3{\text{O}}_4$ — железная окалина. Важно, что это смешанный оксид, состоящий из $\text{FeO}·{\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$.
• $\text{MgO}$ — жжёная магнезия.

Физические свойства оксидов

Физические свойства оксидов зависят от их строения. Оксиды металлов обычно представляют собой твёрдые кристаллические вещества. Оксиды неметаллов могут быть газами (${\text{CO}}_2,{\text{SO}}_2$), жидкостями (${\text{SO}}_3$ при комнатной температуре) или твёрдыми веществами (${\text{P}}_2{\text{O}}_5,{\text{SiO}}_2$).

Гидроксиды

Гидроксиды содержат в своём составе гидроксогруппу $\text{−OH}$. К ним относятся основания, амфотерные гидроксиды и кислородсодержащие кислоты (да, с химической точки зрения серная кислота ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ или ${\text{SO}}_2(\text{OH}{)}_2$ тоже является гидроксидом серы).

Основания состоят из катиона металла и гидроксогрупп. Выделяют растворимые в воде основания (щёлочи) и нерастворимые основания.

Щёлочи образованы элементами IА и IIА групп (кроме $\text{Be, Mg}$). Примеры щелочей: ${\text{NaOH, KOH, Ba(OH)}}_2,{\text{Ca(OH)}}_2,\text{LiOH}$. Щёлочи являются сильными электролитами:
$\text{NaOH}\to {\text{Na}}^{+}+{\text{OH}}^{-}$

Нерастворимые основания включают ${\text{Cu(OH)}}_2,{\text{Fe(OH)}}_2,{\text{Mg(OH)}}_2$. Они представляют собой слабые электролиты.
Особое место занимает гидроксид аммония ${\text{NH}}_4\text{OH}$. В водном растворе он распадается на аммиак и воду, поэтому правильнее записывать его формулу как гидрат аммиака ${\text{NH}}_3·{\text{H}}_2\text{O}$.

Амфотерные гидроксиды способны проявлять свойства как кислот, так и оснований. Они образованы металлами со степенями окисления +3, +4, а также ${\text{Zn}}^{+2},{\text{Be}}^{+2},{\text{Pb}}^{+2},{\text{Sn}}^{+2}$. Основные примеры:

${\text{Zn(OH)}}_2,{\text{Al(OH)}}_3,{\text{Cr(OH)}}_3,{\text{Be(OH)}}_2$.

Они реагируют с кислотами:

${\text{Al(OH)}}_3+3\text{HCl}\to {\text{AlCl}}_3+3{\text{H}}_2\text{O}$

И растворяются в щелочах:

${\text{Al(OH)}}_3+\text{NaOH}\to \text{Na}[{\text{Al(OH)}}_4]$

Номенклатура гидроксидов

Название строится по схеме: «гидроксид + название металла». При необходимости указывают степень окисления:

• ${\text{Fe(OH)}}_2$ — гидроксид железа(II);
• ${\text{Fe(OH)}}_3$ — гидроксид железа(III).

Тривиальные названия гидроксидов

• $\text{NaOH}$ — едкий натр, каустическая сода или просто каустик.
• $\text{KOH}$ — едкое кали.
• ${\text{Ca(OH)}}_2$ — гашёная известь. Её водный раствор образует «известковую воду», а взвесь в воде носит название «известковое молоко».
• ${\text{Ba(OH)}}_2$ в виде насыщенного раствора называется «баритовая вода».
• ${\text{NH}}_3·{\text{H}}_2\text{O}$ — нашатырный спирт или аммиачная вода.

Кислоты

Их можно классифицировать по нескольким признакам.

1. По наличию кислорода:
   • Бескислородные: ${\text{HCl, HBr, HI, H}}_2\text{S, HCN}$.
   • Кислородсодержащие: ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4,{\text{HNO}}_3,{\text{H}}_3{\text{PO}}_4,{\text{H}}_2{\text{CO}}_3$.
2. По основности (количеству замещаемых атомов водорода):
   • Одноосновные: ${\text{HCl, HNO}}_3,{\text{CH}}_3\text{COOH}$.
   • Двухосновные: ${\text{H}}_2{\text{S, H}}_2{\text{SO}}_4,{\text{H}}_2{\text{CO}}_3$.
   • Трёхосновные: ${\text{H}}_3{\text{PO}}_4$.

При этом важно учитывать строение молекулы. Например, фосфористая кислота ${\text{H}}_3{\text{PO}}_3$ является двухосновной, так как один атом водорода соединён напрямую с фосфором и не отщепляется в растворе. Фосфорноватистая кислота ${\text{H}}_3{\text{PO}}_2$ является одноосновной.

1. По силе электролита:
   • Сильные кислоты полностью диссоциируют на ионы. К ним относятся ${\text{HCl, HBr, HI, HNO}}_3,{\text{H}}_2{\text{SO}}_4,{\text{HClO}}_4,{\text{HMnO}}_4$.
   • Слабые кислоты диссоциируют обратимо и частично. Это ${\text{HF, H}}_2{\text{S, H}}_2{\text{SO}}_3,{\text{HNO}}_2,{\text{H}}_2{\text{CO}}_3,{\text{H}}_2{\text{SiO}}_3,{\text{H}}_3{\text{PO}}_4$ и все органические кислоты.

Соли

Соли образуются при замещении атомов водорода в кислотах на металл (или ион аммония ${\text{NH}}_4^{+}$) либо гидроксогрупп в основаниях на кислотный остаток. Выделяют семь типов солей.

1. Средние (нормальные) соли. Являются продуктами полного замещения водорода. Они состоят только из катиона металла и аниона кислотного остатка.
   

   Примеры: ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$ (сульфат натрия), ${\text{CaCl}}_2$ (хлорид кальция).
   Химический процесс образования: $\text{2NaOH}+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4\to {\text{Na}}_2{\text{SO}}_4+2{\text{H}}_2\text{O}$

2. Кислые соли. Являются продуктами неполного замещения водорода в многоосновной кислоте. В молекуле остаётся подвижный протон ${\text{H}}^{+}$. К названию аниона добавляется приставка «гидро-» или «дигидро-».
   

   Примеры: ${\text{NaHCO}}_3$ (гидрокарбонат натрия), ${\text{KH}}_2{\text{PO}}_4$ (дигидрофосфат калия).
   Они легко переходят в средние соли при добавлении щёлочи:
   ${\text{NaHCO}}_3+\text{NaOH}\to {\text{Na}}_2{\text{CO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$

3. Основные соли. Образуются при неполном замещении гидроксогрупп ${\text{OH}}^{-}$ в многокислотном основании. В названии появляется приставка «гидроксо-».
   

   Примеры: $(\text{CuOH}{)}_2{\text{CO}}_3$ (карбонат гидроксомеди(II) — это минерал малахит), ${\text{Al(OH)SO}}_4$ (сульфат гидроксоалюминия).
   Они переходят в средние соли при добавлении кислоты:
   ${\text{Al(OH)Cl}}_2+\text{HCl}\to {\text{AlCl}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$

4. Двойные соли. Содержат два различных катиона металла на один кислотный остаток.
   

   Пример: ${\text{KAl(SO}}_4{)}_2$ (сульфат алюминия-калия).

5. Смешанные соли. Содержат один катион металла и два различных кислотных остатка.
   

   Пример: $\text{CaCl(OCl)}$ (хлорид-гипохлорит кальция, известный как белильная известь).

6. Комплексные соли. Содержат сложный комплексный ион, который записывают в квадратных скобках. Это результат соединения простых солей или реакций амфотерных веществ со щелочами.
   

   Примеры: $\text{Na}[{\text{Al(OH)}}_4]$ (тетрагидроксоалюминат натрия), ${\text{K}}_3[{\text{Fe(CN)}}_6]$ (гексацианоферрат(III) калия).

7. Кристаллогидраты. Соли, удерживающие в своей кристаллической решётке молекулы воды (кристаллизационную воду).
   

   Примеры: ${\text{CuSO}}_4·5{\text{H}}_2\text{O}$ (пентагидрат сульфата меди(II) или медный купорос).
   При нагревании они теряют воду:
   ${\text{CuSO}}_4·5{\text{H}}_2\text{O}\stackrel{t}{\to }{\text{CuSO}}_4+5{\text{H}}_2\text{O}$

Тривиальные названия солей

• ${\text{NaNO}}_3$ — чилийская селитра. Термин «селитра» означает нитрат щелочного, щёлочноземельного металла или аммония.
• ${\text{KNO}}_3$ — индийская селитра.
• ${\text{NH}}_4{\text{NO}}_3$ — аммиачная селитра.
• $\text{NaCl}$ — каменная соль или поваренная соль.
• ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$ — кальцинированная сода.
• ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3·10{\text{H}}_2\text{O}$ — кристаллическая сода.
• ${\text{NaHCO}}_3$ — питьевая или пищевая сода.
• ${\text{K}}_2{\text{CO}}_3$ — поташ.
• ${\text{CaCO}}_3$ — мел, мрамор, известняк.
• ${\text{CaSO}}_4·2{\text{H}}_2\text{O}$ — гипс.
• ${\text{MgSO}}_4·7{\text{H}}_2\text{O}$ — горькая (или английская) соль.
• ${\text{BaSO}}_4$ — баритовая каша (рентгеноконтрастное вещество).
• ${\text{KClO}}_3$ — бертолетова соль.
• ${\text{NH}}_4\text{Cl}$ — нашатырь (никогда не путай его с нашатырным спиртом!).
• ${\text{AgNO}}_3$ — ляпис (адский камень).
• ${\text{KMnO}}_4$ — марганцовка.

Рассмотрим три типичных примера.

Пример 1

Установите соответствие между формулой вещества и классом, к которому это вещество принадлежит.

А) ${\text{NH}}_4{\text{HCO}}_3$
Б) ${\text{Zn(OH)}}_2$
В) ${\text{NO}}_2$

Варианты ответа:

1. Кислотный оксид.
2. Соль.
3. Амфотерный гидроксид.
4. Основный оксид.

Пример 2

Из предложенного перечня выберите кислотный оксид и двухосновную кислоту.

Список:

1. Оксид серы(IV).
2. Серная кислота.
3. Оксид углерода(II).
4. Хлороводородная кислота.
5. Азотистая кислота.

Пример 3

Из предложенного перечня веществ выберите две средние соли.

1. ${\text{Cu(OH)}}_2{\text{CO}}_3$.
2. ${\text{K}}_2{\text{SO}}_4$.
3. ${\text{NaH}}_2{\text{PO}}_4$.
4. ${\text{NH}}_4{\text{NO}}_3$.
5. $\text{K}[{\text{Al(OH)}}_4]$.

Эта таблица поможет быстро вспомнить материал перед написанием пробника.

Классификация и номенклатура неорганических веществ — это основа, на которой строится дальнейшее изучение химии. Понимание того, как устроены оксиды, гидроксиды, кислоты и соли, позволяет быстро ориентироваться в заданиях и правильно определять свойства веществ.

При решении задач важно действовать последовательно: сначала определить состав вещества, затем выделить его ключевые признаки и только после этого отнести к нужному классу. Такой подход помогает избежать типичных ошибок и уверенно справляться с заданиями экзаменационного формата.

Регулярная практика и работа с примерами позволяют закрепить материал и довести навыки до автоматизма. В этом случае задание 5 перестаёт вызывать трудности и становится одним из самых предсказуемых в экзамене