Простые и сложные вещества. Аллотропия

По элементному составу различают простые вещества, состоящие из атомов одного элемента (H2, O2, Cl2, P4, Na, Cu, Au), и сложные вещества, состоящие из атомов разных элементов (H2O, NH3, OF2, H2SO4, MgCl2, K2SO4).

В настоящее время известно 115 химических элементов, которые образуют около 500 простых веществ.

простое вещество - самородное золото
простое вещество - самородное золото

Способность одного элемента существовать в виде различных простых веществ, отличающихся по свойствам, называется аллотропией. Например, элемент кислород O имеет две аллотропные формы - дикислород O2 и озон O3 с различным числом атомов в молекулах.

якутские алмазы
якутские алмазы
природный графит
природный графит

Аллотропные формы элемента углерод C - алмаз и графит - отличаются строение их кристаллов. Существуют и другие причины аллотропии.

Сложные вещества часто называют химическими соединениями, например оксид ртути(II) HgO (получается путем соединения атомов простых веществ - ртути Hg и кислорода O2), бромид натрия (получается путем соединения атомов простых веществ - натрия Na и брома Br2).

Названия сложных веществ

Химическая формула ионного вещества состоит из двух частей - формулы катиона (записывается первой слева) и формулы аниона (вторая слева):
CaCl2 - (Ca2+)(Cl)2
Mg3(PO4)2 - (Mg2+)3(PO43−)2
(NH4)2SO4 - (NH4+)2(SO42−)

Названия ионных веществ строятся по их формуле справа налево: сначала название аниона (в именительном падеже), затем название катиона (в родительном падеже). Например: KCl - хлорид калия, BaSO4 - сульфат бария, AgNO3 - нитрат серебра(I), NaOH - гидроксид натрия, (NH4)2CO3 - карбонат аммония, Fe3(PO4)2 - ортофосфат железа(II), Cr2O3 - оксид хрома(III).

Названия распространенных анионов, которые следует запомнить: F - фторид, Cl- - хлорид, Br - бромид, I - иодид, O2− - оксид, S2− - сульфид, OH - гидроксид, CO32− - карбонат, NO2 - нитрит, NO3 - нитрат, SO32− - сульфит, SO42− - сульфат, PO43− - ортофосфат, SiO44− - ортосиликат, MnO4 - перманганат, Cr2O72− - дихромат.

Названия катионов Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+ и Al3+ строятся по названиям соответствующих элементов (Na+ - катион натрия, Al3+ - катион алюминия); для NH4+ используется название катион аммония. Названия катионов большинства металлов содержат, помимо названия элемента, указание на степень окисления в виде римской цифры в скобках: Ag+ - катион серебра(I), Pb2+ - катион свинца(II), Cr3+ - катион хрома(III).

Химические формулы ковалентных веществ можно мысленно разделить на формулы условных катионов и анионов, например PCl3 - на один условный катион P3+ и три условных аниона Cl, H2SO4 - на два условных катиона H+ и один условный анион SO42−. Термин "условный" означает, что в ковалентных веществах указанных ионов в реальности нет (вещества состоят из молекул), и этим они отличаются от ионных веществ. Отметим, что некоторые ионы могут быть как реальными, так и условными - в зависимости от типа соединения, например анионы Cl и SO42−.

В двухэлементных веществах с молекулярным или ионным строением абсолютные значения зарядов ионов отвечают стехиометрической валентности атомов (например для Na2O - NaI и OII, для PCl3 - PIII и ClI). Вместе с тем знак и значение зарядов условных ионов отвечают соответствующим (положительным или отрицательным) степеням окисления элементов, например H2+IO−II, P+IIICl3−I, C+IVS2−II, H2+IO2−I, P+VCl5−I, Cr2+IIIS3−II, N+IIO−II, Fe+IICl2−I, Na+IH-I, N+IVO2−II, Fe+IIICl3−I, Mg3+IIN2−III, Mn+IVO2−II, Sn+III2−I, Ca+IIC2−I, Mn2+VIIO7−II, Sn+IVI4−I, Al4+IIIC3−IV.

Следует запомнить, что заряд ионов обозначается арабской цифрой с последующим знаком (Mg2+, Ba2+, Al3+, Cl, S2−), а степень окисления - римской цифрой с предшествующим знаком, причем знак "плюс" обычно опускается, но подразумевается (Fe+II или FeII, но S−II).

Названия ковалентных двухэлементных веществ строятся из двух слов - наименования условного аниона (в именительном падеже) и наименования условного катиона (в родительном падеже); при этом указывают соотношение катионов и анионов с помощью числовых приставок (1 - моно, 2 - ди, 3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - гекса и т.д.): CO- монооксид углерода, CO2 - диоксид углерода, PCl3 - трихлорид фосфора, PCl5 - пентахлорид фосфора.

Использование названий со степенями окисления допускается, но не рекомендуется. Так, можно использовать названия оксид углерода(II) для CO и оксид углерода(IV) для CO2.