Химический язык и неорганическая номенклатура

Увидев формулу, нужно ответить на несколько разных вопросов: какие элементы входят в состав вещества, какие частицы оно образует, как его назвать и что означают числа в уравнении реакции. Этот справочник объединяет правила химического языка и названия распространённых неорганических веществ. Его удобно использовать вместе с таблицей символов элементов.

Базовый маршрут 8–9 классов: символы, состав формул, индексы и коэффициенты, названия оксидов, оснований, кислот и солей. Разделы с пометкой «Дополнительно» расширяют справочник: числовые приставки, особые бинарные соединения и ограничения простых правил. Сложные координационные соединения требуют отдельной системы названий и здесь не рассматриваются.

От символа к формуле: почему Co и CO различаются

Символ элемента пишут латинскими буквами: первая прописная, вторая, если она есть, строчная. Co — один символ, кобальт; CO — два символа, C и O. В формуле вещества CO это монооксид углерода, или угарный газ. Записи CL и FE ошибочны: нужны Cl и Fe. Похожая кириллическая буква тоже не заменяет латинскую в электронной формуле.

Символ указывает элемент, но сам по себе не сообщает, какое вещество перед нами. O в составе воды не означает наличие в ней молекул кислорода O₂. Запись Cu в уравнении может обозначать металлическую медь, а при подсчёте отдельных частиц — атом меди. Уточнение даёт контекст.

Простое вещество содержит один элемент: O₂, O₃, Cu. Сложное вещество содержит несколько элементов: H₂O, CO₂, NaCl. Поэтому O₂ не является бинарным соединением: два атома здесь принадлежат одному элементу. Смесь тоже отличается от соединения: воздух не имеет единой молекулярной формулы, его состав описывают через компоненты.

Историческая справка. Fe связано с латинским названием железа ferrum, Cu — с cuprum. Название кобальта связано с немецким словом Kobold — именем духа из поверий рудокопов. Такие сведения помогают запомнить обозначения, но не заменяют правило их написания. Проговаривание формулы по символам и название вещества также различаются: «феррум два о три» — чтение записи, «оксид железа(III)» — название соединения.

Молекула, формула состава и формульная единица

Химическая формула сообщает состав вещества или частицы. Молекулярная формула указывает число атомов в одной молекуле, а формула немолекулярного вещества обычно передаёт соотношение его компонентов.

H₂O₂ показывает, что в молекуле пероксида водорода два атома H и два атома O. Простейшая, или эмпирическая, формула этого вещества — HO: она передаёт отношение 1:1. Заменять молекулярную H₂O₂ на HO в уравнении нельзя: будет утрачена информация о молекуле.

В кристалле хлорида кальция нет отдельных молекул CaCl₂. Его формула означает отношение ионов Ca²⁺ и Cl⁻, равное 1:2. Формульная единица — выбранная для описания состава и расчётов единица CaCl₂; она не обязана быть обособленной частицей кристалла. Аналогично SiO₂ в обычном кварце передаёт состав пространственной сетки, а не состав отдельной молекулы.

Число элементов не равно числу атомов. В Mg(NO₃)₂ три элемента — Mg, N и O; на одну формульную единицу приходится Mg — 1, N — 2, O — 6. Всего учтено девять атомов. По одной формуле состава нельзя восстановить все связи и пространственное строение: для этого нужны структурная формула или модель. Начальные различия разобраны в статье «Атомы, молекулы и ионы».

Индекс, коэффициент, заряд и скобки

Индекс 1 и коэффициент 1 обычно не пишут. Заряд однозарядного иона записывают без единицы: Na⁺, Cl⁻. Знак 2− у сульфата относится ко всему SO₄²⁻, а не только к последнему атому кислорода. В формулах нейтральных солей заряды отдельных ионов обычно не показывают.

Разбор 1. Что означает 3(NH₄)₂SO₄

Сначала разбираем одну формульную единицу: две группы NH₄ дают N — 2 и H — 8; группа SO₄ даёт S — 1 и O — 4. Затем учитываем коэффициент 3.

N: 3 · 2 = 6; H: 3 · 8 = 24; S: 3 · 1 = 3; O: 3 · 4 = 12.

Скобки нужны, потому что группа NH₄ повторяется дважды. В NH₄Cl она одна, поэтому скобки не нужны. Круглые скобки сами по себе не доказывают, что всё вещество молекулярное.

Как составить формулу по названию

Для обычной ионной соли или гидроксида сначала определяют состав и заряды ионов, затем выбирают наименьшее отношение их чисел, при котором общий заряд равен нулю. Состав многоатомного иона при этом сохраняют.

1. Выделите катион и анион. В нитрате кальция это Ca²⁺ и NO₃⁻.
2. Установите заряды из справочника или названия. Римская цифра в названии соли металла помогает различить его степени окисления.
3. Уравняйте положительный и отрицательный заряды. Одному Ca²⁺ нужны два нитрат-иона.
4. Поставьте скобки вокруг повторяющегося многоатомного иона: Ca(NO₃)₂.
5. Проверьте нейтральность и снова прочитайте название. Индекс 2 после скобок не превращает нитрат в другой ион.

Механическое «перенесение валентностей крест-накрест» не заменяет эту проверку. Для Mg²⁺ и O²⁻ отношение 1:1 даёт MgO. Но правило сокращения чисел нельзя бездумно применять к известной молекуле или к внутреннему составу сложного иона, например O₂²⁻. Границы приёма поясняет статья о составлении формул по валентности.

Разбор 2. Гидроксид кобальта(II)

Катион Co²⁺ соединяется с гидроксид-ионом OH⁻. Для нейтральной формулы нужны два OH⁻.

(+2) + 2 · (−1) = 0; формула Co(OH)₂.

Название — гидроксид кобальта(II). Запись CoOH₂ не показывает двух целых гидроксидных групп: она неверно передаёт состав основания.

Система Штока, приставки и привычные названия

В системе Штока степень окисления элемента указывают римской цифрой в скобках: FeBr₂ — бромид железа(II), FeBr₃ — бромид железа(III). Число II не означает два атома железа. Для обычных соединений натрия, кальция или алюминия уточнение часто опускают: хлорид натрия, оксид кальция, гидроксид алюминия.

Степень окисления — формальная характеристика атома, а не непременно заряд реального иона. В названии «оксид углерода(IV)» IV не означает присутствие в CO₂ свободных C⁴⁺. У многоатомного иона заряд и степень окисления центрального атома тоже различаются: у SO₄²⁻ заряд −2, а у серы степень окисления +VI. Подробности — в статье «Степень окисления».

Стехиометрические названия указывают числа атомов приставками: CO — монооксид углерода, CO₂ — диоксид углерода, N₂O₃ — триоксид диазота. «Моно-» в некоторых привычных названиях опускают. Так, «оксид кальция» достаточно однозначно задаёт школьное соединение CaO.

Дополнительно. Степень окисления не всегда различает молекулы. В NO₂ и N₂O₄ азот имеет +IV, но это разные молекулярные частицы. Названия «диоксид азота» и «тетраоксид диазота» явно показывают их состав. Простейшая формула для обеих — NO₂. Похожий пример: молекулярная формула одной из форм оксида фосфора(V) — P₄O₁₀, простейшая — P₂O₅.

Тривиальное название возникло исторически или связано с применением: вода H₂O, аммиак NH₃, углекислый газ CO₂. Некоторые традиционные названия, в том числе названия распространённых кислот и ионов, сохранены в номенклатуре. Поэтому «традиционное» не означает «неправильное». Однако одного бытового слова бывает недостаточно: пищевая сода — NaHCO₃, кальцинированная сода — Na₂CO₃. Название продукта или породы также не гарантирует химической чистоты образца.

Разбор 3. Как назвать SnO₂ двумя способами

Это обычный оксид: у кислорода степень окисления −II. На два O приходится −4, следовательно, у Sn значение +IV.

x + 2 · (−2) = 0; x = +4.

Названия — оксид олова(IV) по системе Штока и диоксид олова по составу. Второе название не утверждает, что твёрдый оксид состоит из отдельных молекул SnO₂.

Бинарные соединения: названия и порядок символов

Бинарное соединение содержит два элемента, а не обязательно два атома. В русском названии сначала обычно называют условно отрицательную часть: хлорид, сульфид, оксид, затем второй элемент в родительном падеже. Формулу обычной ионной соли записывают в другом порядке: катион перед анионом, например NaCl — хлорид натрия.

Для молекулярных соединений применяются принятые последовательности записи. Нельзя превращать совет «менее электроотрицательный элемент пишут первым» в правило без исключений. Сохраняйте обычные формулы NH₃, PH₃, CH₄, H₂O, H₂S и HCl. В NH₃ азот стоит перед H, хотя сильнее притягивает электронную плотность. В OF₂ первым пишут кислород: это дифторид кислорода, где кислород имеет +II, а не оксид фтора. Перестановка символов не должна подменять принятую форму записи.

Дополнительно: границы таблицы. Не всякое соединение водорода с другим элементом представляет собой ионный гидрид: в NH₃ и HCl ковалентные связи, а водород имеет +I. Названия «аммиак», «фосфин» и «метан» нужно узнавать отдельно. Формулы гидридов переходных металлов и некоторых других карбидов не выводят по простой таблице постоянных зарядов.

В CaC₂ карбидная часть — C₂²⁻, которую также называют ацетилид-ионом. На пару атомов C приходится заряд −2; для каждого равноправного атома в этой модели степень окисления −I. В Al₄C₃ формальный учёт с Al(+III) даёт C(−IV). Значит, нельзя получить обе формулы, заранее назначив любому карбиду одинаковое значение для углерода.

Разбор 4. Почему Na₂O₂ нельзя «сократить» до NaO

В пероксиде натрия два Na⁺ соответствуют одному O₂²⁻. Отношение катионов к пероксид-ионам равно 2:1. Двойка внутри O₂²⁻ — часть состава иона, а не лишний общий множитель. Формула Na₂O₂ сохраняет эту информацию. NaO можно получить лишь как простейшую запись отношения атомов, но ею не заменяют принятую формулу пероксида в уравнении. Для оксида натрия формула другая: Na₂O.

Кислота, её анион и название соли

В базовом курсе названия наиболее частых кислот и соответствующих анионов учат парами. Заряд аниона необходим для составления соли. HCl как индивидуальное вещество — хлороводород; его водный раствор называют соляной кислотой. Название «хлороводородная кислота» также указывает на водный раствор. Для HBr аналогично различают бромоводород и бромоводородную кислоту.

Таблица связывает состав и названия, а не утверждает, что все кислоты полностью диссоциируют или что соответствующий анион преобладает в любом растворе. Для многоосновной кислоты возможны промежуточные анионы. Угольная кислота даёт HCO₃⁻ — гидрокарбонат; серная — HSO₄⁻, гидросульфат; ортофосфорная — H₂PO₄⁻, дигидрофосфат, и HPO₄²⁻, гидрофосфат.

Гидроксид-ион OH⁻ и катион аммония NH₄⁺ нужно запомнить как целые группы. NaOH — гидроксид натрия, NH₄Cl — хлорид аммония, (NH₄)₂SO₄ — сульфат аммония. Наличие H в аммонии не делает соль кислой. Состав и свойства классов рассматриваются отдельно: кислоты, основания, соли и оксиды.

Разбор 5. Гидрофосфат и дигидрофосфат кальция

Гидрофосфат-ион HPO₄²⁻ и Ca²⁺ соединяются в отношении 1:1: получается CaHPO₄. Дигидрофосфат-ион H₂PO₄⁻ однозаряден: для одного Ca²⁺ нужны две такие группы, формула Ca(H₂PO₄)₂. Оба вещества — кислые соли по составу. Слова «гидро-» и «дигидро-» здесь показывают сохранённый водород аниона, а не воду кристаллизации.

Дополнительный мини-справочник. Для кислородсодержащих кислот хлора различают HClO — хлорноватистую и ClO⁻ — гипохлорит; HClO₂ — хлористую и ClO₂⁻ — хлорит; HClO₃ — хлорноватую и ClO₃⁻ — хлорат; HClO₄ — хлорную и ClO₄⁻ — перхлорат. В других часто встречающихся формулах MnO₄⁻ — перманганат, CrO₄²⁻ — хромат, Cr₂O₇²⁻ — дихромат. Эти имена следует сверять со справочником, а не выводить только по окончанию слова.

Похожие слова: сульфат, сульфит, сульфид

Здесь «-ат» соответствует большему числу O, чем «-ит», но это подсказка внутри конкретной пары, а не способ вычислить любую формулу по окончанию. Особенно опасно принять нитрид за нитрит: меняются и состав, и заряд анионной части. Ион N³⁻ также нельзя путать с N₃⁻ — азид-ионом: у первого один атом N и заряд −3, у второго три атома N и заряд −1.

Как читать химическое уравнение

Коэффициенты в уравнении задают стехиометрическое отношение количеств веществ. Уравнивая реакцию, меняют коэффициенты перед формулами, сохраняя индексы правильно записанных веществ.

Разбор 6. Получение воды из водорода и кислорода

При воспламенении водорода в кислороде образуется вода:

2H₂ + O₂ → 2H₂O.

Слева четыре атома H и два O; справа столько же. На уровне состава это отношение двух молекул H₂ к одной O₂ и двум H₂O. Для количеств веществ отношение равно 2:1:2, например 2 моль водорода и 1 моль кислорода при полном превращении дают 2 моль воды. Коэффициенты не задают такое же отношение масс. Запись с H₂O₂ вместо H₂O описывала бы другое вещество.

Для немолекулярного реагента коэффициент относится к выбранным формульным единицам. Это учёт состава и стехиометрии, а не описание того, что все частицы сталкиваются одновременно в одной элементарной стадии. Условия реакции указывают отдельно: нагревание, катализатор, раствор. Пометки (г), (ж), (тв), (р-р) уточняют состояние; ↑ и ↓ обозначают соответственно выделение газа и образование осадка. Уравнивание продолжите в статье «Химические уравнения».

Четырнадцать заданий для самопроверки

В заданиях 1–10 и 14 достаточно основных правил. Задания 11–13 относятся к дополнительным разделам. Сначала решите самостоятельно, затем проверьте не только формулу, но и причину выбора индексов.

1. В черновике записаны CoCl₂ и CO₂. Сколько разных элементов в каждой формуле? Почему нельзя заменить строчную o прописной?
2. Посчитайте атомы каждого элемента в записи 2Al(NO₃)₃. Сколько разных элементов она содержит?
3. Объясните различие между 2N, N₂, N³⁻ и N₃⁻.
4. Составьте формулу бромида железа(III), затем назовите FeBr₂.
5. Запишите формулу нитрита кальция. Затем назовите Ca(NO₃)₂ и объясните различие.
6. Составьте формулу сульфата аммония. Найдите число H в одной формульной единице и объясните скобки.
7. Назовите K₂SO₄, K₂SO₃ и K₂S. Сохранится ли название при удалении одного атома O из формулы?
8. Составьте формулы гидроксида никеля(II) и гидрофосфата натрия. Проверьте суммарные заряды.
9. Дайте два названия SO₂. Затем запишите формулу пентаоксида диазота, используя приставки.
10. Запишите формулу азотистой кислоты и назовите её анион при отщеплении протона. Какие формулы соответствуют пищевой и кальцинированной соде? Является ли NH₄Cl кислой солью только из-за наличия H?
11. Запишите формулу гидрида бария, затем назовите Mg₃N₂. Укажите используемые анионы и их заряды.
12. В чём различие Na₂O и Na₂O₂? Можно ли уравнять уравнение с пероксидом, заменив его формулу на NaO?
13. Для CaC₂ примите Ca(+II), для Al₄C₃ — Al(+III). Рассчитайте среднюю степень окисления C в каждом случае и объясните, почему правило «в карбидах C всегда −IV» неверно.
14. Уравняйте схему разложения пероксида водорода на воду и кислород в присутствии катализатора MnO₂. Прочитайте отношение количеств веществ, не включая катализатор в расходуемые реагенты.

Ответы с объяснениями

1. В CoCl₂ два элемента: кобальт и хлор. В CO₂ тоже два, но другие: углерод и кислород. Co — цельный символ; изменение o на O разделяет запись на символы C и O, меняя смысл.
2. На одну формульную единицу приходится Al — 1, N — 3, O — 9. Коэффициент 2 умножает каждое число: Al — 2, N — 6, O — 18. Разных элементов три; коэффициент и индексы не увеличивают их число.
3. 2N — два отдельных атома в модели; N₂ — молекула из двух атомов; N³⁻ — одноатомный нитрид-ион с зарядом −3; N₃⁻ — многоатомный азид-ион с зарядом −1. Перемещение цифры с верхнего уровня на нижний меняет обозначаемую частицу.
4. У Fe в первом названии степень окисления +III, в обычной ионной модели катион Fe³⁺; бромид — Br⁻. Нужны три Br⁻, поэтому FeBr₃. В FeBr₂ два Br⁻ соответствуют Fe²⁺; это бромид железа(II).
5. Нитрит — NO₂⁻, поэтому формула Ca(NO₂)₂. Ca(NO₃)₂ — нитрат кальция. В обеих формулах один Ca²⁺ и два однозарядных аниона, но сами анионы имеют разный состав.
6. NH₄⁺ и SO₄²⁻ требуют отношения 2:1: формула (NH₄)₂SO₄. Группа NH₄ повторяется дважды, поэтому её берут в скобки. Атомов H — 2 · 4 = 8.
7. Сульфат калия, сульфит калия, сульфид калия. Изменение числа O меняет состав аниона: SO₄²⁻ и SO₃²⁻ различаются, хотя их заряды одинаковы. Одна буква в названии здесь существенна.
8. Ni(OH)₂: один Ni²⁺ и два OH⁻, сумма +2 − 2 = 0. Na₂HPO₄: два Na⁺ и один HPO₄²⁻, сумма +2 − 2 = 0. Скобки вокруг единственного гидрофосфат-иона не нужны.
9. SO₂ — диоксид серы или оксид серы(IV): два O со степенью −II требуют S(+IV). «Сернистый газ» — традиционное название того же вещества. Пентаоксид диазота — N₂O₅: «пента-» задаёт пять O, «ди-» — два N. Здесь обе приставки помогают восстановить состав.
10. Азотистая кислота — HNO₂, соответствующий анион NO₂⁻ — нитрит. Пищевая сода — NaHCO₃, кальцинированная — Na₂CO₃. NH₄Cl — средняя соль: водород входит в катион аммония, а не в кислотный остаток. Состав кислой соли и кислотность раствора — разные характеристики.
11. BaH₂: один Ba²⁺ и два гидрид-иона H⁻. Mg₃N₂ — нитрид магния; три Mg²⁺ и две N³⁻ дают +6 − 6 = 0. Нитрид не содержит кислорода.
12. Na₂O — оксид натрия с O(−II); Na₂O₂ — пероксид натрия с группой O₂²⁻ и O(−I). Замена на NaO стирает состав пероксидной группы и не служит способом уравнивания. Менять нужно коэффициенты.
13. Для CaC₂: +2 + 2x = 0, значит x = −1. Для Al₄C₃: 4 · (+3) + 3x = 0, значит x = −4. В первом случае важна пара C₂²⁻. Одинаковое общее название класса не задаёт единую степень окисления углерода.
14. Кислород уравнивают коэффициентами, сохраняя формулы веществ:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂).

Отношение количеств H₂O₂, H₂O и O₂ равно 2:2:1. Слева и справа по четыре H и четыре O. MnO₂ указывают как условие: в суммарном уравнении он не является расходуемым реагентом.

Куда двигаться дальше

Для упражнений с превращениями используйте генетическую связь классов. Органические названия строятся по другим правилам: продолжите в статье «Формулы и номенклатура органических соединений». Во всех разделах сохраняется один порядок проверки: состав → смысл чисел → допустимость модели → название.

Источники и границы справочника

Школьная область применения: ФРП химии 8–9 классов, 2025, с. 6–7 и 9. Принципы названий и сохранённые традиционные имена: IUPAC, Brief Guide to the Nomenclature of Inorganic Chemistry. Учебные пояснения к формулам и ионным соединениям: OpenStax 2.4, 2.6 и 2.7. Тематическая карта: С. Т. Жуков, глава 8. История названия кобальта: Royal Society of Chemistry. Условия заданий и объяснения подготовлены для этого практикума.

Выбрать другой маршрут курса