2.7 Nafnakerfi efna

2.7 Nafnakerfi efna

Nafnakerfi, sem er safn reglna um nafngiftir, skiptir miklu máli í vísindum og við margar aðrar aðstæður. Þessi hluti lýsir aðferð sem notuð er til að nefna einföld jónaefni og sameindaefni, eins og NaCl, CaCO₃ og N₂O₄. Einföldustu efnasamböndin eru tvíefni, sem innihalda aðeins tvö frumefni. Við munum einnig skoða hvernig jónaefni sem innihalda fjölatóma jónir eru nefnd, auk eins sérstaks og mjög mikilvægs flokks efnasambanda sem kallast sýrur (síðari kaflar í þessari bók munu fjalla ítarlega um þessi efnasambönd). Hér munum við takmarka okkur við ólífræn efnasambönd, sem eru efnasambönd sem samanstanda aðallega af öðrum frumefnum en kolefni, og fylgja viðmiðunarreglum IUPAC um nafngiftir. Reglur um lífræn efnasambönd, þar sem kolefni er aðalfrumefnið, verða teknar fyrir í síðari kafla um lífræna efnafræði.

Jónaefni

Til að nefna ólífrænt efnasamband þurfum við að svara nokkrum spurningum. Í fyrsta lagi er efnasambandið jónaefni eða sameindaefni? Ef efnasambandið er jónaefni, myndar málmurinn aðeins eina tegund jóna (föst hleðsla) eða fleiri en eina tegund (breytileg hleðsla)? Eru jónirnar einatóma eða fjölatóma? Ef efnasambandið er sameindaefni, inniheldur það vetni? Ef svo er inniheldur það einnig súrefni? Út frá svörunum flokkum við efnasambandið í viðeigandi flokk og nefnum það í samræmi við það.

Efnasambönd sem innihalda aðeins einatóma jónir

Nafn tvíefnis sem inniheldur einatóma jónir samanstendur af nafni katjónarinnar (nafni málmsins) og síðan nafni anjónarinnar (nafni málmleysingjans þar sem endingunni hefur verið skipt út fyrir viðskeytið -íð). Nokkur dæmi eru gefin í töflu 2.6.

Efnasambönd sem innihalda fjölatóma jónir

Efnasambönd sem innihalda fjölatóma jónir eru nefnd á svipaðan hátt og þau sem innihalda aðeins einatóma jónir, þ.e. með því að nefna fyrst katjónina og síðan anjónina. Dæmi um þetta má sjá í töflu 2.7.

Efnasambönd sem innihalda málmjón með breytilegri hleðslu

Flestir hliðarmálmar og sumir aðalhópsmálmar geta myndað tvær eða fleiri katjónir með mismunandi hleðslu. Efnasambönd þessara málma við málmleysingja eru nefnd með sömu aðferð og efnasambönd í fyrsta flokknum, nema hvað hleðsla málmjónarinnar er tilgreind með rómverskum tölustaf í sviga á eftir heiti málmsins. Hleðsla málmjónarinnar ræðst af formúlu efnasambandsins og hleðslu anjónarinnar. Tökum sem dæmi tvíefni járns og klórs. Járn hefur venjulega hleðsluna 2+ eða 3+ (sjá mynd 2.29) og samsvarandi formúlur efnasambandanna tveggja eru FeCl₂ og FeCl₃. Einfaldasta heitið, „járnklóríð“, væri í þessu tilviki tvírætt þar sem það gerir ekki greinarmun á þessum tveimur efnasamböndum. Í slíkum tilvikum er hleðsla málmjónarinnar tilgreind með rómverskum tölustaf í sviga strax á eftir heiti málmsins. Þessi tvö efnasambönd fá þá ótvíræðu heitin járn(II)klóríð og járn(III)klóríð. Önnur dæmi eru að finna í töflu 2.9.

Í eldra nafnakerfi voru viðskeytin -ic og -ous notuð til að aðgreina málma með hærri og lægri hleðslu. Járn(III)klóríð, FeCl₃, var þá kallað ferríklóríð og járn(II)klóríð, FeCl₂, gekk undir nafninu ferróklóríð. Þótt vísindasamfélagið hafi að mestu leyti horfið frá þessari nafnagift er hún enn notuð í sumum iðngreinum. Til dæmis má stundum sjá heitið „stannous fluoride“ á tannkremstúpum. Það vísar til formúlunnar SnF₂, sem réttara er að nefna tin(II)flúoríð. Hitt flúoríð tins er SnF₄, sem áður var kallað „stannic fluoride“ en nefnist nú tin(IV)flúoríð.

Jónahýdröt

Jónaefni sem innihalda vatnssameindir sem óaðskiljanlegan hluta af kristalbyggingu sinni kallast hýdröt. Heiti jónahýdrats er myndað með því að bæta orði við heiti vatnsfirrta (óvatnaða) efnasambandsins, orði sem gefur til kynna fjölda vatnssameinda sem fylgja hverri formúlueiningu efnisins. Viðbótarorðið hefst á grísku forskeyti sem táknar fjölda vatnssameinda (sjá töflu 2.10) og endar á „hýdrat“. Til dæmis er vatnsfirrta efnasambandið kopar(II)súlfat einnig til sem hýdrat sem inniheldur fimm vatnssameindir og nefnist kopar(II)súlfatpentahýdrat. Þvottasódi er almennt heiti yfir hýdrat natríumkarbónats sem inniheldur 10 vatnssameindir; kerfisbundna heitið er natríumkarbónatdekahýdrat.

Formúlur fyrir jónahýdröt eru skrifaðar með því að bæta við punkti í miðri línu, stuðli sem táknar fjölda vatnssameinda og loks formúlu vatns. Dæmin tvö sem nefnd voru í fyrri málsgrein eru táknuð með formúlunum

Sameindaefni (samgild efnasambönd)

Tengieiginleikar ólífrænna sameindaefna eru frábrugðnir eiginleikum jónaefna og þau eru einnig nefnd eftir öðru kerfi. Hleðslur katjóna og anjóna ráða hlutföllum þeirra í jónaefnum, þannig að nægilegt er að tilgreina heiti jónanna til að ákvarða efnaformúlur. Þar sem samgild tengi leyfa hins vegar mikinn breytileika í hlutföllum frumeinda í sameind, verða heiti sameindaefna að tilgreina þessi hlutföll sérstaklega.

Efnasambönd úr tveimur frumefnum

Þegar tvö málmleysingjafrumefni mynda sameindaefni eru oft nokkur hlutföll möguleg. Til dæmis geta kolefni og súrefni myndað efnasamböndin CO og CO₂. Þar sem þetta eru ólík efni með mismunandi eiginleika geta þau ekki bæði borið sama heiti (þau geta ekki bæði kallast kolefnisoxíð). Til að leysa þetta notum við nafnakerfi sem svipar nokkuð til þess sem notað er fyrir jónaefni, en með viðbættum forskeytum til að tilgreina fjölda frumeinda hvers frumefnis. Heiti þess frumefnis sem er málmkenndara (það sem er lengra til vinstri og/eða neðar í lotukerfinu) kemur fyrst, og þar á eftir kemur heiti þess frumefnis sem er lengra til hægri og/eða ofar í lotukerfinu, með endingunni breytt í viðskeytið –íð. Fjöldi frumeinda hvers frumefnis er tilgreindur með grísku forskeytunum sem sýnd eru í töflu 2.10.

Þegar aðeins ein frumeind af fyrra frumefninu er til staðar er forskeytinu mónó- venjulega sleppt úr þeim hluta. Þannig nefnist CO kolefnismónoxíð og CO₂ kallast kolefnisdíoxíð. Þegar tveir sérhljóðar lenda saman er endasérhljóðanum í gríska forskeytinu stundum sleppt í daglegu máli, en IUPAC-reglurnar heimila þetta aðeins fyrir tvöfalda o-ið í mónóoxíð, sem ritað er rétt sem mónoxíð. Fyrir nafnakerfisæfingarnar í þessari bók geta nemendur valið að fylgja hvorri aðferðinni sem er. Nokkur önnur dæmi eru sýnd í töflu 2.11.

Þú munt rekast á nokkur algeng heiti eftir því sem þú heldur áfram námi þínu í efnafræði. Til dæmis, þótt NO sé oft kallað nituroxíð, er rétt heiti þess köfnunarefnismónoxíð. Á sama hátt er N₂O þekkt sem hláturgas þó að reglur okkar segðu fyrir um heitið tvíköfnunarefnismónoxíð. (Og H₂O er venjulega kallað vatn, en ekki dívetnismónoxíð.) Þú ættir að leggja á minnið algeng heiti efnasambanda jafnóðum og þú rekst á þau.

Tvíefnissýrur

Sum efnasambönd sem innihalda vetni tilheyra mikilvægum flokki efna sem kallast sýrur. Efnafræði þessara efnasambanda er skoðuð nánar í síðari köflum þessarar bókar. Í bili nægir þó að taka fram að margar sýrur losa vetnisjónir, H⁺, þegar þær leysast upp í vatni. Til að tákna þennan sérstaka efnafræðilega eiginleika fær blanda vatns og sýru nafn sem dregið er af nafni efnasambandsins. Ef efnasambandið er tvíefnissýra (samanstendur af vetni og einu öðru málmleysingjafrumefni):

1. Notaðu rót heitis málmleysingjans og myndaðu viðeigandi sýruheiti, oft með „vetnis-“ sem fyrri lið.
2. Bættu við „sýra“ eða viðeigandi íslensku sýruviðskeyti.
3. Notaðu hefðbundin íslensk sýruheiti þar sem þau eru föst í málinu.

Til dæmis kallast gasið HCl vetnisklóríð, en þegar það er leyst upp í vatni kallast lausnin saltsýra. Mörg önnur dæmi um þetta nafnakerfi eru sýnd í töflu 2.12.

Súrefnissýrur

Mörg efnasambönd sem innihalda þrjú eða fleiri frumefni (eins og lífræn efnasambönd eða samhæfingarsambönd) lúta sérstökum nafnareglum sem þú munt læra síðar. Við munum þó stuttlega ræða mikilvæg efnasambönd sem kallast súrefnissýrur. Þetta eru efnasambönd sem innihalda vetni, súrefni og að minnsta kosti eitt annað frumefni, og eru tengd á þann hátt að þau gefa efnasambandinu sýrueiginleika (þú munt læra nánar um þetta í síðari kafla). Dæmigerðar súrefnissýrur samanstanda af vetni sem tengist fjölatóma jón sem inniheldur súrefni. Til að nefna súrefnissýrur:

1. Slepptu „vetni“
2. Byrjaðu á stofni heitis anjónarinnar
3. Skiptu endingunni –at út fyrir –sýra eða –ít út fyrir –sýrlingur
4. Notaðu hefðbundnar íslenskar undantekningar þar sem þær eiga við

Skoðum til dæmis H₂CO₃ (sem freistandi gæti verið að kalla „vetniskarbónat“). Til að nefna þetta rétt er „vetni“ sleppt og heiti karbónats er breytt í sýruheitið kolsýra. Önnur dæmi eru gefin í töflu 2.13. Það eru nokkrar undantekningar frá almennu nafnareglunni (t.d. er H₂SO₄ kölluð brennisteinssýra, en ekki súlfatsýra, og H₂SO₃ er brennisteinssýrlingur, en ekki súlfítsýrlingur).