Danh pháp IUPAC của các chất vô cơ trong Hóa học HSC
Tìm hiểu cách gọi tên các chất vô cơ ion, phân tử, axit và hiđrat thông dụng từ công thức bằng quy tắc IUPAC. Có quy tắc phân loại, ví dụ có lời giải và các lỗi gọi tên thường gặp.
Một công thức như \(\ce{FeCl3}\) trông có vẻ khá đơn giản. Sắt, clo, ba nguyên tử clo. Vậy có nên gọi nó là “sắt triclorua” không?
Không. Tên đó sử dụng sai hệ thống danh pháp.
Kĩ năng hữu ích trong danh pháp vô cơ không phải là ghi nhớ hàng trăm tên hợp chất. Điều quan trọng là nhận ra công thức biểu diễn loại chất nào, rồi chọn đúng quy tắc gọi tên.
Hãy thử dự đoán trước khi đọc tiếp:
Theo bạn, công thức nào sẽ dùng các tiền tố như di- hoặc tri- khi gọi tên: \(\ce{FeCl3}\) hay \(\ce{NCl3}\)?
Đáp án là \(\ce{NCl3}\). Cả nitơ và clo đều là phi kim, nên đây là một hợp chất phân tử. Trong khi đó, \(\ce{FeCl3}\) chứa một kim loại và một phi kim, nên nó là hợp chất ion. Các hợp chất ion tuân theo một bộ quy tắc khác.
Chỉ riêng quyết định đầu tiên này đã giải quyết được phần lớn các câu hỏi về danh pháp trong HSC.
01Bắt đầu bằng cách xác định loại hợp chất
Khi được cho một công thức, hãy xem xét các nguyên tố và ion trước khi cố gắng gọi tên.
Một quy tắc phân loại ban đầu hữu ích là:
| Những gì bạn thấy trong công thức | Loại có khả năng là | Hệ thống gọi tên |
|---|---|---|
| Kim loại + phi kim | Ion | Tên cation + tên anion có đuôi -ua hoặc dạng tương ứng |
| Kim loại + ion đa nguyên tử | Ion | Tên cation + tên ion đa nguyên tử |
| \(\ce{NH4+}\) + anion | Ion | Amoni + tên anion |
| Phi kim + phi kim | Phân tử | Các tiền tố như mono-, di-, tri- |
| Công thức axit trong dung dịch nước | Axit | Quy tắc gọi tên axit |
| Hợp chất ion theo sau bởi \(\ce{.nH2O}\) | Hiđrat | Tên hợp chất ion + tiền tố + hiđrat |
Đây là một mô hình, không phải mô tả tuyệt đối cho mọi chất vô cơ từng được phát hiện. Tuy nhiên, đối với Hóa học HSC, nó bao quát những hợp chất thông dụng mà bạn được yêu cầu nhận biết và gọi tên.
Kiểm tra nhanh
Hãy xác định loại hợp chất, chưa cần gọi tên hợp chất:
- \(\ce{MgBr2}\)
- \(\ce{SO3}\)
- \(\ce{Na2CO3}\)
Đáp án
- \(\ce{MgBr2}\) là hợp chất ion vì magie là kim loại còn brom là phi kim.
- \(\ce{SO3}\) là hợp chất phân tử vì lưu huỳnh và oxi đều là phi kim.
- \(\ce{Na2CO3}\) là hợp chất ion vì nó chứa ion kim loại \(\mathrm{Na}^{+}\) và ion cacbonat đa nguyên tử \(\ce{CO3^2-}\).
Lưu ý rằng \(\ce{Na2CO3}\) chứa nhiều nguyên tử phi kim, nhưng điều đó không làm cho nó trở thành hợp chất phân tử. Các nguyên tử trong cacbonat liên kết với nhau và cùng tạo thành một ion đa nguyên tử.
02Gọi tên hợp chất ion
Một hợp chất ion được tạo thành từ các ion mang điện tích dương gọi là cation và các ion mang điện tích âm gọi là anion.
Hãy hình dung hai người bước vào một mối quan hệ rất trang trọng. Công thức cho biết cần bao nhiêu ion mỗi loại để toàn bộ hợp chất trung hòa điện. Tuy nhiên, tên gọi thường không nêu những con số đó.
Đó là lý do \(\ce{MgCl2}\) được gọi là magie clorua, chứ không phải “magie điclorua”.
Phép so sánh này tất nhiên không hoàn toàn chính xác vì các ion rõ ràng không hẹn hò với nhau. Điểm hữu ích chỉ là: tỉ lệ rất quan trọng khi lập công thức, nhưng tên của hợp chất ion thường xác định các ion thay vì đếm chúng bằng tiền tố.
Quy tắc 1: Gọi tên cation trước
Đối với một ion kim loại đơn giản, dùng tên nguyên tố mà không thay đổi.
Ví dụ:
- \(\mathrm{Na}^{+}\): natri
- \(\mathrm{Mg}^{2+}\): magie
- \(\mathrm{Al}^{3+}\): nhôm
Quy tắc 2: Anion phi kim đơn nguyên tử dùng tên dạng -ide tương ứng
Một ion âm chỉ gồm một nguyên tố thường đổi phần cuối của tên sang dạng tương ứng với -ide.
| Nguyên tố | Tên anion |
|---|---|
| clo | clorua |
| brom | bromua |
| iốt | iodua |
| oxi | oxit |
| lưu huỳnh | sulfua |
| nitơ | nitrua |
| photpho | photphua |
Vì vậy:
\[
\ce{NaCl}
\]
là natri clorua, và
\[
\ce{MgO}
\]
là magie oxit.
Ví dụ có lời giải: Gọi tên \(\ce{CaF2}\)
Bước 1Xác định loại hợp chất
Canxi là kim loại và flo là phi kim, nên \(\ce{CaF2}\) là hợp chất ion.
Bước 2Gọi tên cation
\(\mathrm{Ca}^{2+}\) là ion canxi.
Bước 3Gọi tên anion
Flo tạo thành ion florua, \(\mathrm{F}^{-}\).
Bước 4Ghép các tên
Hợp chất là canxi florua.
Chỉ số dưới 2 cho biết cần hai ion florua để cân bằng một ion \(\mathrm{Ca}^{2+}\). Nó không khiến tên hợp chất trở thành “canxi điflorua”.
Kiểm tra mức độ hiểu bài
Gọi tên \(\ce{Al2O3}\).
Đáp án
Nhôm là kim loại còn oxi là phi kim, nên hợp chất này là hợp chất ion.
Các ion là \(\mathrm{Al}^{3+}\) và \(\mathrm{O}^{2-}\).
Do đó:
nhôm oxit
Không phải nhôm trioxit, cũng không phải đinhôm trioxit.
03Điều gì thay đổi khi kim loại có thể mang nhiều điện tích khác nhau?
Đây là lúc việc gọi tên hợp chất ion trở nên thú vị hơn.
Sắt có thể tạo cả \(\mathrm{Fe}^{2+}\) và \(\mathrm{Fe}^{3+}\). Đồng thường tạo \(\mathrm{Cu}^{+}\) và \(\mathrm{Cu}^{2+}\).
Nếu ai đó chỉ nói “sắt clorua”, chúng ta không biết ion sắt nào đang có mặt.
Danh pháp IUPAC giải quyết vấn đề này bằng cách đặt số oxi hóa của kim loại bằng chữ số La Mã.
Ví dụ:
- \(\ce{FeCl2}\): sắt(II) clorua
- \(\ce{FeCl3}\): sắt(III) clorua
Chữ số La Mã không phải là số nguyên tử kim loại. Nó cho biết số oxi hóa của kim loại.
Ví dụ có lời giải: Gọi tên \(\ce{Cu2O}\)
Bước 1Nhận biết đây là hợp chất ion
Đồng là kim loại còn oxi là phi kim.
Bước 2Dùng điện tích đã biết của ion oxit
Mỗi ion oxit là \(\mathrm{O}^{2-}\).
Có một ion oxit, tạo tổng điện tích âm là \(-2\).
Bước 3Xác định điện tích của đồng
Có hai nguyên tử đồng. Tổng điện tích của chúng phải là \(+2\) để hợp chất trung hòa điện.
Vì vậy, mỗi ion đồng có điện tích \(+1\):
\[
2(+1) + (-2) = 0
\]
Bước 4Gọi tên hợp chất
Đồng có số oxi hóa \(+1\), nên hợp chất là:
đồng(I) oxit
Hãy thử một bài
Gọi tên \(\ce{Fe2O3}\).
Đáp án
Mỗi ion oxi là \(\mathrm{O}^{2-}\).
Ba ion oxit tạo ra:
\[
3(-2)=-6
\]
Do đó, hai ion sắt phải cung cấp tổng điện tích \(+6\):
\[
2x=+6
\]
\[
x=+3
\]
Mỗi nguyên tử sắt có số oxi hóa \(+3\).
Tên của hợp chất là sắt(III) oxit.
Một lỗi thường gặp là gọi nó là sắt(II) oxit vì có hai nguyên tử sắt. Chữ số La Mã được xác định từ điện tích hoặc số oxi hóa, chứ không phải chỉ số dưới.
04Hợp chất ion chứa ion đa nguyên tử
Một số ion chứa nhiều nguyên tử liên kết với nhau nhưng hoạt động như một đơn vị mang điện tích duy nhất. Chúng được gọi là ion đa nguyên tử.
Bạn nên nhận biết các ion thông dụng vì tên của chúng thường được giữ nguyên trong tên hợp chất ion.
| Công thức | Tên |
|---|---|
| \(\ce{NH4+}\) | amoni |
| \(\ce{OH-}\) | hiđroxit |
| \(\ce{NO3-}\) | nitrat |
| \(\ce{CO3^2-}\) | cacbonat |
| \(\ce{SO4^2-}\) | sulfat |
| \(\ce{PO4^3-}\) | photphat |
| \(\ce{HCO3-}\) | hiđrocacbonat |
Ví dụ:
\[
\ce{Na2SO4}
\]
chứa các ion natri và ion sulfat, nên tên của nó là natri sulfat.
Không được đổi sulfat thành “sulfua”. Sulfua chỉ riêng ion đơn nguyên tử \(\mathrm{S}^{2-}\).
So sánh:
- \(\ce{Na2S}\): natri sulfua
- \(\ce{Na2SO4}\): natri sulfat
Các nguyên tử oxi tạo ra một khác biệt rất lớn.
Ví dụ có lời giải: Gọi tên \(\ce{Fe(NO3)3}\)
Bước 1Xác định các ion
\(\ce{NO3-}\) là nitrat.
Có ba ion nitrat.
Bước 2Tính tổng điện tích của chúng
\[
3(-1)=-3
\]
Bước 3Xác định số oxi hóa của sắt
Ion sắt phải có điện tích \(+3\) để hợp chất trung hòa điện.
Bước 4Gọi tên hợp chất
Tên của hợp chất là sắt(III) nitrat.
Dấu ngoặc trong công thức cho biết toàn bộ ion nitrat xuất hiện ba lần. Dấu ngoặc không xuất hiện trong tên viết ra.
Kiểm tra nhanh
Gọi tên \(\ce{Ca(OH)2}\).
Đáp án
\(\mathrm{Ca}^{2+}\) là canxi và \(\ce{OH-}\) là hiđroxit.
Tên là canxi hiđroxit.
Trong cách gọi tên hợp chất ion tiêu chuẩn, bạn không gọi nó là canxi đihiđroxit.
05Gọi tên hợp chất phân tử
Bây giờ hãy quay lại cặp công thức ban đầu:
\[
\ce{FeCl3} \qquad \ce{NCl3}
\]
Chất thứ nhất là hợp chất ion. Chất thứ hai chứa hai phi kim, nên chúng ta xem nó là hợp chất phân tử.
Ở đây, các tiền tố thực sự quan trọng vì những tỉ lệ khác nhau của cùng các nguyên tố có thể tạo ra những chất khác nhau.
Ví dụ:
- \(\ce{CO}\): cacbon monoxit
- \(\ce{CO2}\): cacbon đioxit
Nếu không có tiền tố, cả hai sẽ chỉ được gọi là “cacbon oxit”, như vậy không đủ cụ thể.
Các tiền tố số thường gặp
| Số | Tiền tố |
|---|---|
| 1 | mono- |
| 2 | di- |
| 3 | tri- |
| 4 | tetra- |
| 5 | penta- |
| 6 | hexa- |
| 7 | hepta- |
| 8 | octa- |
| 9 | nona- |
| 10 | deca- |
Nguyên tố thứ nhất giữ nguyên tên nguyên tố. Nguyên tố thứ hai thường đổi sang dạng tên có đuôi tương ứng với -ide.
Tiền tố mono- thường được lược bỏ đối với nguyên tố thứ nhất.
Vì vậy:
\[
\ce{CO}
\]
là cacbon monoxit, không phải monocacbon monoxit.
Ví dụ có lời giải: Gọi tên \(\ce{N2O4}\)
Bước 1Xác định loại hợp chất
Nitơ và oxi đều là phi kim, nên đây là hợp chất phân tử.
Bước 2Đếm nguyên tố thứ nhất
Có hai nguyên tử nitơ.
Hai tương ứng với tiền tố di-.
Vì vậy, phần đầu của tên là đinitơ.
Bước 3Đếm và đổi tên nguyên tố thứ hai
Có bốn nguyên tử oxi.
Bốn tương ứng với tetra-, và oxi chuyển thành oxit.
Sự kết hợp dự kiến là tetra + oxit. Theo cách viết quy ước, một nguyên âm được lược bỏ, tạo thành tetroxit.
Bước 4Ghép tên
\(\ce{N2O4}\) là đinitơ tetroxit.
Hãy thử một bài
Gọi tên \(\ce{PCl5}\).
Đáp án
Cả photpho và clo đều là phi kim.
Có một nguyên tử photpho, nên không cần tiền tố mono- cho nguyên tố thứ nhất.
Có năm nguyên tử clo, nên dùng penta- và đổi clo thành clorua.
Tên là photpho pentaclorua.
06Lỗi dễ mắc nhất: dùng tiền tố cho hợp chất ion
Giả sử bạn gặp:
\[
\ce{CaCl2}
\]
Một học sinh có thể nghĩ: “Có hai nguyên tử clo, vậy chắc phải là canxi điclorua.”
Điều đó có vẻ hợp lý vì công thức rõ ràng có số 2.
Nhưng số 2 trong công thức ion xuất hiện do cân bằng điện tích. Canxi tạo \(\mathrm{Ca}^{2+}\), trong khi clorua là \(\mathrm{Cl}^{-}\). Cần hai ion clorua:
\[
(+2)+2(-1)=0
\]
Vì vậy, tên đúng là canxi clorua.
Bây giờ hãy so sánh:
\[
\ce{SCl2}
\]
Lưu huỳnh và clo đều là phi kim. Cân bằng điện tích giữa các ion không phải nguyên tắc gọi tên ở đây. Chúng ta cần chỉ rõ có bao nhiêu nguyên tử trong phân tử.
Vì vậy, \(\ce{SCl2}\) là lưu huỳnh điclorua.
Do đó, một quy tắc hữu ích khi làm bài thi là:
Đừng đếm nguyên tử cho đến khi bạn đã xác định hợp chất là ion hay phân tử.
07Gọi tên các axit thông dụng
Axit cần thêm một mức độ cẩn thận vì trạng thái vật lí có thể quan trọng.
Ví dụ, \(\ce{HCl}\) ở trạng thái khí phân tử được gọi là hiđro clorua.
Khi hòa tan trong nước và được viết là \(\ce{HCl(aq)}\), nó thường được gọi là axit clohiđric.
Sự phân biệt này hữu ích vì tên gọi cho bạn biết điều gì đó về cách chất đang được xét về mặt hóa học, chứ không chỉ cho biết những nguyên tử nào có mặt.
Các ví dụ HSC thông dụng gồm:
| Công thức | Tên |
|---|---|
| \(\ce{HCl(aq)}\) | axit clohiđric |
| \(\ce{HNO3(aq)}\) | axit nitric |
| \(\ce{H2SO4(aq)}\) | axit sulfuric |
| \(\ce{H3PO4(aq)}\) | axit photphoric |
| \(\ce{H2CO3(aq)}\) | axit cacbonic |
Có một quy luật hữu ích giữa một số ion đa nguyên tử và các axit tương ứng:
- nitrat \(\ce{NO3-}\) trở thành axit nitric \(\ce{HNO3}\)
- sulfat \(\ce{SO4^2-}\) trở thành axit sulfuric \(\ce{H2SO4}\)
- photphat \(\ce{PO4^3-}\) trở thành axit photphoric \(\ce{H3PO4}\)
Bạn vẫn nên học tên của các axit thông dụng thay vì cố tự tạo ra tên từ một quy tắc về hậu tố mà mình chỉ nhớ một phần.
Kiểm tra mức độ hiểu bài
Tên của \(\ce{HCl(g)}\) và \(\ce{HCl(aq)}\) khác nhau như thế nào?
Đáp án
\(\ce{HCl(g)}\) là hiđro clorua.
\(\ce{HCl(aq)}\) là axit clohiđric.
Kí hiệu trạng thái dung dịch nước cho biết hiđro clorua được hòa tan trong nước và đang được mô tả như một axit.
08Gọi tên hiđrat
Một số tinh thể ion chứa một số lượng cố định các phân tử nước trong cấu trúc tinh thể. Những hợp chất này được gọi là hiđrat.
Công thức của chúng có thể trông như sau:
\[
\ce{CuSO4.5H2O}
\]
Có thể hiểu dấu chấm theo nghĩa: “hợp chất ion này liên kết với số phân tử nước kết tinh tương ứng”.
Trước tiên, gọi tên hợp chất ion theo cách thông thường:
\[
\ce{CuSO4}
\]
Sulfat có điện tích \(-2\), nên đồng phải có điện tích \(+2\). Do đó ta có đồng(II) sulfat.
Có năm phân tử nước. Tiền tố cho năm là penta-.
Vì vậy:
đồng(II) sulfat pentahiđrat
Hãy thử một bài
Gọi tên \(\ce{MgSO4.7H2O}\).
Đáp án
\(\ce{MgSO4}\) là magie sulfat.
Bảy phân tử nước tương ứng với tiền tố hepta-.
Tên đầy đủ là magie sulfat heptahiđrat.
09Một phương pháp đáng tin cậy để chuyển từ công thức sang tên
Khi một công thức lạ xuất hiện trong câu hỏi HSC, hãy làm theo thứ tự này thay vì đoán dựa trên hình thức của công thức.
Tìm kim loại, ion amoni hoặc một ion đa nguyên tử dễ nhận biết.
Nếu có, nhiều khả năng bạn đang xét một chất ion.Nếu cả hai nguyên tố đều là phi kim, hãy cân nhắc cách gọi tên hợp chất phân tử.
Đây là trường hợp các tiền tố số thường quan trọng.Đối với hợp chất ion, hãy xác định các ion trước khi gọi tên.
Giữ nguyên tên của các ion đa nguyên tử đã nhận biết.Xem kim loại có thể có nhiều hơn một số oxi hóa hay không.
Nếu có, hãy tính số oxi hóa và biểu diễn nó bằng chữ số La Mã.Đối với hợp chất phân tử, hãy đếm số nguyên tử.
Áp dụng các tiền tố số và đổi phần cuối của tên nguyên tố thứ hai sang dạng tương ứng với -ide.Kiểm tra các thông tin đặc biệt như \(\ce{(aq)}\) hoặc \(\ce{.nH2O}\).
Bạn có thể đang xét một axit hoặc một hiđrat.
Cách tiếp cận này đáng tin cậy hơn nhiều so với việc cố ghi nhớ từng hợp chất như một mục từ vựng riêng biệt.
10Bài tập tổng hợp: xác định hệ thống gọi tên trước
Câu 1
Gọi tên \(\ce{K2S}\).
Đáp án
Kali là kim loại, nên đây là hợp chất ion.
\(\mathrm{K}^{+}\) là kali và \(\mathrm{S}^{2-}\) là sulfua.
Kali sulfua
Câu 2
Gọi tên \(\ce{SF6}\).
Đáp án
Lưu huỳnh và flo đều là phi kim, nên đây là hợp chất phân tử.
Có một nguyên tử lưu huỳnh và sáu nguyên tử flo.
Sáu tương ứng với hexa-.
Lưu huỳnh hexaflorua
Câu 3
Gọi tên \(\ce{CuCl2}\).
Đáp án
Đây là hợp chất ion.
Mỗi ion clorua là \(\mathrm{Cl}^{-}\). Hai ion clorua tạo tổng điện tích \(-2\), nên đồng phải là \(\mathrm{Cu}^{2+}\).
Đồng(II) clorua
Câu 4
Gọi tên \(\ce{(NH4)2CO3}\).
Đáp án
Hợp chất này chứa các ion đa nguyên tử amoni, \(\ce{NH4+}\), và cacbonat, \(\ce{CO3^2-}\).
Amoni cacbonat
Số 2 bên ngoài dấu ngoặc cho biết cần hai ion amoni. Nó không tạo ra tên “điamoni cacbonat”.
Câu 5
Gọi tên \(\ce{N2O5}\).
Đáp án
Cả hai nguyên tố đều là phi kim, nên dùng tiền tố của danh pháp phân tử.
Hai nguyên tử nitơ tương ứng với di-.
Năm nguyên tử oxi tương ứng với penta-, với dạng quy ước là pentoxit.
Đinitơ pentoxit
11Những dấu hiệu về danh pháp đáng ghi nhớ
Bạn không cần xem mỗi công thức như một câu đố hoàn toàn mới. Chỉ một vài dấu hiệu đã giúp giải quyết phần lớn công việc.
| Dấu hiệu | Điều nó cho bạn biết |
|---|---|
| Kim loại ở đầu công thức | Thường là hợp chất ion |
| Có \(\ce{NH4+}\) | Hợp chất amoni ion |
| Ion đa nguyên tử quen thuộc | Giữ nguyên tên của ion đó |
| Chỉ có hai phi kim | Thường là hợp chất phân tử, vì vậy hãy cân nhắc dùng tiền tố |
| Kim loại có nhiều mức điện tích | Xác định số oxi hóa |
| \(\ce{(aq)}\) đi cùng một công thức axit thông dụng | Có thể áp dụng quy tắc gọi tên axit |
| \(\ce{.nH2O}\) | Hiđrat |
Khi bạn đã phân loại chất đúng, việc gọi tên thực tế trở nên khá máy móc.
Điều này cũng quan trọng ngoài phạm vi danh pháp. Công thức cho biết những tiểu phân nào có mặt, từ đó hỗ trợ khi bạn tính các đại lượng như phần trăm thành phần theo khối lượng. Nó cũng giúp bạn phân biệt các hợp chất tinh khiết với những hệ như hỗn hợp đồng nhất, trong đó có thể có nhiều chất cùng hiện diện dù mẫu trông đồng đều.
Bước hữu ích tiếp theo là làm ngược lại quá trình này: lấy một tên IUPAC, xác định các ion hoặc nguyên tử liên quan, rồi lập công thức chính xác trong khi vẫn bảo đảm tính trung hòa điện.