تسمية المواد غير العضوية وفق IUPAC لكيمياء HSC
تعرّف على كيفية تسمية المواد غير العضوية الأيونية والجزيئية والحمضية والمميهة الشائعة من صيغها باستخدام قواعد IUPAC. يتضمن الدليل قواعد لاتخاذ القرار، وأمثلة محلولة، وأخطاء تسمية شائعة.
تبدو صيغة مثل \(\ce{FeCl3}\) بسيطة بما يكفي. حديد، كلور، ثلاث ذرات كلور. فهل ينبغي أن يكون اسمها «ثلاثي كلوريد الحديد»؟
لا. فهذا الاسم يستخدم نظام التسمية الخطأ.
المهارة المفيدة في تسمية المركبات غير العضوية ليست حفظ مئات أسماء المركبات، بل التعرّف على نوع المادة التي تمثلها الصيغة، ثم اختيار قواعد التسمية الصحيحة.
حاول التنبؤ قبل متابعة القراءة:
أي الصيغتين تتوقع أن نستخدم عند تسميتها بادئات مثل ثنائي- أو ثلاثي-: \(\ce{FeCl3}\) أم \(\ce{NCl3}\)؟
الإجابة هي \(\ce{NCl3}\). فالنيتروجين والكلور كلاهما من اللافلزات، ولذلك فهذا مركب جزيئي. أما \(\ce{FeCl3}\) فيحتوي على فلز ولافلز، ولذلك فهو أيوني. وتتبع المركبات الأيونية مجموعة مختلفة من القواعد.
هذا القرار الأول يحل معظم أسئلة التسمية في HSC.
01ابدأ بتحديد نوع المركب الذي لديك
عندما تُعطى صيغة كيميائية، انظر إلى العناصر والأيونات قبل أن تحاول تسمية أي شيء.
يمكن استخدام قاعدة أولية مفيدة لاتخاذ القرار:
| ما تراه في الصيغة | النوع المرجح | نظام التسمية |
|---|---|---|
| فلز + لافلز | أيوني | اسم الكاتيون + اسم الأنيون بصيغة -ide |
| فلز + أيون متعدد الذرات | أيوني | اسم الكاتيون + اسم الأيون متعدد الذرات |
| \(\ce{NH4+}\) + أنيون | أيوني | أمونيوم + اسم الأنيون |
| لافلز + لافلز | جزيئي | بادئات مثل أحادي-، ثنائي-، ثلاثي- |
| صيغة حمض في محلول مائي | حمض | قواعد تسمية الأحماض |
| مركب أيوني يتبعه \(\ce{.nH2O}\) | هيدرات | الاسم الأيوني + بادئة + هيدرات |
هذا نموذج، وليس وصفًا مطلقًا لكل مادة غير عضوية اكتُشفت على الإطلاق. لكنه، بالنسبة إلى كيمياء HSC، يغطي المركبات الشائعة التي يُتوقع منك التعرّف عليها وتسميتها.
تحقق سريع
حدّد نوع المركب، وليس اسم المركب نفسه:
- \(\ce{MgBr2}\)
- \(\ce{SO3}\)
- \(\ce{Na2CO3}\)
الإجابات
- \(\ce{MgBr2}\) مركب أيوني لأن المغنيسيوم فلز والبروم لافلز.
- \(\ce{SO3}\) مركب جزيئي لأن الكبريت والأكسجين كلاهما من اللافلزات.
- \(\ce{Na2CO3}\) مركب أيوني لأنه يحتوي على أيون الفلز \(\mathrm{Na}^{+}\) وأيون الكربونات متعدد الذرات \(\ce{CO3^2-}\).
لاحظ أن \(\ce{Na2CO3}\) يحتوي على عدة ذرات لافلزية، لكن ذلك لا يجعله مركبًا جزيئيًا. فذرات الكربونات تبقى معًا بوصفها أيونًا واحدًا متعدد الذرات.
02تسمية المركبات الأيونية
يتكون المركب الأيوني من أيونات موجبة الشحنة تسمى كاتيونات وأيونات سالبة الشحنة تسمى أنيونات.
تخيّل شخصين يدخلان في علاقة شديدة الرسمية. تخبرك الصيغة بعدد الأيونات المطلوبة من كل نوع حتى يبقى المركب كله متعادلًا كهربائيًا. أما الاسم فعادةً لا يعلن هذه الأعداد.
ولهذا فإن \(\ce{MgCl2}\) هو كلوريد المغنيسيوم، وليس «ثنائي كلوريد المغنيسيوم».
ينتهي التشبيه هنا لأن الأيونات، بالطبع، لا تدخل في علاقات عاطفية. الجزء المفيد فقط هو الآتي: النسبة مهمة عند بناء الصيغة، لكن أسماء المركبات الأيونية عادةً تحدد الأيونات بدلًا من عدّها باستخدام البادئات.
القاعدة 1: حدّد اسم الكاتيون أولًا
بالنسبة إلى أيون فلزي بسيط، استخدم اسم العنصر دون تغيير.
أمثلة:
- \(\mathrm{Na}^{+}\): الصوديوم
- \(\mathrm{Mg}^{2+}\): المغنيسيوم
- \(\mathrm{Al}^{3+}\): الألومنيوم
القاعدة 2: أسماء الأنيونات اللافلزية البسيطة تنتهي بصيغة -ide
عادةً ما تتغير نهاية اسم الأيون السالب أحادي العنصر إلى صيغة -ide.
| العنصر | اسم الأنيون |
|---|---|
| الكلور | كلوريد |
| البروم | بروميد |
| اليود | يوديد |
| الأكسجين | أكسيد |
| الكبريت | كبريتيد |
| النيتروجين | نتريد |
| الفوسفور | فوسفيد |
إذن:
\[
\ce{NaCl}
\]
هو كلوريد الصوديوم، و
\[
\ce{MgO}
\]
هو أكسيد المغنيسيوم.
مثال محلول: سمِّ \(\ce{CaF2}\)
الخطوة 1حدّد نوع المركب
الكالسيوم فلز والفلور لافلز، ولذلك فإن \(\ce{CaF2}\) مركب أيوني.
الخطوة 2سمِّ الكاتيون
\(\mathrm{Ca}^{2+}\) هو أيون الكالسيوم.
الخطوة 3سمِّ الأنيون
يُكوِّن الفلور أيون الفلوريد، \(\mathrm{F}^{-}\).
الخطوة 4اجمع الاسمين
المركب هو فلوريد الكالسيوم.
يشير الرقم السفلي 2 إلى أن أيوني فلوريد مطلوبان لمعادلة شحنة أيون واحد من \(\mathrm{Ca}^{2+}\). ولا يجعل ذلك الاسم «ثنائي فلوريد الكالسيوم».
تحقق من فهمك
سمِّ \(\ce{Al2O3}\).
الإجابة
الألومنيوم فلز والأكسجين لافلز، ولذلك فالمركب أيوني.
الأيونان هما \(\mathrm{Al}^{3+}\) و\(\mathrm{O}^{2-}\).
إذن:
أكسيد الألومنيوم
وليس ثلاثي أكسيد الألومنيوم، ولا ثلاثي أكسيد ثنائي الألومنيوم.
03ماذا يتغير عندما يستطيع الفلز تكوين شحنات مختلفة؟
هنا تصبح تسمية المركبات الأيونية أكثر إثارة للاهتمام.
يمكن للحديد تكوين كل من \(\mathrm{Fe}^{2+}\) و\(\mathrm{Fe}^{3+}\). كما يكوّن النحاس عادةً \(\mathrm{Cu}^{+}\) و\(\mathrm{Cu}^{2+}\).
إذا قال شخص ببساطة «كلوريد الحديد»، فلن نعرف أي أيون للحديد موجود.
تحل تسمية IUPAC هذه المشكلة بوضع حالة أكسدة الفلز باستخدام الأرقام الرومانية.
على سبيل المثال:
- \(\ce{FeCl2}\): كلوريد الحديد(II)
- \(\ce{FeCl3}\): كلوريد الحديد(III)
الرقم الروماني ليس عدد ذرات الفلز. بل يخبرك بحالة أكسدة الفلز.
مثال محلول: سمِّ \(\ce{Cu2O}\)
الخطوة 1تعرّف على أنه مركب أيوني
النحاس فلز والأكسجين لافلز.
الخطوة 2استخدم الشحنة المعروفة لأيون الأكسيد
كل أيون أكسيد هو \(\mathrm{O}^{2-}\).
يوجد أيون أكسيد واحد، ما يعطي شحنة سالبة كلية مقدارها \(-2\).
الخطوة 3احسب شحنة النحاس
توجد ذرتا نحاس. ويجب أن تسهما معًا بشحنة مقدارها \(+2\) حتى يكون المركب متعادلًا.
إذن شحنة كل أيون نحاس هي \(+1\):
\[
2(+1) + (-2) = 0
\]
الخطوة 4سمِّ المركب
النحاس في حالة الأكسدة \(+1\)، ولذلك يكون اسم المركب:
أكسيد النحاس(I)
جرّب بنفسك
سمِّ \(\ce{Fe2O3}\).
الإجابة
كل ذرة أكسجين تكون في صورة \(\mathrm{O}^{2-}\).
ثلاثة أيونات أكسيد تعطي:
\[
3(-2)=-6
\]
ولذلك يجب أن يوفر أيونا الحديد معًا شحنة مقدارها \(+6\):
\[
2x=+6
\]
\[
x=+3
\]
كل ذرة حديد في حالة الأكسدة \(+3\).
الاسم هو أكسيد الحديد(III).
من الأخطاء الشائعة تسميته أكسيد الحديد(II) لأن هناك ذرتي حديد. لكن الرقم الروماني يأتي من الشحنة أو حالة الأكسدة، وليس من الرقم السفلي في الصيغة.
04المركبات الأيونية التي تحتوي على أيونات متعددة الذرات
تحتوي بعض الأيونات على عدة ذرات مرتبطة معًا لكنها تتصرف كوحدة واحدة مشحونة. وتسمى هذه أيونات متعددة الذرات.
ينبغي أن تتعرّف على الأيونات الشائعة منها لأن أسماءها عادةً تبقى دون تغيير داخل أسماء المركبات الأيونية.
| الصيغة | الاسم |
|---|---|
| \(\ce{NH4+}\) | أمونيوم |
| \(\ce{OH-}\) | هيدروكسيد |
| \(\ce{NO3-}\) | نترات |
| \(\ce{CO3^2-}\) | كربونات |
| \(\ce{SO4^2-}\) | كبريتات |
| \(\ce{PO4^3-}\) | فوسفات |
| \(\ce{HCO3-}\) | هيدروجين كربونات |
على سبيل المثال:
\[
\ce{Na2SO4}
\]
يحتوي على أيونات الصوديوم وأيونات الكبريتات، ولذلك يكون اسمه كبريتات الصوديوم.
لا تحوّل الكبريتات إلى «كبريتيد». فالكبريتيد يشير تحديدًا إلى الأيون أحادي الذرة \(\mathrm{S}^{2-}\).
قارن:
- \(\ce{Na2S}\): كبريتيد الصوديوم
- \(\ce{Na2SO4}\): كبريتات الصوديوم
تُحدث ذرات الأكسجين فرقًا كبيرًا جدًا.
مثال محلول: سمِّ \(\ce{Fe(NO3)3}\)
الخطوة 1حدّد الأيونات
\(\ce{NO3-}\) هو أيون النترات.
توجد ثلاثة أيونات نترات.
الخطوة 2احسب شحنتها الكلية
\[
3(-1)=-3
\]
الخطوة 3حدّد حالة أكسدة الحديد
يجب أن تكون شحنة أيون الحديد \(+3\) حتى يصبح المركب متعادلًا.
الخطوة 4سمِّ المركب
الاسم هو نترات الحديد(III).
تخبرنا الأقواس في الصيغة بأن أيون النترات كاملًا يتكرر ثلاث مرات. ولا تظهر الأقواس في الاسم المكتوب.
تحقق سريع
سمِّ \(\ce{Ca(OH)2}\).
الإجابة
\(\mathrm{Ca}^{2+}\) هو الكالسيوم و\(\ce{OH-}\) هو الهيدروكسيد.
الاسم هو هيدروكسيد الكالسيوم.
ولا يسمى ثنائي هيدروكسيد الكالسيوم في التسمية الأيونية القياسية.
05تسمية المركبات الجزيئية
لنعد الآن إلى الزوج الأصلي:
\[
\ce{FeCl3} \qquad \ce{NCl3}
\]
الأول أيوني. أما الثاني فيحتوي على لافلزين، ولذلك نتعامل معه بوصفه مركبًا جزيئيًا.
هنا تصبح البادئات مهمة لأن النسب المختلفة للعناصر نفسها قد تنتج مواد مختلفة.
على سبيل المثال:
- \(\ce{CO}\): أحادي أكسيد الكربون
- \(\ce{CO2}\): ثاني أكسيد الكربون
من دون البادئات سيُطلق على كليهما ببساطة «أكسيد الكربون»، وهذا ليس محددًا بما يكفي.
البادئات العددية الشائعة
| العدد | البادئة |
|---|---|
| 1 | أحادي- |
| 2 | ثنائي- |
| 3 | ثلاثي- |
| 4 | رباعي- |
| 5 | خماسي- |
| 6 | سداسي- |
| 7 | سباعي- |
| 8 | ثماني- |
| 9 | تساعي- |
| 10 | عشاري- |
يحتفظ العنصر الأول باسم العنصر. أما العنصر الثاني فعادةً يأخذ صيغة -ide.
تُحذف عادةً البادئة أحادي- من العنصر الأول.
لذلك:
\[
\ce{CO}
\]
هو أحادي أكسيد الكربون، وليس أحادي أكسيد أحادي الكربون.
مثال محلول: سمِّ \(\ce{N2O4}\)
الخطوة 1حدّد نوع المركب
النيتروجين والأكسجين كلاهما من اللافلزات، ولذلك فهذا مركب جزيئي.
الخطوة 2احسب عدد ذرات العنصر الأول
توجد ذرتا نيتروجين.
والعدد اثنان يعطي البادئة ثنائي-.
إذن الجزء الأول هو ثنائي النيتروجين.
الخطوة 3احسب عدد ذرات العنصر الثاني وغيّر اسمه
توجد أربع ذرات أكسجين.
والعدد أربعة يعطي رباعي-، ويتحول الأكسجين إلى أكسيد.
في التسمية الإنجليزية يكون التركيب المتوقع tetra + oxide. ووفق التهجئة التقليدية تُحذف إحدى حروف العلة، فيصبح tetroxide.
الخطوة 4اجمع الاسم
\(\ce{N2O4}\) هو رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين.
جرّب بنفسك
سمِّ \(\ce{PCl5}\).
الإجابة
الفوسفور والكلور كلاهما من اللافلزات.
توجد ذرة فوسفور واحدة، لذلك لا نحتاج إلى البادئة أحادي- مع العنصر الأول.
وتوجد خمس ذرات كلور، لذلك نستخدم خماسي- ونحوّل الكلور إلى كلوريد.
الاسم هو خماسي كلوريد الفوسفور.
06الخطأ الأكثر إغراءً: استخدام البادئات مع المركبات الأيونية
لنفترض أنك ترى:
\[
\ce{CaCl2}
\]
قد يفكر طالب: «هناك ذرتا كلور، إذن لا بد أن يكون الاسم ثنائي كلوريد الكالسيوم».
يبدو هذا منطقيًا لأن الصيغة تحتوي بوضوح على الرقم 2.
لكن الرقم 2 في الصيغة الأيونية موجود بسبب موازنة الشحنات. فالكالسيوم يكوّن \(\mathrm{Ca}^{2+}\)، بينما الكلوريد هو \(\mathrm{Cl}^{-}\). ولذلك نحتاج إلى أيوني كلوريد:
\[
(+2)+2(-1)=0
\]
إذن الاسم الصحيح هو كلوريد الكالسيوم.
والآن قارن ذلك بـ:
\[
\ce{SCl2}
\]
الكبريت والكلور كلاهما من اللافلزات. وموازنة الشحنات بين الأيونات ليست مبدأ التسمية هنا. بل نحتاج إلى تحديد عدد الذرات الموجودة في الجزيء.
لذلك فإن \(\ce{SCl2}\) هو ثنائي كلوريد الكبريت.
ومن ثم فإن قاعدة مفيدة لاتخاذ القرار في الامتحان هي:
لا تبدأ بعدّ الذرات حتى تحدد أولًا ما إذا كان المركب أيونيًا أم جزيئيًا.
07تسمية الأحماض الشائعة
تحتاج الأحماض إلى قدر إضافي من الانتباه لأن الحالة الفيزيائية قد تكون مهمة.
على سبيل المثال، يكون \(\ce{HCl}\) في حالته الغازية الجزيئية كلوريد الهيدروجين.
أما عندما يذوب في الماء ويُكتب \(\ce{HCl(aq)}\)، فيُسمى عادةً حمض الهيدروكلوريك.
هذا التمييز مفيد لأن الاسم يخبرك بشيء عن كيفية التعامل مع المادة كيميائيًا، وليس فقط عن الذرات الموجودة فيها.
من أمثلة HSC الشائعة:
| الصيغة | الاسم |
|---|---|
| \(\ce{HCl(aq)}\) | حمض الهيدروكلوريك |
| \(\ce{HNO3(aq)}\) | حمض النيتريك |
| \(\ce{H2SO4(aq)}\) | حمض الكبريتيك |
| \(\ce{H3PO4(aq)}\) | حمض الفوسفوريك |
| \(\ce{H2CO3(aq)}\) | حمض الكربونيك |
يوجد نمط مفيد يربط بين عدة أيونات متعددة الذرات وأحماضها:
- النترات \(\ce{NO3-}\) تصبح حمض النيتريك \(\ce{HNO3}\)
- الكبريتات \(\ce{SO4^2-}\) تصبح حمض الكبريتيك \(\ce{H2SO4}\)
- الفوسفات \(\ce{PO4^3-}\) تصبح حمض الفوسفوريك \(\ce{H3PO4}\)
ومع ذلك ينبغي أن تتعلم أسماء الأحماض الشائعة بدلًا من محاولة اختراع اسم اعتمادًا على قاعدة للواحق لا تتذكرها جيدًا.
تحقق من فهمك
ما الفرق بين اسمي \(\ce{HCl(g)}\) و\(\ce{HCl(aq)}\)؟
الإجابة
\(\ce{HCl(g)}\) هو كلوريد الهيدروجين.
\(\ce{HCl(aq)}\) هو حمض الهيدروكلوريك.
تخبرنا الحالة المائية بأن كلوريد الهيدروجين مذاب في الماء ويُوصف على أنه حمض.
08تسمية الهيدرات
تحتوي بعض البلورات الأيونية على عدد ثابت من جزيئات الماء داخل بنيتها البلورية. وتسمى هذه المركبات هيدرات.
قد تبدو صيغتها على النحو الآتي:
\[
\ce{CuSO4.5H2O}
\]
تعامل مع النقطة كما لو أنها تقول، في الواقع: «هذا المركب الأيوني مرتبط بهذا العدد من جزيئات ماء التبلور».
ابدأ بتسمية المركب الأيوني بالطريقة المعتادة:
\[
\ce{CuSO4}
\]
شحنة الكبريتات هي \(-2\)، ولذلك يجب أن تكون شحنة النحاس \(+2\). وهذا يعطي كبريتات النحاس(II).
هناك خمسة جزيئات ماء. والبادئة التي تدل على خمسة هي خماسي-.
إذن:
كبريتات النحاس(II) خماسية الهيدرات
جرّب بنفسك
سمِّ \(\ce{MgSO4.7H2O}\).
الإجابة
\(\ce{MgSO4}\) هو كبريتات المغنيسيوم.
وجود سبعة جزيئات ماء يعطي البادئة سباعي-.
الاسم الكامل هو كبريتات المغنيسيوم سباعية الهيدرات.
09طريقة موثوقة للانتقال من الصيغة إلى الاسم
عندما تظهر صيغة غير مألوفة في سؤال HSC، اتبع هذا الترتيب بدلًا من التخمين من شكل الصيغة.
ابحث عن فلز، أو أيون الأمونيوم، أو أيون واضح متعدد الذرات.
إذا وُجد أحدها، فأنت على الأرجح تتعامل مع مادة أيونية.إذا كان العنصران كلاهما من اللافلزات، ففكّر في التسمية الجزيئية.
هنا تكون البادئات العددية مهمة عادةً.بالنسبة إلى المركب الأيوني، حدّد الأيونات قبل تسمية أي شيء.
أبقِ أسماء الأيونات المعروفة متعددة الذرات كما هي.اسأل ما إذا كان الفلز يستطيع امتلاك أكثر من حالة أكسدة واحدة.
إذا كان كذلك، فاحسب حالة أكسدته وأظهرها باستخدام رقم روماني.بالنسبة إلى المركب الجزيئي، احسب عدد الذرات.
طبّق البادئات العددية وغيّر نهاية اسم العنصر الثاني إلى صيغة -ide.تحقق من وجود معلومات خاصة مثل \(\ce{(aq)}\) أو \(\ce{.nH2O}\).
فقد تكون تتعامل مع حمض أو هيدرات.
هذه الطريقة أكثر موثوقية بكثير من محاولة حفظ كل مركب بوصفه مفردة مستقلة.
10تدريب مختلط: حدّد نظام التسمية أولًا
السؤال 1
سمِّ \(\ce{K2S}\).
الإجابة
البوتاسيوم فلز، ولذلك فهذا مركب أيوني.
\(\mathrm{K}^{+}\) هو البوتاسيوم و\(\mathrm{S}^{2-}\) هو الكبريتيد.
كبريتيد البوتاسيوم
السؤال 2
سمِّ \(\ce{SF6}\).
الإجابة
الكبريت والفلور كلاهما من اللافلزات، ولذلك فهذا مركب جزيئي.
توجد ذرة كبريت واحدة وست ذرات فلور.
والعدد ستة يعطي سداسي-.
سداسي فلوريد الكبريت
السؤال 3
سمِّ \(\ce{CuCl2}\).
الإجابة
هذا مركب أيوني.
كل أيون كلوريد هو \(\mathrm{Cl}^{-}\). ويعطي أيونا كلوريد شحنة كلية مقدارها \(-2\)، ولذلك يجب أن يكون النحاس \(\mathrm{Cu}^{2+}\).
كلوريد النحاس(II)
السؤال 4
سمِّ \(\ce{(NH4)2CO3}\).
الإجابة
يحتوي هذا المركب على الأيونين متعددي الذرات: الأمونيوم، \(\ce{NH4+}\)، والكربونات، \(\ce{CO3^2-}\).
كربونات الأمونيوم
يخبرنا الرقم 2 خارج الأقواس بأننا نحتاج إلى أيوني أمونيوم. ولا يؤدي ذلك إلى اسم «ثنائي كربونات الأمونيوم».
السؤال 5
سمِّ \(\ce{N2O5}\).
الإجابة
العنصران كلاهما من اللافلزات، ولذلك نستخدم البادئات الجزيئية.
ذرتا نيتروجين تعطيان ثنائي-.
خمس ذرات أكسجين تعطي خماسي-، مع الصيغة الاصطلاحية الإنجليزية pentoxide.
خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين
11دلائل التسمية التي تستحق الحفظ
لا تحتاج إلى التعامل مع كل صيغة كما لو كانت لغزًا جديدًا تمامًا. فعدد قليل من الدلائل ينجز معظم العمل.
| الدليل | ما الذي يخبرك به |
|---|---|
| فلز في بداية الصيغة | عادةً مركب أيوني |
| وجود \(\ce{NH4+}\) | مركب أمونيوم أيوني |
| أيون مألوف متعدد الذرات | احتفظ باسم ذلك الأيون |
| وجود لافلزين فقط | عادةً مركب جزيئي، لذا فكّر في البادئات |
| فلز ذو شحنات متغيرة | احسب حالة الأكسدة |
| \(\ce{(aq)}\) مع صيغة حمض شائع | قد تنطبق تسمية الأحماض |
| \(\ce{.nH2O}\) | هيدرات |
بمجرد أن تتمكن من تصنيف المادة تصنيفًا صحيحًا، تصبح عملية التسمية نفسها شبه آلية.
وهذا مهم أيضًا فيما يتجاوز التسمية. فالصيغة تخبرك بالجسيمات الموجودة، وهو ما يساعدك لاحقًا عند حساب كميات مثل النسبة المئوية للتركيب حسب الكتلة. كما يساعدك على التمييز بين المركبات النقية وأنظمة مثل المخاليط المتجانسة، حيث قد توجد عدة مواد رغم أن العينة تبدو متجانسة.
الخطوة المفيدة التالية هي عكس العملية: خذ اسمًا وفق IUPAC، وحدّد الأيونات أو الذرات المعنية، ثم أنشئ الصيغة الصحيحة مع الحفاظ على التعادل الكهربائي.