大学化学, 2020, 35(9): 178-184 doi: 10.3866/PKU.DXHX201909028

自学之友

无机化合物英文命名若干新规则的简介

杨光,1, 时凯歌2

A Brief Introduction to the New Regulations of the Nomenclature of Inorganic Compounds

Yang Guang,1, Shi Kaige2

通讯作者: 杨光,Email: yang@zzu.edu.cn

收稿日期: 2019-09-16   接受日期: 2019-10-8  

基金资助: 2019年度郑州大学本科教育“四个一”教学创新项目——“系列化学专业双语课程的建设与实施”

Received: 2019-09-16   Accepted: 2019-10-8  

Fund supported: 2019年度郑州大学本科教育“四个一”教学创新项目——“系列化学专业双语课程的建设与实施”

摘要

依据2005年IUPAC颁布的无机物命名法,列举了同素异形体、同核多原子阳离子、同核多原子阴离子、异核多原子阴离子以及含氧酸等常见无机物的新名称,对新命名法的特点进行了分析与总结,着重介绍了加成命名法。

关键词: 无机物命名 ; 同素异形体 ; 同核多原子离子 ; 异核多原子阴离子 ; 含氧酸

Abstract

The new names are listed for several types of common inorganic compounds such as allotropes, homopolyatomic cations, homopolyatomic anions, heteropolyatomic anions and oxyacids, based on "NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY – IUPAC Recommendations 2005". The characteristics of the new nomenclature have been analyzed and summarized, with emphasize on the introduction of the additive nomenclature.

Keywords: Nomenclature of inorganic Compounds ; Allotropes ; Homopolyatomic ions ; Heteropolyatomic anion ; Oxyacid

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本文引用格式

杨光, 时凯歌. 无机化合物英文命名若干新规则的简介. 大学化学[J], 2020, 35(9): 178-184 doi:10.3866/PKU.DXHX201909028

Yang Guang. A Brief Introduction to the New Regulations of the Nomenclature of Inorganic Compounds. University Chemistry[J], 2020, 35(9): 178-184 doi:10.3866/PKU.DXHX201909028

无机化合物的英文命名法是无机化学双语教学中需要学习的基础知识,并要求学习者在后续阶段反复练习、不断使用,以达到熟练运用的程度。目前广泛使用的无机物命名法是基于国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)早期颁布的规则来制定的。大多数现行英文版《无机化学》或《普通化学》教材采用的是这种命名法[1, 2]。若干国内外的教学论文对这种命名法的构成方法与学习技巧进行了介绍或探讨[38]。从1990年起,IUPAC相继推出三本被学术界称为“红皮书”(Red Book)的出版物,对某些类型无机物的英文命名进行了系统性的重新设计与规范,解决了老的命名法存在的一些问题,也在一定程度上响应了新化合物种类不断涌现、分子结构研究与认识水平不断加深的化学学科发展现状。有趣的是,这三本IUPAC出版物的书名中均以“Recommendations”取代了早期版本中的“Rules”,表明新的命名法则是推荐性的,而非强制性的。从我们接触到的一些英文资料来看,新规则的使用并不普及,但有少量的教材或科研论文已采纳了新命名法中的若干规则[911]。因此,对无机物命名新规则的了解、学习、使用与推广应该引起重视。本文中,我们主要依据“NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY – IUPAC Recommendations 2005”(也即是2005版的Red Book) [12],列举并对比了几类常见无机物的新旧名称,尝试理解、总结新命名法的构成规律,对无机物中文命名法的修订、双语教学中对新命名规则的处理等提出了一些观点与建议。

1 常见无机化合物新命名规则

1.1 同素异形体的命名

对于具有明确分子式或结构式的同素异形体,它们的名称为元素英文名称前加数字前缀,前缀用以标明分子中原子的个数。表1列举了几种单质的同素异形体的新名称。

表1   若干同素异形体的名称

符号新名称现通用名称
Hmonohydrogenatomic hydrogen
O2dioxygenoxygen
O3trioxygenozone
P4tetraphosphoruswhite phosphorus
S6hexasulfurε-sulfur
S8cyclo-octasulfurα-sulfur, β-sulfur, γ-sulfur
Snpolysulfurplastic sulfur
C60hexacontacarbon[60]fullerene

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1.2 同核多原子阳离子的命名

先忽略离子所带电荷,按1.1的方法,给出电中性物质的名称,然后在名称后加圆括号,括号内标示离子所带电荷。表2列出几种同核多原子阳离子的新名称。

表2   几种同核多原子阳离子的名称

符号新名称现通用名称
(O2)+dioxygen(1+)dioxygenyl
(S4)2+tetrasulfur(2+)
(Hg2)2+dimercury(2+)mercurous

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1.3 同核多原子阴离子的命名

将元素英文名称结尾替换为-ide,并在元素名称前添加数字前缀,用以标明离子中原子的个数;然后在元素名称后加圆括号,圆括号内标示离子所带电荷。表3列举了几种同核多原子阴离子的新名称。

表3   几种同核多原子阴离子及化合物的新旧名称

符号新名称现通用名
${\rm{O}}_2^ - $dioxide(1−)superoxide
${\rm{O}}_2^{2 - }$dioxide(2−)peroxide
${\rm{O}}_3^ - $trioxide(1−)ozonide
${\rm{C}}_2^{2 - }$dicarbide(2−)acetylide
${\rm{N}}_3^ - $trinitride(1−)azide
${\rm{Pb}}_9^{4 - }$nonaplumbide(4−)
Na4Sn9tetrasodium (nonastannide)
Tl(I3)thallium(1+) (triiodide)
Na2S2sodium (disulfide)sodium persulfide

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英文名称中的很多词根或者前缀意义并不明确,记忆与使用起来很不方便。比如前缀super、per,都有“超”“过”的含义,因此,superoxide和peroxide对应于${\rm{O}}_2^ - $${\rm{O}}_2^{2 - }$两者中哪种离子,容易引起混淆。再如,由主族准金属元素形成的多核阴离子簇被统称为Zintle ion,它们的命名一直没有得到很好的解决。从上述的讨论可以看出,新规则对这些物质的命名方式比较直观且易于掌握。

含有同核多原子阴离子的化合物在命名时,有时会产生歧义。出现这种情况时,同核多原子阴离子的名称需要加圆括号予以明示。表3中后三个例子即属于这种情况。以TlI3为例,TlI3既可能是Tl3+3I,也可能是Tl+(I-I-I)。因此,如果该化合物名字写成thallium triiodide,是无法区分上述两种情况的。新规则中规定,在易产生误解或歧义的情况下,应对同核多原子阴离子的名称加圆括号予以明示,以便与原子数目相同的单原子阴离子区分。在本例中TlI3的推荐名称应该为thallium(1+) (triiodide);(triiodide)明确表示(I-I-I)。当然,我们知道,由于Tl3+的强氧化性,Tl3+3I是不存在的,这个三价铊的化合物按新命名法可称为:thallium(3+) iodide或者thallium tris (iodide)。在不会产生歧义的情况下,在化合物中的同核多原子阴离子的名称也可以不加圆括号。比如表3中最后一个例子Na2S2,其名称也可以写为sodium disulfide。

这种通过加圆括号对同核多原子阴离子进行标识的方法也可以用于分子式的书写。比如:TlI3可以写成Tl(I3),Na2S2可以写成Na2(S2),Na4Sn9可以写成Na4(Sn9)。

1.4 异核多原子阴离子(包括含氧酸根)的命名

在2005版Red Book中,IUPAC为这类阴离子的命名推荐了两种方法,即加成命名法(additive nomenclature)和取代命名法(substitutive nomenclature)。加成命名法和配离子的命名方式类似。本文只介绍加成命名法,具体步骤如下:

(1)首先确定中心原子,然后将中心原子英文名称结尾变换为-ate;

(2)中心原子周围的基团(包括单原子)都当作配体。若配体为阴离子或者被认为是带负电荷,其英文命称结尾变换为-o;阳离子或电中性配体名称不用改动;

(3)配体英文名称前加前缀,以标明该配体在离子中的个数;

(4)按前缀1,配体1,前缀2,配体2…中心原子(n−)顺序写出名称。n为离子所带电荷;

(5)含氧酸根也按上述方法命名,阴离子的端基氧原子按O2−离子处理,其英文名称由oxide变换为oxido。

表4列出的无机酸根中,配位原子是作为带负电荷的配体来处理的,因此,要把该配体的阴离子名称词尾变换为-o,常见结尾是-ido,-ato,ito。比如:在[BH4]中的H原子被当作氢负离子H,因此,在用加成命名法时,该配体的名称应该由hydride变换为hydrido。老的命名法中使用hydro,在这种类型的化合物命名时已不再推荐使用了。

表4   异核多原子阴离子的名称

符号新名称现通用名
PF6hexafluoridophosphate(1−)hexafluorophosphate(V)
[Zn(OH)4]2−tetrahydroxidozincate(2−)tetrahydroxozincate(Ⅱ)
[BH4]tetrahydridoborate(1−)tetrahydroborate(Ⅲ)
[HF2]difluoridohydrogenate(1−)hydrogen difluoride
NO3trioxidonitrate(1−)nitrate
NO2dioxidonitrate(1−)nitrite
${\rm{SO}}_4^{{\rm{2}} - }$tetraoxidosulfate(2−)sulfate
${\rm{SO}}_3^{{\rm{2}} - }$trioxidosulfate(2−)sulfite
${{\rm{S}}_2}{\rm{O}}_3^{{\rm{2}} - }$trioxidosulfidosulfate(2−)thiosulfate
ClO4tetraoxidochlorate(1−)perchlorate
CNnitridocarbonate(1−)cyanide
SCNnitridosulfidocarbonate(1−)thiocyanate

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在新规则中,数字前缀的最后一个元音字母在任何情况下都不需要省略。因此,表4中出现的“tetraoxido”不要写成“tetroxido”。再比如:CO的英文名称现在为carbon monooxide,新规则规定monoxide仍然可以作为一个例外来使用。

通过上述几例可以看出,只要知道阴离子的化学式,就可以按新规则直接写出离子名称。在新规则中,不再使用老命名系统中的许多前后缀,可以免去记忆的麻烦,但新的名称过长,也不利于书写与使用。

对于异核多原子阳离子的命名,也可以采用本节介绍的加成命名法。如:铀酰离子(${\rm{UO}}_2^{{\rm{2}} + }$),目前通用的英文名称为uranyl,而新的名称为dioxidouranium(2+)。对于常见的含氢异核阳离子(如:NH4+, H3O+),按新规则中推荐的取代命名法,可分别称为azanium和oxidanium。现在通用的ammonium,oxonium在新规则中仍然可以使用。需要指出的是,尽管在一些美国化学教材中还能见到“把H3O+称作hydronium”的用法[13],但新规则中已明确不再推荐。

1.5 含氧酸的命名

为了描述中心原子价态的不同以及组成、结构的多样化,老的命名法使用了较多的前缀以及词尾的变化,初学者难以熟练掌握。在2005版Red Book中,含氧酸有四种不同的命名方法,即加成命名法(additive nomenclature)、氢式命名法(hydrogen nomenclature)、取代命名法(substitutive nomenclature)以及功能团替代命名法(functional replacement nomenclature)。书中主要介绍了前两种命名方法,也是相对比较容易掌握的方法,表5列出了加成命名和氢式命名的若干实例。

表5   几种含氧酸的名称

符号加成命名氢式命名现通用名
H2SO4 = [S(O)2(OH)2]dihydroxidodioxidosulfurdihydrogen(tetraoxidosulfate)sulfuric acid
H2SO3 = [SO(OH)2]dihydroxidooxidosulfurdihydrogen(trioxidosulfate)sulfurous acid
H2S2O3 = [SO(OH)2S]dihydroxidooxidosulfidosulfurdihydrogen(trioxidosulfidosulfate)thiosulfuric acid
H2S2O6 = [(HO)(O)2SS(O)2(OH)]bis(hydroxidodioxidosufur)(S−S)dihydrogen[bis(trioxidosulfate)]dithionic acid
H2S2O7 = [(HO)S(O)2OS(O)2(OH)]μ-oxido-bis(hydroxidodioxidosulfur)dihydrogen[μ-oxido-bis(trioxidosulfate)]disulfuric acid
HClO4 = [Cl(O)3(OH)]hydroxidotrioxidochlorinehydrogen(tetraoxidochlorate)perchloric acid
HClO3 = [Cl(O)2(OH)]hydroxidodioxidochlorinehydrogen(trioxidochlorate)chloric acid
HClO2 = [ClO(OH)]hydroxidooxidochlorinehydrogen(dioxidochlorate)chlorous acid
HClO = [OCl(H)]chloridohydroxidooxygenhydrogen(chloridooxygenate)hypochlorous acid
HSO4 = [SO3(OH)]hydroxidotrioxidosulfate(1−)hydrogen(tetraoxidosulfate)(1−)hydrogen sulfate
HSO3 = [SO2(OH)]hydroxidodioxidosulfate(1−)hydrogen(trioxidosulfate)(1−)hydrogen sulfite
H2PO4 = [PO2(OH)2]dihydroxidodioxidophosphate(1−)dihydrogen(tetraoxidophosphate)(1−)dihydrogen phosphate
${\rm{HPO}}_4^{{\rm{2}} - }$= [PO3(OH)]2−hydroxidotrioxidophosphate(2−)hydrogen(tetraoxidophosphate)(2−)hydrogen phosphate
HCO3 = [CO2(OH)]hydroxidodioxidocarbonate(1−)hydrogen(trioxidocarbonate)(1−)hydrogen carbonate

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在含氧酸新命名法中,不建议使用酸(acid)这个词,因为化合物名称中acid的使用既不必要,还有可能误导。理由大致有以下几点:(1)新规则的命名依据是化合物的组成与结构,新的命名设计把含氧酸当作含氢化合物来处理,因此不需要使用“acid”就能够给出很完整的名称。酸性是某些物质所具有的一种化学性质,命名时使用“acid”实质上还是基于性质的命名规则,与新规则的命名理念不符。(2)很多化合物有酸性,但名称里并无acid字样。比如:NH4+ (ammonium ion),${\rm{Al(}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O)}}_6^{{\rm{3}} + }$(hexaaquaaluminum(Ⅲ) ion),H2S (hydrogen sulfide)等。如果继续使用acid,会造成了命名规则不统一的缺陷。(3)物质是否呈现酸性是和它所处的环境有关的。对于许多质子酸来说,如果处在强酸性环境下,它们很可能表现出碱性。把含氧酸称之为“酸”其实是有大家都默认的隐含条件的。

表5中给出的加成名称,是和配位化合物的方式命名相同的。符号栏方括号内给出的结构式是命名的依据(中心原子、配位原子或配体的种类)。需要注意的是,由于含氧酸是电中性的,命名时,中心原子直接使用其元素名,不可以再变换成-ate结尾。新命名法还推荐了含氧酸的另一种命名方法,即氢式命名法。当某种含氢化合物的结构未知,或存在几种异构体但不需要予以明确区分开来,或命名者更关注该化合物可解离的质子个数时,可以采用氢式命名。其构成为:数字前缀,hydrogen,阴离子名称。阴离子的命名见本文1.4。

对于酸式酸根离子,依然可以采用上述的两种方法予以命名。表5中列举了几个酸式酸根离子的名称。需要指出的是,由于酸式酸根离子是阴离子,因此,不论采取哪种命名方法,中心原子的英文名称必须转变成-ate结尾。

2 对新规则的解读

(1)新的无机物英文命名法是对原来命名系统的继承与发展。从2005版Red Book可以看出,许多现在通用的命名法则是得到沿用的。新规则主要是针对以前没有明确命名规范的物质类型(如单质、Zintle离子)、原有的命名法有缺陷(比如难以记忆与使用)、与新的命名理念不符(如无机酸)等情况。因此,学习与掌握老的命名规则仍然是无机化学双语教学中非常重要的一个环节。

(2)新规则是依据物质的组成与结构来命名。在构成化合物名称时,表现出“与分子式紧密相关”的特点。在很多情况下,只要能正确给出分子式,就可以按照一定的规则写出完整的化合物名称。这样的命名法更具有规律性,也比较容易学习与掌握。与之相对应的是,很多现在通用的化合物名字是按照化合物的物理或者化学性质来命名的,如白磷(white phosphorus)、臭氧(ozone)、某某酸(acid)等。

(3)新规则对离子所带电荷的标识推荐采用Ewens-Bassett方法[14]。其构成方式是在物质名称后加圆括号,圆括号内用阿拉伯数字给出离子所带电荷,数字后用+或者−表示正、负电荷。如Na+称为sodium(1+);超氧负离子${\rm{O}}_2^ - $称为dioxide(1−),也即是superoxide。相较于标出原子化合价的方法,Ewens-Bassett法对于多原子复杂体系,特别是原子价态无法准确认定时,在命名上是有优势的。

(4)对于结构信息不明确的物质,可以用计量命名法命名(stoichiometric nomenclature)。这种命名法只需要知道物质的元素组成即可命名。对于含有多种元素的化合物,首先要将元素分成电正性元素和电负性元素,电正性元素排在前,电负性元素在后,同类型元素按字母顺序排列。命名时,电正性元素直接写出元素名称,元素名称前加数字前缀,标明该元素原子在化学式中的个数;电负性元素的名称需要变换成-ide结尾,名称前加数字前缀。如PBrClI可称为phosphorus bromide chloride iodide;O2Cl2+可称为(dioxygen dichloride)(1+)。

(5)新规则的使用不是强制性的,而是推荐性的。新规则虽然在化合物命名的构成与书写方面更为严谨、更有规律性,但也并非没有任何问题。比如无机酸有四种类型命名方法,优先采用哪种命名法尚无定论。有些物质的新名称过于复杂,或者与现有的通用名称差别太大,这在客观上也造成了新规则推广上的困难。无机物命名新规则能否被广泛采纳与接受,还需要经过时间与实践的检验。

3 新规则使用现状

新规则对同素异形体的命名较为简单明了,被接受的程度较高。国外的知名网站维基百科(Wikipedia)在很多元素的词条中,已经列出了依据新规则的单质名称。在由Geoff Rayner-Canham和Tina Overton编写的《Descriptive Inorganic Chemistry》第五版教材中,对于部分单质、部分同核多原子阴离子以及部分含氧酸根采取新旧名称同时列出的方式予以介绍[11]。在该书的第六版中,仍然沿用了这样的命名方式。值得一提的是,“水”的这一节的标题为“Water (Dihydrogen Oxide)”。dihydrogen oxide是IUPAC推荐的水分子的名称[15]

在中文的论文与教材中,近年来也出现用双氧、双氮替代氧气分子或氮气分子的情况。比如在讨论固氮酶的化学模拟时,很多教材中使用“双氮金属配合物”,而避免使用“氮气分子金属配合物”[16]。N2分子与金属配位后,其电子结构必定会发生不同程度的改变,因此,处在配位状态的N2与气体N2是不一样的。此时使用“双氮”指出原子种类与个数,显然更为合理。我们还注意到,在网络上关于“三氧疗法”的信息非常多,甚至在一些医院放置广告上也赫然出现“三氧”的字样。“三氧”其实就是“臭氧”,“三氧”这种叫法在官方的文件中还没有见到。对于患者来说,“三氧”可能会比“臭氧”更容易接受些。

我国现用的无机物命名法是在引进日本的化学命名法的基础上,经过多年的演化逐步形成的[17, 18]。目前使用的《无机化学命名原则》是由中国化学会于1980年颁布的[19],距今已近40年。有关部门可以考虑开展无机物中文命名法的修订研究工作,根据中文的特点以及国内外学科发展现状,借鉴英文命名新规则的理念与设计,制定出相应的无机物中文命名法推荐版本,择时颁布。

4 结语

一般地讲,一个好的命名系统至少应该满足以下四个要求,即:单一性(每种物质应该有唯一的名称,既不可两种物质共享同一个名称,最好也不要出现一种物质有两种或两种以上的不同名称)、信息性(属于某种物质最重要的、最有特点的信息应该在该物质的名称中优先体现出来)、系统性(命名法则的设计应该体现物质内在的结构与性质的规律性,从而使命名法则呈现合理的系统性)、简洁性(简明、扼要的命名设计有助于规则的学习、使用和推广)。尽管命名法有单一性的要求,但由于化学学科发展的历史性、不同学科的特殊性以及对物质的合成、结构、性质与应用的认识不断深入,某一特定物质有两个或者多个不同名称(如:俗称、商品名、惯用名、系统命名等)是一种“常态”。“命名法”本身也并非一成不变,而是处于一个不断修正、改进的“动态”过程中。

无机物英文命名新规则依据的是物质的组成与结构,在构成上采用了“与物质分子式紧密相关”的策略,因而在信息性和系统性等方面,相较于老的命名法有所提高;同时,也便于命名法的学习以及物质名称的书写与记忆。但某些物质(如含氧酸)命名设计稍长,不太利于推广。在目前出版的绝大部分英文教材中,老的无机化合物命名法依然被普遍接受和广泛使用,而新规则的使用则较为罕见。

对于从事化学双语教学人员来说,要重视对新规则的学习与理解,尽可能地弄清楚命名法的演变过程。在下面两个方面应着重予以厘清:(1)新规则允许,而老规则明确禁止的用法(如monooxide);(2)新规则明确不推荐使用,而老规则允许的用法(如hydronium)。由于很多老的命名规则是得到沿用的,而且新规则是非强制性的,因此,参加双语学习的学生应该重点学习目前通用的无机物英文命名规则。新命名法可以作为选学内容,通过课后自学、拓展阅读等方式获得这方面的知识。新命名规则的学习要求,目前应以“一般性了解”为宜。

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