Χημική ονοματολογία

Η χημική ονοματολογία (chemical nomenclature) είναι ένα σύνολο κανόνων για τη δημιουργία συστηματικών ονομάτων για τις χημικές ενώσεις. Η ονοματολογία που χρησιμοποιείται πιο συχνά παγκοσμίως είναι αυτή που δημιουργήθηκε και αναπτύχθηκε από την Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC).
Οι κανόνες της IUPAC για την ονομασία των οργανικών και των ανόργανων ενώσεων περιέχονται σε δύο εκδόσεις, γνωστές ως Γαλάζιο βιβλίο και την Ονοματολογία των ανόργανων ενώσεων (κόκκινο βιβλίο), αντίστοιχα. Μια τρίτη έκδοση, γνωστή ως Μεγέθη, Μονάδες και Σύμβολα στη Φυσικοχημεία (Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry) (πράσινο βιβλίο), περιγράφει τις συστάσεις για τη χρήση των συμβόλων για τα φυσικά μεγέθη (physical quantities) (σε συνεργασία με την Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Φυσικής (IUPAP)), ενώ μια τέταρτη έκδοση, η Επιτομή της χημικής ορολογίας (Compendium of Chemical Terminology) (χρυσαφί βιβλίο), περιέχει τους ορισμούς ενός μεγάλου αριθμού τεχνικών όρων που χρησιμοποιούνται στη χημεία. Παρόμοιες επιτομές υπάρχουν για τη βιοχημεία (το Λευκό βιβλίο (White Book), σε συνεργασία με την Διεθνή Ένωση Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας (IUBMB), την αναλυτική χημεία (το Επιτομή της αναλυτικής ονοματολογίας (Compendium of Analytical Nomenclature) (πορτοκαλί βιβλίο)), τη μακρομοριακή χημεία (το πορφυρό βιβλίο) και την κλινική χημεία (το Ασημί βιβλίο). Αυτά τα "χρωματιστά βιβλία (color books)" συμπληρώνονται με πιο σύντομες συστάσεις για ειδικές περιπτώσεις που δημοσιεύονται κατά καιρούς στο επιστημονικό περιοδικό Pure and Applied Chemistry.

Σκοποί της χημικής ονοματολογίας

Η κύρια λειτουργία της χημικής ονοματολογίας είναι να εξασφαλίσει ότι το προφορικό ή γραπτό χημικό όνομα δεν αφήνει καμία αμφιβολία για την χημική ένωση στην οποία αναφέρεται το όνομα: κάθε χημικό όνομα πρέπει να αναφέρεται σε μια μοναδική ουσία. Ένας λιγότερο σημαντικός σκοπός είναι η εξασφάλιση ότι κάθε ουσία έχει ένα μοναδικό όνομα, αν και ένας περιορισμένος αριθμός εναλλακτικών ονομάτων είναι αποδεκτός σε κάποιες περιπτώσεις.
Κατά προτίμηση, το όνομα μεταφέρει επίσης κάποιες πληροφορίες για τη δομή ή τη χημεία μιας ένωσης. Οι αριθμοί CAS αποτελούν ένα ακραίο παράδειγμα ονομάτων που δεν επιτελούν αυτήν τη λειτουργία: κάθε αριθμός CAS αναφέρεται σε μια μοναδική ένωση, αλλά δεν περιέχει πληροφορίες για τη δομή.
Η μορφή της χρησιμοποιούμενης ονοματολογίας εξαρτάται από το ακροατήριο στο οποίο απευθύνεται. Συνεπώς, δεν υπάρχει καμία μοναδικά  σωστή μορφή, αλλά υπάρχουν μάλλον διαφορετικές μορφές που είναι περισσότερο ή λιγότερο κατάλληλες σε διάφορες περιπτώσεις.
Ένα κοινό όνομα θα επαρκεί συχνά για ένα συγκεκριμένες περιπτώσεις. Για να είναι γενικότερα εφαρμόσιμο, το όνομα πρέπει να δείχνει τουλάχιστον τον χημικό τύπο. Για να είναι πιο ακριβές, ίσως να χρειάζεται να οριστεί η τρισδιάστατη διάταξη των ατόμων.
Σε λίγες ειδικές περιπτώσεις (όπως η κατασκευή μεγάλων ευρετηρίων), γίνεται απαραίτητη η εξασφάλιση ότι κάθε ένωση έχει ένα μοναδικό όνομα: Αυτό απαιτεί πρόσθετους κανόνες στο τυπικό σύστημα IUPAC (της Υπηρεσίας Περιλήψεων Χημικών Μελετών (Chemical Abstracts Service) που είναι το πιο χρησιμοποιούμενο για αυτήν την περίπτωση ), με μειονέκτημα μιας μεγαλύτερης και λιγότερο οικείας ονοματολογίας για τους περισσότερους αναγνώστες. Ένα άλλο σύστημα του οποίου αυξάνεται η δημοφιλία είναι το InChI (Διεθνές χημικό αναγνωριστικό IUPAC - International Chemical Identifier) που αντικατοπτρίζει τη δομή και τη σύσταση μιας ουσίας, γεγονός που το καθιστά πιο γενικό από έναν αριθμό CAS.
Το σύστημα IUPAC κριτικάρεται συχνά για τις παραπάνω αποτυχίες όταν γίνεται σχετικό (παραδείγματος χάρη, στη διαφοροποίηση της δραστικότητας των αλλοτρόπων του θείου, που η IUPAC δεν διακρίνει). Ενώ η IUPAC έχει το πλεονέκτημα της ανθρώπινης αναγνωσιμότητας συγκριτικά με την αρίθμηση CAS, θα ήταν δύσκολος ο ισχυρισμός ότι τα ονόματα IUPAC για κάποια μεγαλύτερα, σχετικά μόρια (όπως η ραπαμυκίνη (rapamycin)) είναι αναγνώσιμα από ανθρώπους και έτσι οι περισσότεροι ερευνητές χρησιμοποιούν απλώς τα ανεπίσημα ονόματα.

Ιστορικό

Η ονοματολογία της αλχημείας είναι πλούσια στην περιγραφή, αλλά δεν καλύπτει αποτελεσματικά τους σκοπούς που περιγράφηκαν παραπάνω. Οι απόψεις για το αν ήταν εξεπίτηδες εκ μέρους των πρώιμων  επαγγελματιών της αλχημείας ή αν ήταν συνέπεια του ιδιαίτερου (και συχνά εσωτερικού) θεωρητικού σκελετού στον οποίον δούλευαν διίστανται.
Είναι αξιοπαρατήρητο ότι το πρώτο "σύγχρονο" σύστημα χημικής ονοματολογίας εμφανίστηκε ταυτόχρονα με την διάκριση (από τον Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ) μεταξύ στοιχείων και ενώσεων, προς το τέλος του εικοστού αιώνα.
Ο Γάλλος χημικός Λουί-Μπερνάρ Γκιτόν ντε Μορβώ (Louis-Bernard Guyton de Morveau) δημοσίευσε τις προτάσεις του το 1782, ελπίζοντας ότι η "σταθερή μέθοδος ονομασίας" θα "βοηθούσε την ευφυΐα και θα ανακούφιζε τη μνήμη". Το σύστημα επεξεργάστηκε σε συνεργασία με τους Μπερτολέ (Berthollet), Αντουάν Φρανσουά (Antoine François, comte de Fourcroy) και Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ και προωθήθηκε από τον τελευταίο σε ένα εγχειρίδιο που θα επιβίωνε πολύ μετά τον θάνατό του στην γκιλοτίνα το 1794. Το έργο υποστηρίχτηκε επίσης από τον Γιονς Γιάκομπ Μπερζέλιους, που υιοθέτησε τις ιδέες για τον γερμανόφωνο κόσμο.
Οι προτάσεις του Γκιτόν κάλυψαν μόνο αυτό που σήμερα θα ήταν γνωστό ως ανόργανες ενώσεις. Με την τεράστια επέκταση της οργανικής χημείας στα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα και την καλύτερη κατανόηση της δομής των οργανικών ενώσεων, η ανάγκη για ένα λιγότερο αυτοργανωμένο σύστημα ονοματολογίας έγινε αισθητή επειδή έγιναν διαθέσιμα τα αντίστοιχα θεωρητικά εργαλεία. Μια διεθνής σύσκεψη συνεκλήθη στη Γενεύη το 1892 από τις διεθνείς χημικές ενώσεις, από την οποία προέκυψαν οι πρώτες πλατιά αποδεκτές προτάσεις για την προτυποποίηση.
Μια επιτροπή δημιουργήθηκε το 1913 από το συμβούλιο του διεθνή συνδέσμου των χημικών ενώσεων, αλλά η εργασία του διακόπηκε από τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο. Μετά τον πόλεμο, το καθήκον πέρασε στη νεοσχηματισμένη Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας, που ανέθεσε πρώτη σε επιτροπές την οργανική, ανόργανη και βιοχημική ονοματολογία το 1921 και συνεχίζει μέχρι σήμερα.

Ιονικές δυαδικές ενώσεις τύπου I

Για τον τύπο-I ιονικών δυαδικών ενώσεων (Ionic binary compounds), το κατιόν (ένα μέταλλο στις περισσότερες περιπτώσεις) ονομάζεται πρώτα και το ανιόν (συνήθως ένα αμέταλλο) ονομάζεται δεύτερο (αυτό ισχύει τουλάχιστον για τα αγγλικά). Το κατιόν διατηρεί το στοιχειακό του όνομα (π.χ., σίδηρος ή ψευδάργυρος), αλλά η κατάληξη του αμέταλλου αλλάζει σε -ide (στα αγγλικά). Παραδείγματος χάρη, η ένωση LiBr αποτελείται από κατιόντα  Li⁺ και ανιόντα Br⁻· συνεπώς, λέγεται (lithium bromide στα αγγλικά -  βρωμιούχο λίθιο στα ελληνικά). Η ένωση BaO, που αποτελείται από κατιόντα Ba²⁺ και ανιόντα O²⁻, αναφέρεται ως (barium oxide στα αγγλικά - οξείδιο του βαρίου στα ελληνικά).
Ο αριθμός οξείδωσης κάθε στοιχείου είναι σαφής. Όταν αυτά τα ιόντα συνδυάζονται σε μια δυαδική ένωση τύπου I, τα ίσα αλλά αντίθετου πρόσημου φορτία εξουδετερώνονται, έτσι το καθαρό φορτίο της ένωσης είναι μηδέν.

Δυαδικές ενώσεις τύπου III

Οι δυαδικές ενώσεις τύπου III είναι ομοιοπολικά ενωμένες. Ο ομοιοπολικός δεσμός εμφανίζεται μεταξύ μη μεταλλικών στοιχείων. Οι ομοιοπολικά ενωμένες ενώσεις είναι επίσης γνωστές ως μόρια. Στην ένωση, το πρώτο στοιχείο ονομάζεται πρώτο (στα αγγλικά) και με το πλήρες όνομα του στοιχείου. Το δεύτερο στοιχείο (στα αγγλικά) ονομάζεται σαν να ήταν ανιόν (όνομα ρίζας του στοιχείου συν την κατάληξη ίδιο (-ide)). Έπειτα, χρησιμοποιούνται προθέματα για να δείξουν τον αριθμό κάθε ατόμου που είναι παρόν: αυτά τα προθήματα είναι  μονο-(mono-), δι- (di-), τρι- (tri-) κ.ο.κ. Το πρόθημα μονο- δεν χρησιμοποιείται ποτέ με το πρώτο στοιχείο. Συνεπώς, το NCl₃ ονομάζεται (nitrogen trichloride στα αγγλικά - τριχλωριούχο άζωτο στα ελληνικά), το P₂O₅ ονομάζεται (diphosphorus pentoxide στα αγγλικά - πεντοξείδιο του φωσφόρου στα ελληνικά) και το BF₃ ονομάζεται (boron trifluoride στα αγγλικά - τριφθοριούχο βόριο στα ελληνικά).
Το (Carbon dioxide - διοξείδιο του άνθρακα) γράφεται CO₂· το (sulfur tetrafluoride- τετραφθοριούχο θείο) γράφεται SF₄. Λίγες ενώσεις, όμως, έχουν κοινά ονόματα που επικρατούν. Το H₂O, παραδείγματος χάρη, ονομάζεται συνήθως νερό αντί για (dihydrogen monoxide - μονοξείδιο του διυδρογόνου) και η NH₃ ονομάζεται συνήθως αμμωνία αντί για (hydrogen nitride - νιτρίδιο του υδρογόνου).

Ονοματολογία υποκατάστασης

Αυτή η μέθοδος ονοματολογίας ακολουθεί γενικά την καθιερωμένη από την IUPAC οργανική ονοματολογία. Στα υδρίδια των στοιχείων της κύριας ομάδας (ομάδες 13–17) δίνεται ένα όνομα με την κατάληξη -άνιο (-ane), π.χ. βοράνιο (B H₃), οξιδάνιο (oxidane) (
H₂O), φωσφάνιο (phosphane) (P H₃) (το όνομα φωσφίνη που είναι επίσης συνηθισμένο, δεν συνιστάται από την IUPAC). Η ένωση PCl₃ θα ονομαζόταν συνεπώς με υποκατάσταση ως τριχλωροφωσφάνιο (trichlorophosphane) (με το χλώριο "να υποκαθιστά"). Όμως, δεν παράγονται από το όνομα του στοιχείου όλα αυτά τα ονόματα (ή στελέχη). Παραδείγματος χάρη, το N 
H₃ ονομάζεται "αζάνιο (azane)".

Ονοματολογία προσθήκης

Αυτή η μέθοδος ονοματολογίας έχει αναπτυχθεί κυρίως για ενώσεις συναρμογής ή σύμπλοκες ενώσεις (coordination compounds) αν και μπορεί να εφαρμοστεί πιο πλατιά. Ένα τέτοιο παράδειγμα εφαρμογής της αποτελεί το [CoCl(NH₃)₅]Cl₂ pentaamminechloridocobalt(III) chloride (χλωριούχο πενταμμωνιοχλωριδοκοβάλτιο(III)).
Οι προσδέτες (Ligands), επίσης, έχουν μια ειδική συνθήκη ονοματολογίας. Ενώ το χλωρίδιο (chloride) γίνεται το πρόθημα χλωρο- (chloro-) στην ονοματολογία προσθήκης, σε έναν προσδέτη γίνεται χλωριδο- (chlorido-).