Chimia anorganică face parte din chimia generală. Se ocupă de studiul proprietăților și comportamentului compușilor anorganici - structura și capacitatea lor de a reacționa cu alte substanțe. Această direcție explorează toate substanțele, cu excepția celor care sunt construite din lanțuri de carbon (acestea din urmă fac obiectul studiului chimiei organice).
Descriere
Chimia este o știință complexă. Împărțirea sa în categorii este pur arbitrară. De exemplu, chimia anorganică și cea organică sunt legate prin compuși numiți bioanorganici. Acestea includ hemoglobina, clorofila, vitamina B12 și multe enzime.
De foarte multe ori, atunci când studiem substanțe sau procese, trebuie să ținem cont de diverse relații cu alte științe. Chimia generală și anorganică acoperă substanțe simple și complexe, al căror număr se apropie de 400 000. Studiul proprietăților lor implică adesea o gamă largă de metode de chimie fizică, deoarece acestea pot combina proprietăți caracteristice unei științe precumfizică. Calitatea substanțelor este afectată de conductivitate, activitatea magnetică și optică, efectul catalizatorilor și alți factori „fizici”.
În general, compușii anorganici sunt clasificați în funcție de funcția lor:
- acizi;
- teme;
- oxizi;
- sare.
Oxizii sunt adesea împărțiți în metale (oxizi bazici sau anhidride bazice) și oxizi nemetalici (oxizi acizi sau anhidride acide).
Origine
Istoria chimiei anorganice este împărțită în mai multe perioade. În etapa inițială, cunoștințele au fost acumulate prin observații aleatorii. Din cele mai vechi timpuri, s-au făcut încercări de a transforma metalele comune în metale prețioase. Ideea alchimică a fost promovată de Aristotel prin doctrina sa despre convertibilitatea elementelor.
În prima jumătate a secolului al XV-lea, epidemiile au făcut furori. În special populația a suferit de variolă și ciumă. Esculapius a presupus că bolile sunt cauzate de anumite substanțe, iar lupta împotriva lor ar trebui dusă cu ajutorul altor substanțe. Aceasta a dus la începutul așa-numitei perioade medico-chimice. În acel moment, chimia a devenit o știință independentă.
Apariția unei noi științe
În perioada Renașterii, chimia dintr-un domeniu de studiu pur practic a început să „dobândească” concepte teoretice. Oamenii de știință au încercat să explice procesele de bază care au loc cu substanțele. În 1661, Robert Boyle introduce conceptul de „element chimic”. În 1675, Nicholas Lemmer separă elementele chimiceminerale din plante și animale, prin care se stipulează studiul chimiei compușilor anorganici separat de cei organici.
Mai târziu, chimiștii au încercat să explice fenomenul arderii. Omul de știință german Georg Stahl a creat teoria flogistoanelor, conform căreia un corp combustibil respinge o particulă negravitațională de flogiston. În 1756, Mihail Lomonosov a demonstrat experimental că arderea anumitor metale este asociată cu particule de aer (oxigen). Antoine Lavoisier a infirmat, de asemenea, teoria flogistorilor, devenind fondatorul teoriei moderne a arderii. El a introdus și conceptul de „compus de elemente chimice”.
Dezvoltare
Următoarea perioadă începe cu lucrările lui John D alton și încearcă să explice legile chimice prin interacțiunea substanțelor la nivel atomic (microscopic). Primul congres chimic de la Karlsruhe în 1860 a definit conceptele de atom, valență, echivalent și moleculă. Datorită descoperirii legii periodice și creării sistemului periodic, Dmitri Mendeleev a demonstrat că teoria atomo-moleculară este legată nu numai de legile chimice, ci și de proprietățile fizice ale elementelor.
Următoarea etapă în dezvoltarea chimiei anorganice este asociată cu descoperirea dezintegrarii radioactive în 1876 și elucidarea designului atomului în 1913. Un studiu realizat de Albrecht Kessel și Gilbert Lewis în 1916 rezolvă problema naturii legăturilor chimice. Bazat pe teoria echilibrului eterogen de Willard Gibbs și Henrik Roszeb, în 1913 Nikolai Kurnakov a creat una dintre principalele metode ale chimiei anorganice moderne -analiză fizică și chimică.
Elementele de bază ale chimiei anorganice
Compușii anorganici apar în mod natural sub formă de minerale. Solul poate conține sulfură de fier, cum ar fi pirita sau sulfatul de calciu sub formă de gips. Compușii anorganici apar și ca biomolecule. Ele sunt sintetizate pentru a fi utilizate ca catalizatori sau reactivi. Primul compus anorganic artificial important este nitratul de amoniu, folosit pentru fertilizarea solului.
Săruri
Mulți compuși anorganici sunt compuși ionici alcătuiți din cationi și anioni. Acestea sunt așa-numitele săruri, care fac obiectul cercetărilor în chimia anorganică. Exemple de compuși ionici sunt:
- Clorura de magneziu (MgCl2), care conține Mg2+ cationi și Cl- anioni.
- Oxid de sodiu (Na2O), care constă din cationi Na+ și anioni O2- .
În fiecare sare, proporțiile ionilor sunt astfel încât sarcinile electrice să fie în echilibru, adică compusul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. Ionii sunt descriși prin starea lor de oxidare și ușurința formării care decurge din potențialul de ionizare (cationi) sau din afinitatea electronică (anionii) elementelor din care sunt formați.
Sărurile anorganice includ oxizi, carbonați, sulfați și halogenuri. Mulți compuși sunt caracterizați prin puncte de topire ridicate. Sărurile anorganice sunt de obicei formațiuni cristaline solide. O altă caracteristică importantă este lorsolubilitate în apă și ușurință de cristalizare. Unele săruri (de exemplu, NaCl) sunt foarte solubile în apă, în timp ce altele (de exemplu, SiO2) sunt aproape insolubile.
Metale și aliaje
Metale precum fierul, cuprul, bronzul, alama, aluminiul sunt un grup de elemente chimice aflate în partea stângă jos a tabelului periodic. Acest grup include 96 de elemente care se caracterizează prin conductivitate termică și electrică ridicată. Sunt utilizate pe scară largă în metalurgie. Metalele pot fi împărțite condiționat în feroase și neferoase, grele și ușoare. Apropo, cel mai folosit element este fierul, acesta ocupând 95% din producția mondială dintre toate tipurile de metale.
Aliajele sunt substanțe complexe obținute prin topirea și amestecarea a două sau mai multe metale în stare lichidă. Acestea constau dintr-o bază (elemente dominante în termeni procentuali: fier, cupru, aluminiu etc.) cu mici adaosuri de componente de aliere și modificare.
Omenirea folosește aproximativ 5000 de tipuri de aliaje. Sunt principalele materiale în construcții și industrie. Apropo, există și aliaje între metale și nemetale.
Clasificare
În tabelul de chimie anorganică, metalele sunt împărțite în mai multe grupuri:
- 6 elemente sunt în grupul alcalin (litiu, potasiu, rubidiu, sodiu, franciu, cesiu);
- 4 - în alcalino-pământos (radiu, bariu, stronțiu, calciu);
- 40 - în tranziție (titan, aur, wolfram, cupru, mangan,scandiu, fier etc.);
- 15 – lantanide (lantan, ceriu, erbiu etc.);
- 15 – actinide (uraniu, actiniu, toriu, fermiu etc.);
- 7 – semimetale (arsen, bor, antimoniu, germaniu etc.);
- 7 - metale ușoare (aluminiu, cositor, bismut, plumb etc.).
Nonmetale
Nemetalele pot fi atât elemente chimice, cât și compuși chimici. În stare liberă, formează substanțe simple cu proprietăți nemetalice. În chimia anorganică se disting 22 de elemente. Acestea sunt hidrogen, bor, carbon, azot, oxigen, fluor, siliciu, fosfor, sulf, clor, arsen, seleniu etc.
Cele mai tipice nemetale sunt halogenii. În reacția cu metalele, formează compuși a căror legătură este în principal ionică, cum ar fi KCl sau CaO. Când interacționează între ele, nemetalele pot forma compuși legați covalent (Cl3N, ClF, CS2 etc.).
Baze și acizi
Bazele sunt substanțe complexe, dintre care cele mai importante sunt hidroxizii solubili în apă. Când sunt dizolvate, ele se disociază cu cationi metalici și anioni hidroxid, iar pH-ul lor este mai mare de 7. Bazele pot fi considerate opuse din punct de vedere chimic acizilor deoarece acizii care disociază apa cresc concentrația ionilor de hidrogen (H3O+) până când baza este redusă.
Acizii sunt substanțe care participă la reacții chimice cu bazele, preluând electroni din acestea. Majoritatea acizilor de importanță practică sunt solubili în apă. Când sunt dizolvate, se disociază de cationii de hidrogen(Н+) și anioni acizi, iar pH-ul lor este mai mic de 7.
