Chemia nieorganiczna jest częścią chemii ogólnej. Zajmuje się badaniem właściwości i zachowania związków nieorganicznych – ich struktury i zdolności do reagowania z innymi substancjami. Ten kierunek bada wszystkie substancje, z wyjątkiem tych, które są zbudowane z łańcuchów węglowych (te ostatnie są przedmiotem badań chemii organicznej).
Opis
Chemia to złożona nauka. Jego podział na kategorie jest czysto arbitralny. Na przykład chemia nieorganiczna i organiczna są połączone związkami zwanymi bionieorganicznymi. Należą do nich hemoglobina, chlorofil, witamina B12 i wiele enzymów.
Bardzo często, badając substancje lub procesy, trzeba brać pod uwagę różne relacje z innymi naukami. Chemia ogólna i nieorganiczna obejmuje substancje proste i złożone, których liczba zbliża się do 400 000. Badanie ich właściwości często obejmuje szeroki zakres metod fizykochemicznych, ponieważ mogą one łączyć właściwości charakterystyczne dla nauki, takiej jak:fizyka. Na jakość substancji wpływa przewodnictwo, aktywność magnetyczna i optyczna, działanie katalizatorów i inne czynniki „fizyczne”.
Na ogół związki nieorganiczne są klasyfikowane zgodnie z ich funkcją:
- kwasy;
- tereny;
- tlenki;
- sól.
Tlenki często dzieli się na metale (tlenki zasadowe lub bezwodniki zasadowe) i tlenki niemetali (tlenki kwasowe lub bezwodniki kwasowe).
Pochodzenie
Historia chemii nieorganicznej dzieli się na kilka okresów. Na początkowym etapie wiedza była gromadzona poprzez losowe obserwacje. Od czasów starożytnych podejmowano próby przekształcenia metali nieszlachetnych w szlachetne. Pomysł alchemiczny był promowany przez Arystotelesa poprzez jego doktrynę wymienialności pierwiastków.
W pierwszej połowie XV wieku szalały epidemie. Zwłaszcza ludność cierpiała na ospę i dżumę. Eskulap założył, że choroby wywoływane są przez określone substancje, a walkę z nimi należy prowadzić za pomocą innych substancji. Doprowadziło to do początku tzw. okresu medyczno-chemicznego. W tym czasie chemia stała się samodzielną nauką.
Pojawienie się nowej nauki
W okresie renesansu chemia z czysto praktycznej dziedziny badań zaczęła „przyswajać” koncepcje teoretyczne. Naukowcy próbowali wyjaśnić podstawowe procesy zachodzące w substancjach. W 1661 Robert Boyle wprowadza pojęcie „pierwiastka chemicznego”. W 1675 Nicholas Lemmer oddziela pierwiastki chemiczneminerały z roślin i zwierząt, tym samym nakazując studiowanie chemii związków nieorganicznych oddzielnie od organicznych.
Później chemicy próbowali wyjaśnić zjawisko spalania. Niemiecki naukowiec Georg Stahl stworzył teorię flogistonów, zgodnie z którą ciało palne odrzuca niegrawitacyjną cząsteczkę flogistonu. W 1756 r. Michaił Łomonosow udowodnił eksperymentalnie, że spalanie niektórych metali wiąże się z cząsteczkami powietrza (tlenu). Antoine Lavoisier obalił również teorię flogistonów, stając się twórcą nowoczesnej teorii spalania. Wprowadził także pojęcie „związek pierwiastków chemicznych”.
Rozwój
Następny okres rozpoczyna się pracą Johna D altona i próbą wyjaśnienia praw chemicznych poprzez interakcje substancji na poziomie atomowym (mikroskopowym). Pierwszy kongres chemiczny w Karlsruhe w 1860 zdefiniował pojęcia atomu, wartościowości, ekwiwalentu i cząsteczki. Dzięki odkryciu prawa okresowości i stworzeniu układu okresowego Dmitrij Mendelejew udowodnił, że teoria atomowo-molekularna jest związana nie tylko z prawami chemicznymi, ale także z właściwościami fizycznymi pierwiastków.
Kolejny etap rozwoju chemii nieorganicznej wiąże się z odkryciem rozpadu promieniotwórczego w 1876 roku i wyjaśnieniem projektu atomu w 1913 roku. Badania Albrechta Kessela i Gilberta Lewisa z 1916 roku rozwiązują problem natury wiązań chemicznych. W oparciu o teorię równowagi heterogenicznej Willarda Gibbsa i Henrika Roszeba, w 1913 Nikołaj Kurnakow stworzył jedną z głównych metod współczesnej chemii nieorganicznej -analiza fizyczna i chemiczna.
Podstawy chemii nieorganicznej
Związki nieorganiczne występują naturalnie w postaci minerałów. Gleba może zawierać siarczek żelaza, taki jak piryt lub siarczan wapnia w postaci gipsu. Związki nieorganiczne występują również jako biocząsteczki. Są syntetyzowane do stosowania jako katalizatory lub odczynniki. Pierwszym ważnym sztucznym związkiem nieorganicznym jest azotan amonu, używany do nawożenia gleby.
Sole
Wiele związków nieorganicznych to związki jonowe składające się z kationów i anionów. Są to tzw. sole, które są przedmiotem badań w chemii nieorganicznej. Przykładami związków jonowych są:
- Chlorek magnezu (MgCl2), który zawiera kationy Mg2+ i aniony Cl-.
- Tlenek sodu (Na2O), który składa się z kationów Na+ i anionów O2- .
W każdej soli proporcje jonów są takie, że ładunki elektryczne są w równowadze, co oznacza, że związek jako całość jest elektrycznie obojętny. Jony opisywane są przez ich stopień utlenienia oraz łatwość tworzenia wynikającą z potencjału jonizacji (kationów) lub powinowactwa elektronowego (aniony) pierwiastków, z których powstają.
Sole nieorganiczne obejmują tlenki, węglany, siarczany i halogenki. Wiele związków charakteryzuje się wysokimi temperaturami topnienia. Sole nieorganiczne są zwykle stałymi formacjami krystalicznymi. Kolejną ważną cechą jest ichrozpuszczalność w wodzie i łatwość krystalizacji. Niektóre sole (np. NaCl) są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, podczas gdy inne (np. SiO2) są prawie nierozpuszczalne.
Metale i stopy
Metale takie jak żelazo, miedź, brąz, mosiądz, aluminium to grupa pierwiastków chemicznych w lewym dolnym rogu układu okresowego pierwiastków. W tej grupie znajduje się 96 elementów, które charakteryzują się wysoką przewodnością cieplną i elektryczną. Są szeroko stosowane w metalurgii. Metale można warunkowo podzielić na żelazne i nieżelazne, ciężkie i lekkie. Nawiasem mówiąc, najczęściej używanym pierwiastkiem jest żelazo, zajmuje 95% światowej produkcji wśród wszystkich rodzajów metali.
Stopy to złożone substancje otrzymywane przez stopienie i zmieszanie dwóch lub więcej metali w stanie ciekłym. Składają się z bazy (pierwiastki dominujące w ujęciu procentowym: żelazo, miedź, aluminium itp.) z niewielkimi dodatkami składników stopowych i modyfikujących.
Ludzkość używa około 5000 rodzajów stopów. Są głównymi materiałami w budownictwie i przemyśle. Nawiasem mówiąc, istnieją również stopy pomiędzy metalami i niemetalami.
Klasyfikacja
W tabeli chemii nieorganicznej metale są podzielone na kilka grup:
- 6 pierwiastków należy do grupy alkalicznej (lit, potas, rubid, sód, frans, cez);
- 4 - w ziemiach alkalicznych (rad, bar, stront, wapń);
- 40 - w okresie przejściowym (tytan, złoto, wolfram, miedź, mangan,skand, żelazo itp.);
- 15 – lantanowce (lantan, cer, erb itp.);
- 15 – aktynowce (uran, aktyn, tor, ferm itp.);
- 7 – półmetale (arsen, bor, antymon, german itp.);
- 7 - metale lekkie (aluminium, cyna, bizmut, ołów itp.).
Niemetale
Niemetale mogą być zarówno pierwiastkami chemicznymi, jak i związkami chemicznymi. W stanie wolnym tworzą proste substancje o właściwościach niemetalicznych. W chemii nieorganicznej wyróżnia się 22 pierwiastki. Są to wodór, bor, węgiel, azot, tlen, fluor, krzem, fosfor, siarka, chlor, arsen, selen itp.
Najbardziej typowymi niemetalami są halogeny. W reakcji z metalami tworzą związki, których wiązanie jest głównie jonowe, takie jak KCl czy CaO. Podczas interakcji ze sobą niemetale mogą tworzyć związki kowalencyjnie związane (Cl3N, ClF, CS2 itp.).
Zasady i kwasy
Zasady to złożone substancje, z których najważniejszymi są rozpuszczalne w wodzie wodorotlenki. Po rozpuszczeniu dysocjują z kationami metali i anionami wodorotlenkowymi, a ich pH jest większe niż 7. Zasady można uznać za chemicznie przeciwne do kwasów, ponieważ kwasy dysocjujące wodę zwiększają stężenie jonów wodorowych (H3O+) aż do redukcji zasady.
Kwasy to substancje, które uczestniczą w reakcjach chemicznych z zasadami, zabierając z nich elektrony. Większość kwasów o znaczeniu praktycznym jest rozpuszczalna w wodzie. Po rozpuszczeniu dysocjują od kationów wodoru(Н+) i aniony kwasowe, a ich pH jest mniejsze niż 7.
