Anorganska kemija. Splošna in anorganska kemija

Anorganska kemija je del splošne kemije. Študira lastnosti in obnašanje anorganskih spojin - njihovo strukturo in sposobnost reagiranja z drugimi snovmi. Ta smer proučuje vse snovi, razen tistih, ki so zgrajene iz ogljikovih verig (slednje so predmet študija organske kemije).

Opis

Kemija je kompleksna znanost. Njena razdelitev v kategorije je povsem pogojena. Na primer, anorganska in organska kemija je povezana s spojinami, imenovano bioorgansko. Te vključujejo hemoglobin, klorofil, vitamin B_{12. mesto} in veliko encimov.

Zelo pogosto je pri proučevanju snovi ali procesov treba upoštevati različne odnose z drugimi znanostmi. Splošna in anorganska kemija pokriva enostavno in zapletene snovi, katerih število se približa 400.000. Študija njihovih lastnosti pogosto vključuje široko paleto fizikalnih kemijskih metod, saj lahko kombinirajo značilnosti, značilne za znanost, kot je fizika. Na kakovost snovi vpliva prevodnost, magnetna in optična aktivnost, učinek katalizatorjev in drugih "fizičnih" dejavnikov.

Anorganske spojine so praviloma razvrščene glede na njihovo funkcijo:

• kisline;
• baze;
• oksidi;
• sol.

Oksidi so pogosto razdeljeni na kovine (bazične okside ali bazične anhidride) in nekovinske okside (kisle okside ali kislinske anhidride).

Izvor

Zgodovina anorganske kemije je razdeljena na več obdobij. V začetni fazi se je znanje nakopičilo z naključnimi opazovanji. Od antičnih časov so bili poskusi preoblikovati nežlahtne kovine v plemenite kovine. Arihotel je razširil alkemijsko idejo preko svoje doktrine o konvertibilnosti elementov.

V prvi polovici petnajstega stoletja so se pojavile epidemije. Še posebej prebivalstvo je prizadelo velikodušnice in kugo. Aesculapius je verjel, da so bolezni povzročile nekatere snovi in ​​da jih je treba nadzorovati s pomočjo drugih snovi. To je pripeljalo do začetka tako imenovanega medicinsko-kemijskega obdobja. Takrat je kemija postala neodvisna znanost.

Ustanovitev nove znanosti

Med renesanso je kemija s čisto praktičnega področja raziskav postala "zaraščena" s teoretičnimi koncepti. Znanstveniki so poskušali razložiti globoke procese, ki se dogajajo s snovmi. Leta 1661 je Robert Boyle predstavil pojem "kemični element". Leta 1675 je Nicholas Lemmer ločeval kemične elemente mineralov iz rastlin in živali, s čimer je povzročil preučevanje kemije anorganskih spojin, razen organskih.

Kasneje so kemiki poskušali razložiti pojav gorenja. Nemški znanstvenik George Stahl je ustvaril teorijo flogistonov, v skladu s katero gorljivo telo zavrača ne gravitacijsko delce flogistona. Leta 1756 je Mikhail Lomonosov eksperimentalno dokazal, da je izgorevanje določenih kovin povezano z delci zraka (kisik). Antoine Lavoisier je prav tako zavrnil teorijo flogistonov in postal prednik sodobne teorije zgorevanja. Predstavil je tudi koncept "kombinacije kemičnih elementov".

Razvoj

Naslednje obdobje se začne z delom John Dalton in poskuša razložiti kemijske zakone s pomočjo interakcij snovi na atomski (mikroskopski) ravni. Prvi kemijski kongres v Karlsruheju leta 1860 je dal definicije pojmov atomov, valence, ekvivalenta in molekule. Zahvaljujoč odkritju periodičnega zakona in ustvarjanju periodičnega sistema je Dmitrij Mendelejev dokazal, da atomsko-molekularna teorija ni povezana le s kemičnimi zakoni, temveč tudi s fizičnimi lastnostmi elementov.

Naslednji korak v razvoju anorganske kemije, povezanega z detekcijo radioaktivnega razpada v 1876 letu in pojasnitev atomske strukture v 1913. Preiskava Albrecht Kessel in Hilbert Lewis leta 1916 rešuje problem narave kemijskih vezi. Na podlagi teorije heterogena ravnotežno Willard Gibbs in Henrik Roszeba Nicholas Kurnakov leta 1913 je ustvaril eden od glavnih metod moderne anorganske kemije - fizikalne in kemijske analize.

Osnove anorganske kemije

Anorganske spojine v naravi se pojavljajo v obliki mineralov. Tla lahko vsebujejo železov sulfid, kot na primer pirit ali kalcijev sulfat v obliki gipsa. Anorganske spojine se pojavljajo tudi kot biomolekule. Sintetizirajo se za uporabo kot katalizatorji ali reagenti. Prva pomembna umetna anorganska spojina je amonijev nitrat, ki se uporablja za gnojenje tal.

Sol

Mnoge anorganske spojine so ionske spojine, sestavljene iz kationov in anionov. To so tako imenovane soli, ki so predmet raziskav v anorganski kemiji. Primeri ionskih spojin so:

• Magnezijev klorid (MgCl₂), ki vključuje kation Mg²⁺ in Cl anioni^-.
• Natrijev oksid (Na₂O), ki ga sestavljajo Na kationi⁺ in anioni O^2-.

V vsaki soli so deleži ionov taki, da so električni naboji v ravnovesju, torej je spojina kot celota električno nevtralna. Ioni so opisani s stopnjo oksidacije in enostavnosti tvorbe, ki je posledica ionizacijskega potenciala (kationov) ali elektronskih afinitet (anionov) elementov, iz katerih tvorijo.

Anorganske soli vključujejo okside, karbonate, sulfate in halide. Za veliko spojin je značilna visoka točka taljenja. Anorganske soli so ponavadi trdne kristalne formacije. Druga pomembna značilnost je njihova topnost v vodi in enostavnost kristalizacije. Nekatere soli (npr. NaCl) so zelo topne v vodi, druge (npr. SiO2) pa so skoraj netopne.

Kovine in zlitine

Kovine, kot so železo, baker, bron, medenina, aluminij, so skupina kemičnih elementov v spodnjem levem delu periodične tabele. Ta skupina vključuje 96 elementov, za katere je značilna visoka toplotna prevodnost in električna prevodnost. Veliko jih uporabljajo v metalurgiji. Kovine lahko pogojno razdelimo v črne in obarvane, težke in lahke. Mimogrede, najpogosteje uporabljen element je železo, ki zaseda 95% svetovne proizvodnje med vsemi vrstami kovin.

Zlitine so zapletene snovi, pridobljene s taljenjem in mešanjem dveh ali več kovin v tekočem stanju. Sestavljen je iz baze (prevladujoči elementi v odstotnem razmerju: železo, baker, aluminij, itd.) Z majhnimi dodatki legiranih in modificiranih komponent.

Človeštvo uporablja okoli 5000 vrst zlitin. So glavni materiali v gradbeništvu in industriji. Mimogrede, obstajajo tudi zlitine med kovinami in nekovinami.

Razvrstitev

V tabeli anorganske kemije so kovine razdeljene v več skupin:

• 6 elementov so v alkalni skupini (litij, kalij, rubidij, natrij, france, cezij);
• 4 - v alkalijski zemlji (radij, barij, stroncij, kalij);
• 40 - v prehodu (titan, zlato, volfram, baker, mangan, skandij, železo itd.);
• 15 - lantanidi (lantan, cerij, erbij itd.);
• 15 - aktinidi (uran, aktinij, torij, fermioni itd.);
• 7 - semimetali (arzen, bor, antimon, germanij itd.);
• 7 - lahke kovine (aluminij, kositer, bizmut, svinec itd.).

Nekovine

Nekmetali so lahko kemični elementi in kemične spojine. V prostem stanju tvorijo preproste snovi z nekovinskimi lastnostmi. V anorganski kemiji je 22 elementov. To so vodik, bor, ogljik, dušik, kisik, fluor, silicij, fosfor, žveplo, klor, arzen, selen itd.

Najbolj značilne nekovine so halogeni. Pri reakciji s kovinami tvorijo spojine, katerih vez je večinoma ionsko, npr. KCl ali CaO. Ko medsebojno sodelujejo, lahko nemetali tvorijo kovalentno vezane spojine (Cl3N, ClF, CS2 itd.).

Baze in kisline

Osnove so zapletene snovi, med katerimi so najpomembnejši vodotopni hidroksidi. Ko raztopi, da ločiti s kovinskimi kationi in hidroksida anionov in njihov pH večji od 7. se razlogi lahko šteje kot kemijsko nasprotnih kislin, ker vodi ločiti kisline poveča koncentracijo vodikovih ionov (H3O +), dokler se spodnji zmanjša.

Kisline so snovi, ki sodelujejo v kemijskih reakcijah z bazami, od njih odvzemajo elektrone. Večina kislin praktičnega pomena je topna v vodi. Ko se raztopijo, se odvajajo iz vodikovih kationov (H⁺) in kisli anioni in njihov pH je manj kot 7.