Ανόργανη χημεία. Γενική και ανόργανη χημεία

Η ανόργανη χημεία αποτελεί μέρος της γενικής χημείας. Μελετά τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά ανόργανων ενώσεων - τη δομή και την ικανότητά τους να αντιδρούν με άλλες ουσίες. Αυτή η κατεύθυνση εξετάζει όλες τις ουσίες, εκτός από αυτές που είναι κατασκευασμένες από ανθρακούχες αλυσίδες (οι τελευταίες αποτελούν το αντικείμενο της μελέτης της οργανικής χημείας).

Περιγραφή

Η χημεία είναι μια σύνθετη επιστήμη. Ο διαχωρισμός της σε κατηγορίες είναι καθαρά υπό όρους. Για παράδειγμα, η ανόργανη και οργανική χημεία συσχετίζεται με ενώσεις που ονομάζονται βιολογικά. Αυτές περιλαμβάνουν αιμοσφαιρίνη, χλωροφύλλη, βιταμίνη Β₁₂ και πολλά ένζυμα.

Πολύ συχνά όταν μελετάτε ουσίες ή διαδικασίεςΠρέπει να ληφθούν υπόψη διάφορες αλληλεπιδράσεις με άλλες επιστήμες. Η γενική και ανόργανη χημεία καλύπτει απλές και πολύπλοκες ουσίες, ο αριθμός των οποίων προσεγγίζει τις 400.000.Η μελέτη των ιδιοτήτων τους συχνά περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα μεθόδων φυσικής χημείας, καθώς μπορούν να συνδυάσουν τις ιδιότητες χαρακτηριστικές της επιστήμης όπως η φυσική. Η ποιότητα των ουσιών επηρεάζεται από την αγωγιμότητα, τη μαγνητική και την οπτική δραστηριότητα, την επίδραση των καταλυτών και άλλων "φυσικών" παραγόντων.

Κατά κανόνα, οι ανόργανες ενώσεις ταξινομούνται ανάλογα με τη λειτουργία τους:

• οξέα ·
• βάσεις.
• οξείδια ·
• αλάτι.

Τα οξείδια συχνά διαιρούνται σε μέταλλα (βασικά οξείδια ή βασικούς ανυδρίτες) και μη μεταλλικά οξείδια (όξινα οξέα ή ανυδρίτες οξέων).

Προέλευση

Το ιστορικό της ανόργανης χημείας χωρίζεται σε πολλάπεριόδους. Στο αρχικό στάδιο, η γνώση συγκεντρώθηκε μέσω τυχαίων παρατηρήσεων. Από την αρχαιότητα, έγιναν προσπάθειες να μετατραπούν μη πολύτιμα μέταλλα σε πολύτιμα μέταλλα. Η αλχημική ιδέα διαδόθηκε από τον Αριστοτέλη μέσω του δόγματος του για τη μετατρεψιμότητα των στοιχείων.

Στο πρώτο μισό του δέκατου πέμπτου αιώναοι επιδημίες έσκαψαν. Ιδιαίτερα ο πληθυσμός υπέφερε από ευλογιά και πανώλη. Ο Aesculapius πίστευε ότι οι ασθένειες προκλήθηκαν από ορισμένες ουσίες και πρέπει να ελέγχονται με τη βοήθεια άλλων ουσιών. Αυτό οδήγησε στην αρχή της επονομαζόμενης ιατρο-χημικής περιόδου. Εκείνη την εποχή, η χημεία έγινε ανεξάρτητη επιστήμη.

Ο σχηματισμός μιας νέας επιστήμης

Κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης χημεία από μια καθαρά πρακτικήΤο πεδίο της έρευνας έχει γίνει "υπερθερμανθεί" με θεωρητικές έννοιες. Οι επιστήμονες προσπάθησαν να εξηγήσουν τις βαθιές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα με ουσίες. Το 1661 ο Robert Boyle εισάγει την έννοια του "χημικού στοιχείου". Το 1675, Nicholas godu Lemmer διαχωρίζει χημικά συστατικά των μετάλλων από τα φυτά και τα ζώα, συμβάλλοντας έτσι τη μελέτη της χημείας των ανόργανων ενώσεων από οργανικά ξεχωριστά.

Οι χημικοί αργότερα προσπάθησαν να εξηγήσουν το φαινόμενο της καύσης. Ο Γερμανός επιστήμονας George Stahl δημιούργησε τη θεωρία των phlogistons, σύμφωνα με την οποία ένα καύσιμο σώμα απορρίπτει το μη βαρυτικό σωματίδιο του phlogiston. Το 1756, ο Mikhail Lomonosov απέδειξε πειραματικά ότι η καύση ορισμένων μετάλλων συνδέεται με σωματίδια αέρα (οξυγόνο). Ο Antoine Lavoisier αμφισβήτησε επίσης τη θεωρία των phlogistons, καθιστώντας τον πρόγονο της σύγχρονης θεωρίας της καύσης. Εισήγαγε επίσης την έννοια του "συνδυασμού χημικών στοιχείων".

Ανάπτυξη

Η επόμενη περίοδος αρχίζει με το έργο του John Daltonκαι προσπαθεί να εξηγήσει τους χημικούς νόμους μέσω της αλληλεπίδρασης των ουσιών στο ατομικό (μικροσκοπικό) επίπεδο. Το πρώτο χημικό συνέδριο στην Καρλσρούη το 1860 έδωσε ορισμούς των εννοιών του ατόμου, του σθένος, του ισοδύναμου και του μορίου. Χάρη στην ανακάλυψη του περιοδικού νόμου και τη δημιουργία ενός περιοδικού συστήματος, ο Ντμίτρι Μεντελλέγιεφ απέδειξε ότι η ατομική-μοριακή θεωρία σχετίζεται όχι μόνο με τους χημικούς νόμους αλλά και με τις φυσικές ιδιότητες των στοιχείων.

Το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη της ανόργανης χημείαςσυνδέεται με την ανακάλυψη της ραδιενεργού αποσύνθεσης το 1876 και την αποσαφήνιση του σχεδιασμού του ατόμου το 1913. Η μελέτη του Albrecht Kessel και του Hilbert Lewis το 1916 επιλύει το πρόβλημα της φύσης των χημικών δεσμών. Με βάση τη θεωρία της ετερογενούς ισορροπίας των Willard Gibbs και Henrik Roszeb, ο Nikolai Kurnakov το 1913 δημιούργησε μια από τις κύριες μεθόδους της σύγχρονης ανόργανης χημείας - φυσική και χημική ανάλυση.

Βασικά στοιχεία ανόργανης χημείας

Οι ανόργανες ενώσεις στη φύση εμφανίζονται στομορφή ορυκτών. Το χώμα μπορεί να περιέχει θειούχο σίδηρο, όπως πυρίτη ή θειικό ασβέστιο με τη μορφή γύψου. Οι ανόργανες ενώσεις εμφανίζονται επίσης ως βιομόρια. Συντίθενται για χρήση ως καταλύτες ή αντιδραστήρια. Η πρώτη σημαντική τεχνητή ανόργανη ένωση είναι το νιτρικό αμμώνιο που χρησιμοποιείται για τη γονιμοποίηση του εδάφους.

Αλάτι

Πολλές ανόργανες ενώσεις αντιπροσωπεύουνιονικές ενώσεις που αποτελούνται από κατιόντα και ανιόντα. Αυτά είναι τα λεγόμενα άλατα, τα οποία αποτελούν αντικείμενο έρευνας στην ανόργανη χημεία. Παραδείγματα ιοντικών ενώσεων είναι:

• Το χλωριούχο μαγνήσιο (MgCl2)₂), που περιλαμβάνει κατιόντα Mg²⁺ και Cl ανιόντα^-.
• Το οξείδιο του νατρίου (Na₂O), το οποίο αποτελείται από κατιόντα Na⁺ και τα ανιόντα Ο^2-.

Σε κάθε άλας, οι αναλογίες των ιόντων είναι τέτοιες ώστετα ηλεκτρικά φορτία είναι σε ισορροπία, δηλαδή, η ένωση ως σύνολο είναι ηλεκτρικά ουδέτερη. Τα ιόντα περιγράφονται από τον βαθμό οξειδώσεως και ευκολίας σχηματισμού, που προκύπτει από το δυναμικό ιονισμού (κατιόντα) ή τη συγγένεια ηλεκτρονίων (ανιόντα) των στοιχείων από τα οποία σχηματίζονται.

Τα ανόργανα άλατα περιλαμβάνουν οξείδια,ανθρακικά, θειικά και αλογονίδια. Πολλές ενώσεις χαρακτηρίζονται από ένα υψηλό σημείο τήξης. Τα ανόργανα άλατα είναι συνήθως στερεοί κρυσταλλικοί σχηματισμοί. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η διαλυτότητα τους στο νερό και η ευκολία κρυστάλλωσης. Ορισμένα άλατα (για παράδειγμα, NaCl) είναι εύκολα διαλυτά στο νερό, ενώ άλλα (για παράδειγμα, SiO2) είναι σχεδόν αδιάλυτα.

Μέταλλα και κράματα

Μέταλλα όπως ο σίδηρος, ο χαλκός, ο χαλκός, ο ορείχαλκος,αλουμίνιο, είναι μια ομάδα χημικών στοιχείων στο κάτω αριστερό μέρος του περιοδικού πίνακα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει 96 στοιχεία, τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλή θερμική αγωγιμότητα και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη μεταλλουργία. Τα μέταλλα μπορούν να χωριστούν υπό όρους σε μαύρο και έγχρωμο, βαρύ και ελαφρύ. Παρεμπιπτόντως, το πιο χρησιμοποιούμενο στοιχείο είναι ο σίδηρος, καταλαμβάνει το 95% της παγκόσμιας παραγωγής σε όλους τους τύπους μετάλλων.

Τα κράματα είναι σύνθετες ουσίες,που λαμβάνονται με τήξη και ανάμιξη δύο ή περισσοτέρων μετάλλων σε υγρή κατάσταση. Αποτελούνται από βάση (κυρίαρχα στοιχεία σε ποσοστιαία αναλογία: σίδηρος, χαλκός, αλουμίνιο κ.λπ.) με μικρές προσθήκες συστατικών κραματοποίησης και τροποποίησης.

Η ανθρωπότητα χρησιμοποιεί περίπου 5000 τύπους κραμάτων. Είναι τα κύρια υλικά στον τομέα των κατασκευών και της βιομηχανίας. Με την ευκαιρία, υπάρχουν επίσης κράματα μεταξύ μετάλλων και μη-μετάλλων.

Ταξινόμηση

Στον πίνακα της ανόργανης χημείας, τα μέταλλα χωρίζονται σε διάφορες ομάδες:

• 6 στοιχεία είναι στην αλκαλική ομάδα (λίθιο, κάλιο, ρουβίδιο, νάτριο, γαλλία, καίσιο).
• 4 - στην αλκαλική γη (ράδιο, βάριο, στροντίου, κάλιο).
• 40 - στη μετάβαση (τιτάνιο, χρυσός, βολφράμιο, χαλκός, μαγγάνιο, σκάνδιο, σίδηρος κ.λπ.) ·
• 15 - λανθανίδες (λανθάνιο, δημήτριο, έρβιο, κ.λπ.) ·
• 15 - ακτινίδια (ουράνιο, ακτίνιο, θόριο, φερμιόνια κ.λπ.) ·
• 7 - ημίμετρα (αρσενικό, βόριο, αντιμόνιο, γερμάνιο κ.λπ.) ·
• 7 - ελαφρά μέταλλα (αλουμίνιο, κασσίτερος, βισμούθιο, μόλυβδο κ.λπ.).

Μη μέταλλα

Τα μη μέταλλα μπορούν να είναι και τα δύο χημικά στοιχεία,και χημικές ενώσεις. Στην ελεύθερη κατάσταση σχηματίζουν απλές ουσίες με μη μεταλλικές ιδιότητες. Στην ανόργανη χημεία υπάρχουν 22 στοιχεία. Είναι υδρογόνο, βόριο, άνθρακα, άζωτο, οξυγόνο, φθόριο, πυρίτιο, φωσφόρο, θείο, χλώριο, το αρσενικό, το σελήνιο, και άλλοι.

Τα πιο τυπικά μη-μέταλλα είναι αλογόνα. Σε αντίδραση με μέταλλα, σχηματίζουν ενώσεις, ο δεσμός των οποίων είναι κυρίως ιοντικός, για παράδειγμα KCl ή CaO. Όταν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, τα μη-μέταλλα μπορούν να σχηματίσουν ομοιοπολικά δεσμευμένες ενώσεις (Cl3N, ClF, CS2, κλπ.).

Βάσεις και οξέα

Οι βάσεις είναι περίπλοκες ουσίες, οι σημαντικότερες από τις οποίες είναιτα οποία είναι υδατοδιαλυτά υδροξείδια. Όταν διαλυθεί, αυτοί διασπώνται με μεταλλικά κατιόντα και ανιόντα υδροξειδίου, και το ρΗ τους είναι μεγαλύτερο από 7. Οι λόγοι μπορεί να θεωρηθεί ως χημικά αντίθετο οξέα επειδή το νερό-διασπώμενο οξύ αυξάνουν τη συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου (Η3Ο +), έως ότου μειωθεί ο πυθμένας.

Τα οξέα είναι ουσίες που συμμετέχουνχημικές αντιδράσεις με βάσεις, αφαιρώντας από αυτά ηλεκτρόνια. Τα περισσότερα οξέα πρακτικής σημασίας είναι υδατοδιαλυτά. Όταν διαλύονται, διαχωρίζονται από κατιόντα υδρογόνου (Η⁺) και όξινα ανιόντα και το ρΗ τους είναι μικρότερο από 7.