Ανόργανη χημεία. Γενική και ανόργανη χημεία

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

Περιγραφή

Η χημεία είναι μια πολύπλοκη επιστήμη.Ο διαχωρισμός του σε κατηγορίες είναι καθαρά αυθαίρετος. Για παράδειγμα, η ανόργανη και οργανική χημεία συνδέονται με ενώσεις που ονομάζονται βιολογικές. Αυτά περιλαμβάνουν αιμοσφαιρίνη, χλωροφύλλη, βιταμίνη Β₁₂ και πολλά ένζυμα.

Πολύ συχνά κατά τη μελέτη ουσιών ή διεργασιώνΕίναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι διάφορες σχέσεις με άλλες επιστήμες. Η γενική και ανόργανη χημεία περιλαμβάνει απλές και πολύπλοκες ουσίες, ο αριθμός των οποίων είναι περίπου 400.000. Η μελέτη των ιδιοτήτων τους περιλαμβάνει συχνά ένα ευρύ φάσμα μεθόδων φυσικής χημείας, καθώς μπορούν να συνδυάσουν ιδιότητες χαρακτηριστικές μιας επιστήμης όπως η φυσική. Οι ιδιότητες των ουσιών επηρεάζονται από την αγωγιμότητα, τη μαγνητική και οπτική δραστηριότητα, την επίδραση των καταλυτών και άλλους "φυσικούς" παράγοντες.

Γενικά, οι ανόργανες ενώσεις ταξινομούνται ανάλογα με τη λειτουργία τους:

• οξέα
• λόγοι
• οξείδια;
• αλάτι.

Τα οξείδια ταξινομούνται συχνά σε μέταλλα (βασικά οξείδια ή βασικούς ανυδρίτες) και μη μεταλλικά οξείδια (όξινα οξείδια ή όξινοι ανυδρίτες).

Προέλευση

Η ιστορία της ανόργανης χημείας χωρίζεται σε πολλάέμμηνα. Στο αρχικό στάδιο, η γνώση συσσωρεύτηκε μέσω τυχαίων παρατηρήσεων. Από την αρχαιότητα, έχουν γίνει προσπάθειες να μετατραπούν τα βασικά μέταλλα σε πολύτιμα. Η αλχημική ιδέα προωθήθηκε από τον Αριστοτέλη μέσω της διδασκαλίας του για τη μετατρεψιμότητα των στοιχείων.

Στο πρώτο μισό του 15ου αιώναξέσπασαν επιδημίες. Ο πληθυσμός υπέφερε ιδιαίτερα από ευλογιά και πανώλης. Οι Aesculapians υπέθεσαν ότι οι ασθένειες προκλήθηκαν από ορισμένες ουσίες και ότι η καταπολέμηση τους πρέπει να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας άλλες ουσίες. Αυτό οδήγησε στην έναρξη της λεγόμενης φαρμακοχημικής περιόδου. Εκείνη την εποχή, η χημεία έγινε ανεξάρτητη επιστήμη.

Σχηματισμός μιας νέας επιστήμης

Κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης, η χημεία από μια καθαρά πρακτικήο τομέας της έρευνας άρχισε να «αναπτύσσεται» με θεωρητικές έννοιες. Οι επιστήμονες προσπάθησαν να εξηγήσουν τις βαθιές διεργασίες που συμβαίνουν με ουσίες. Το 1661, ο Robert Boyle εισήγαγε την έννοια του «χημικού στοιχείου». Το 1675, ο Nicholas Lemmer διαχωρίζει τα χημικά στοιχεία των ορυκτών από τα φυτά και τα ζώα, καθιστώντας έτσι τη μελέτη των χημικών ανόργανων ενώσεων ξεχωριστών από τις οργανικές.

Αργότερα, οι χημικοί προσπάθησαν να εξηγήσουν το φαινόμενο της καύσης.Ο Γερμανός επιστήμονας Georg Stahl δημιούργησε τη θεωρία του φλογιστόν, σύμφωνα με την οποία ένα καύσιμο σώμα απορρίπτει ένα μη βαρυτικό σωματίδιο φλογιστών. Το 1756, ο Mikhail Lomonosov απέδειξε πειραματικά ότι η καύση ορισμένων μετάλλων σχετίζεται με σωματίδια αέρα (οξυγόνου). Ο Antoine Lavoisier αντέκρουσε επίσης τη θεωρία του φλογιστόν, έγινε πρωτοπόρος της σύγχρονης θεωρίας της καύσης. Εισήγαγε επίσης την έννοια της «ένωσης χημικών στοιχείων».

Ανάπτυξη

Η επόμενη περίοδος ξεκινά με τα έργα του John Daltonκαι επιχειρεί να εξηγήσει τους χημικούς νόμους μέσω της αλληλεπίδρασης ουσιών σε ατομικό (μικροσκοπικό) επίπεδο Το πρώτο χημικό συνέδριο στην Καρλσρούη το 1860 έδωσε ορισμούς για τις έννοιες του ατόμου, του σθένους, του ισοδύναμου και του μορίου. Χάρη στην ανακάλυψη του περιοδικού νόμου και τη δημιουργία του περιοδικού συστήματος, ο Ντμίτρι Μεντελέεφ απέδειξε ότι η ατομική-μοριακή θεωρία συνδέεται 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 ραδιενεργής διάσπασης το 1876 και την αποσαφήνιση της δομής του ατόμου το 1913. Μια μελέτη των Albrecht Kessel και Hilbert Lewis το 1916 λύνει το πρόβλημα της φύσης των χημικών δεσμών. Με βάση τη θεωρία της ετερογενούς ισορροπίας των Willard Gibbs και Henrik Rosseb, ο Nikolai Kurnakov το 1913 δημιούργησε μία από τις κύριες μεθόδους της σύγχρονης ανόργανης χημείας - φυσικοχημική ανάλυση.

Βασικές αρχές της Ανόργανης Χημείας

Οι ανόργανες ενώσεις εμφανίζονται φυσικά στοτη μορφή 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, το οποίο χρησιμοποιείται για τη γονιμοποίηση του εδάφους.

Αλας

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

• Χλωριούχο μαγνήσιο (MgCl₂), που περιλαμβάνει κατιόντα Mg²⁺ και ανιόντα Cl^-.
• Οξείδιο του νατρίου (Na₂O), που αποτελείται από κατιόντα Na⁺ και ανιόντα Ο^2-.

Σε κάθε αλάτι, οι αναλογίες ιόντων είναι τέτοιεςτα ηλεκτρικά φορτία βρίσκονται σε ισορροπία, δηλαδή η σύνδεση στο σύνολό της είναι ηλεκτρικά ουδέτερη. Τα ιόντα περιγράφονται από την κατάσταση οξείδωσης και την ευκολία σχηματισμού, που προκύπτει από το δυναμικό ιονισμού (κατιόντα) ή την ηλεκτρονική συγγένεια (ανιόντα) των στοιχείων από τα οποία σχηματίζονται.

Τα ανόργανα άλατα περιλαμβάνουν οξείδια,ανθρακικά, θειικά και αλογονίδια. Πολλές ενώσεις έχουν υψηλά σημεία τήξης. Τα ανόργανα άλατα είναι συνήθως στερεοί κρυσταλλικοί σχηματισμοί. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η υδατοδιαλυτότητα και η ευκολία κρυστάλλωσης. Μερικά άλατα (για παράδειγμα, NaCl) είναι πολύ διαλυτά στο νερό, ενώ άλλα (για παράδειγμα, Si02) είναι σχεδόν αδιάλυτα.

Μέταλλα και κράματα

Μέταλλα όπως σίδηρος, χαλκός, χαλκός, ορείχαλκος,αλουμίνιο, είναι μια ομάδα χημικών στοιχείων στο κάτω αριστερό μέρος του περιοδικού πίνακα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει 96 στοιχεία που χαρακτηρίζονται από υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη μεταλλουργία. Τα μέταλλα μπορούν να χωριστούν περίπου σε σιδηρούχα και μη σιδηρούχα, βαριά και ελαφριά. Παρεμπιπτόντως, το πιο χρησιμοποιημένο στοιχείο είναι ο σίδηρος, αντιπροσωπεύει το 95% της παγκόσμιας παραγωγής μεταξύ όλων των τύπων μετάλλων.

Τα κράματα είναι σύνθετες ουσίες,λαμβάνεται με τήξη και ανάμιξη δύο ή περισσότερων μετάλλων σε υγρή κατάσταση. Αποτελούνται από μια βάση (τα κυρίαρχα στοιχεία ως ποσοστό: σίδηρος, χαλκός, αλουμίνιο κ.λπ.) με μικρές προσθήκες κραμάτων και τροποποιητικών συστατικών.

Περίπου 5000 τύποι κραμάτων χρησιμοποιούνται από την ανθρωπότητα. Είναι τα κύρια υλικά στην κατασκευή και τη βιομηχανία. Παρεμπιπτόντως, υπάρχουν επίσης κράματα μεταξύ μετάλλων και μη μετάλλων.

Ταξινόμηση

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

• 6 στοιχεία ανήκουν στην αλκαλική ομάδα (λίθιο, κάλιο, ρουβίδιο, νάτριο, φράγκιο, καίσιο).
• 4 - σε αλκαλική γη (ράδιο, βάριο, στρόντιο, κάλιο)
• 40 - σε μεταβατικό στάδιο (τιτάνιο, χρυσός, βολφράμιο, χαλκός, μαγγάνιο, σκανδάλιο, σίδηρος κ.λπ.).
• 15 - λανθανίδες (λανθάνιο, δημήτριο, erbium κ.λπ.)
• 15 - ακτινίδια (ουράνιο, ανεμώνες, θόριο, φέρμιο κ.λπ.)
• 7 - ημιμέταλλα (αρσενικό, βόριο, αντιμόνιο, γερμάνιο κ.λπ.)
• 7 - ελαφριά μέταλλα (αλουμίνιο, κασσίτερος, βισμούθιο, μόλυβδος κ.λπ.).

Αμέταλλα

Τα μη μέταλλα μπορούν να είναι και τα δύο χημικά στοιχεία,και χημικές ενώσεις. Σε ελεύθερη κατάσταση, σχηματίζουν απλές ουσίες με μη μεταλλικές ιδιότητες. Στην ανόργανη χημεία, διακρίνονται 22 στοιχεία. Πρόκειται για υδρογόνο, βόριο, άνθρακα, άζωτο, οξυγόνο, φθόριο, πυρίτιο, φώσφορο, θείο, χλώριο, αρσενικό, σελήνιο κ.λπ.

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

Βάσεις και οξέα

Οι βάσεις είναι σύνθετες ουσίες, οι σημαντικότερες από τις οποίες είναιπου είναι υδατοδιαλυτά υδροξείδια. Όταν διαλύονται, διαχωρίζονται με μεταλλικά κατιόντα και ανιόντα υδροξειδίου και το ρΗ τους είναι μεγαλύτερο από 7. Οι βάσεις μπορούν να θεωρηθούν χημικά αντίθετες από τα οξέα, επειδή τα οξέα που διαχωρίζουν το νερό αυξάνουν τη συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου (Η3Ο +) έως ότου μειωθεί η βάση.

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