Neorganiskā ķīmija. Vispārīgā un neorganiskā ķīmija

Neorganiskā ķīmija ir daļa no vispārējās ķīmijas.Viņa pēta neorganisko savienojumu īpašības un uzvedību - to struktūru un spēju reaģēt ar citām vielām. Šajā virzienā tiek pētītas visas vielas, izņemot tās, kas ir veidotas no oglekļa ķēdēm (pēdējās ir organiskās ķīmijas izpētes priekšmets).

Apraksts

Ķīmija ir sarežģīta zinātne.Tās sadalījums kategorijās ir tīri patvaļīgs. Piemēram, neorganisko un organisko ķīmiju saista savienojumi, kurus sauc par bioorganiskiem. Tie ietver hemoglobīnu, hlorofilu, B vitamīnu₁₂ un daudzi fermenti.

Ļoti bieži, pētot vielas vai procesusjāņem vērā dažādās attiecības ar citām zinātnēm. Vispārējā un neorganiskā ķīmija ietver vienkāršas un sarežģītas vielas, kuru skaits sasniedz 400 000. To īpašību izpēte bieži ietver plašu fizikālās ķīmijas metožu klāstu, jo tās var apvienot tādas zinātnes raksturīgās īpašības kā fizika. Vielu īpašības ietekmē vadītspēja, magnētiskā un optiskā aktivitāte, katalizatoru ietekme un citi "fiziskie" faktori.

Neorganiskos savienojumus parasti klasificē pēc to funkcijas:

• skābes;
• pamatojumu;
• oksīdi;
• sāls.

Oksīdus bieži klasificē metālos (bāziskie oksīdi vai bāziskie anhidrīdi) un nemetāliskajos oksīdos (skābie oksīdi vai skābes anhidrīdi).

Izcelsme

Neorganiskās ķīmijas vēsture ir sadalīta vairākāsperiodi. Sākotnējā posmā zināšanas tika uzkrātas, izmantojot nejaušus novērojumus. Kopš seniem laikiem parastos metālus ir mēģināts pārveidot par dārgmetāliem. Alķīmisko ideju Aristotelis veicināja ar savu doktrīnu par elementu konvertējamību.

Piecpadsmitā gadsimta pirmajā pusēplosījās epidēmijas. Iedzīvotāji īpaši cieta no baku un mēra. Aesculapians pieņēma, ka slimības izraisa noteiktas vielas, un tās jākontrolē ar citu vielu palīdzību. Tas noveda pie tā sauktā medicīniski ķīmiskā perioda sākuma. Tajā laikā ķīmija kļuva par neatkarīgu zinātni.

Jaunas zinātnes veidošanās

Renesanses laikā ķīmija no tīri praktiskaspētījumu lauks sāka "augt" ar teorētiskām koncepcijām. Zinātnieki ir mēģinājuši izskaidrot dziļos procesus, kas notiek ar vielām. 1661. gadā Roberts Boils ieviesa jēdzienu "ķīmiskais elements". 1675. gadā Nikolass Lemers atdala minerālu ķīmiskos elementus no augiem un dzīvniekiem, tādējādi ķīmisko neorganisko savienojumu izpēti nošķirot no organiskajiem.

Vēlāk ķīmiķi mēģināja izskaidrot sadegšanas parādību.Vācu zinātnieks Georgs Štāls izveidoja flogistona teoriju, saskaņā ar kuru degošs ķermenis noraida ne gravitācijas flogistona daļiņu. 1756. gadā Mihails Lomonosovs eksperimentāli pierādīja, ka dažu metālu sadegšana ir saistīta ar gaisa (skābekļa) daļiņām. Antuāns Lavoizjē arī atspēkoja flogistona teoriju, kļūstot par mūsdienu sadedzināšanas teorijas pionieri. Viņš arī ieviesa jēdzienu "ķīmisko elementu savienojums".

Attīstība

Nākamais periods sākas ar Džona Daltona darbiemun mēģinājumi izskaidrot ķīmiskos likumus, izmantojot vielu mijiedarbību atomu (mikroskopiskā) līmenī. Pirmajā ķīmisko vielu kongresā Karlsrūē 1860. gadā tika definēti atoma, valences, ekvivalenta un molekulas jēdzieni. Pateicoties periodiskā likuma atklāšanai un periodiskās sistēmas izveidošanai, Dmitrijs Mendeļejevs pierādīja, ka atomu-molekulu teorija ir saistīta ne tikai ar ķīmiskajiem likumiem, bet arī ar elementu fizikālajām īpašībām.

Nākamais neorganiskās ķīmijas attīstības posmssaistīts ar radioaktīvās sabrukšanas atklāšanu 1876. gadā un atoma struktūras noskaidrošanu 1913. gadā. Albrehta Kesela un Hilberta Lūisa pētījums 1916. gadā atrisina ķīmisko saišu rakstura problēmu. Balstoties uz Vilarda Gibsa un Henrika Rosseba heterogēnā līdzsvara teoriju, Nikolajs Kurnakovs 1913. gadā izveidoja vienu no galvenajām mūsdienu neorganiskās ķīmijas metodēm - fizikāli ķīmisko analīzi.

Neorganiskās ķīmijas pamati

Neorganiskie savienojumi dabiski rodasminerālu forma. Augsne var saturēt dzelzs sulfīdu, piemēram, pirītu vai kalcija sulfātu ģipša formā. Neorganiskie savienojumi notiek arī kā biomolekulas. Tie tiek sintezēti izmantošanai kā katalizatori vai reaģenti. Pirmais svarīgais mākslīgais neorganiskais savienojums ir amonija nitrāts, ko izmanto augsnes mēslošanai.

Sāls

Daudzi neorganiskie savienojumi pārstāvir jonu savienojumi, kas sastāv no katjoniem un anjoniem. Tie ir tā sauktie sāļi, kas ir neorganiskās ķīmijas pētījumu objekts. Jonu savienojumu piemēri ir:

• Magnija hlorīds (MgCl₂), kas satur katjonus Mg²⁺ un anjoni Cl^-.
• Nātrija oksīds (Na₂O), kas sastāv no Na katjoniem⁺ un anjoni O^2-.

Katrā sālī jonu proporcijas ir tādas, kaelektriskie lādiņi ir līdzsvarā, tas ir, savienojums kopumā ir elektriski neitrāls. Jonus raksturo to oksidēšanās stāvoklis un vieglā veidošanās, kas izriet no to elementu jonizācijas potenciāla (katjoniem) vai elektroniskās afinitātes (anjoniem), no kuriem tie veidojas.

Pie neorganiskajiem sāļiem pieder oksīdi,karbonāti, sulfāti un halogenīdi. Daudziem savienojumiem ir augstas kušanas temperatūras. Neorganiskie sāļi parasti ir cieti kristāliski veidojumi. Vēl viena svarīga iezīme ir to šķīdība ūdenī un kristalizācijas vieglums. Daži sāļi (piemēram, NaCl) labi šķīst ūdenī, bet citi (piemēram, SiO2) gandrīz nešķīst.

Metāli un sakausējumi

Tādi metāli kā dzelzs, varš, bronza, misiņš,alumīnijs ir ķīmisko elementu grupa periodiskās tabulas apakšējā kreisajā stūrī. Šajā grupā ietilpst 96 elementi, kuriem raksturīga augsta siltuma un elektrovadītspēja. Tos plaši izmanto metalurģijā. Metālus var aptuveni sadalīt melnos un krāsainos, smagajos un vieglajos. Starp citu, visbiežāk izmantotais elements ir dzelzs, tas veido 95% pasaules produkcijas starp visiem metālu veidiem.

Sakausējumi ir sarežģītas vielas,iegūst, izkausējot un sajaucot divus vai vairākus metālus šķidrā stāvoklī. Tie sastāv no bāzes (dominējošie elementi procentos: dzelzs, varš, alumīnijs utt.) Ar nelieliem leģējošo un modificējošo komponentu papildinājumiem.

Cilvēce izmanto apmēram 5000 sakausējumu veidu. Tie ir galvenie materiāli būvniecībā un rūpniecībā. Starp citu, starp metāliem un nemetāliem ir arī sakausējumi.

Klasifikācija

Neorganiskās ķīmijas tabulā metāli tiek klasificēti vairākās grupās:

• 6 elementi ir sārmainā grupā (litijs, kālijs, rubīdijs, nātrijs, francijs, cēzijs);
• 4 - sārmainā zemē (radijs, bārijs, stroncijs, kālijs);
• 40 - pārejas posmā (titāns, zelts, volframs, varš, mangāns, skandijs, dzelzs utt.);
• 15 - lantanīdi (lantāns, cerijs, erbijs utt.);
• 15 - aktinīdi (urāns, anemoni, torijs, fermijs utt.);
• 7 - semimetāli (arsēns, bors, antimons, germānijs utt.);
• 7 - vieglie metāli (alumīnijs, alva, bismuts, svins utt.).

Nemetāli

Nemetāli var būt gan ķīmiski elementi,un ķīmiskie savienojumi. Brīvā stāvoklī tie veido vienkāršas vielas ar nemetāliskām īpašībām. Neorganiskajā ķīmijā izšķir 22 elementus. Tie ir ūdeņradis, bors, ogleklis, slāpeklis, skābeklis, fluors, silīcijs, fosfors, sērs, hlors, arsēns, selēns utt.

Visizplatītākie nemetāli ir halogēni.Reakcijā ar metāliem tie veido savienojumus, kuru saite galvenokārt ir jonu, piemēram, KCl vai CaO. Mijiedarbojoties viens ar otru, nemetāli var veidot kovalenti saistītus savienojumus (Cl3N, ClF, CS2 utt.).

Bāzes un skābes

Bāzes ir sarežģītas vielas, no kurām vissvarīgākās irkas ir ūdenī šķīstoši hidroksīdi. Izšķīdinot, tie disociējas ar metāla katjoniem un hidroksīda anjoniem, un to pH ir lielāks par 7. Bāzes var uzskatīt par ķīmiski pretējām skābēm, jo ​​ūdenī disociējošās skābes palielina ūdeņraža jonu (H3O +) koncentrāciju, līdz bāze samazinās.

Skābes ir vielas, kas ir iesaistītasķīmiskās reakcijas ar bāzēm, atņemot tām elektronus. Lielākā daļa praktiski svarīgo skābju ir ūdenī šķīstošas. Izšķīduši, tie norobežojas no ūdeņraža katjoniem (⁺) un skābie anjoni, un to pH ir mazāks par 7.