เคมีอนินทรีย์. เคมีทั่วไปและอนินทรีย์

เคมีอนินทรีย์เป็นส่วนหนึ่งของวิชาเคมีทั่วไปเกี่ยวข้องกับการศึกษาคุณสมบัติและพฤติกรรมของสารประกอบอนินทรีย์ - โครงสร้างและความสามารถในการทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ แนวทางนี้จะสำรวจสสารทั้งหมด ยกเว้นสารที่สร้างจากสายโซ่คาร์บอน (ส่วนหลังเป็นเรื่องของการศึกษาเคมีอินทรีย์)

ลักษณะ

เคมีเป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนการแบ่งออกเป็นหมวดหมู่นั้นเป็นไปตามอำเภอใจ ตัวอย่างเช่น เคมีอนินทรีย์และอินทรีย์เชื่อมโยงกันด้วยสารประกอบที่เรียกว่าไบโออนินทรีย์ ได้แก่ เฮโมโกลบิน คลอโรฟิลล์ วิตามินบี₁₂ และเอนไซม์หลายชนิด

พบบ่อยมากเมื่อศึกษาสารหรือกระบวนการจำเป็นต้องคำนึงถึงความสัมพันธ์ที่หลากหลายกับวิทยาศาสตร์อื่น ๆ เคมีทั่วไปและอนินทรีย์ครอบคลุมสารที่ง่ายและซับซ้อนซึ่งมีจำนวนเกือบ 400,000 รายการ การศึกษาคุณสมบัติของสารเหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับวิธีการทางเคมีกายภาพที่หลากหลายเนื่องจากสามารถรวมคุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะของวิทยาศาสตร์เช่นฟิสิกส์ คุณภาพของสารได้รับผลกระทบจากการนำไฟฟ้า กิจกรรมแม่เหล็กและแสง ผลกระทบของตัวเร่งปฏิกิริยาและปัจจัย "ทางกายภาพ" อื่นๆ

โดยทั่วไป สารประกอบอนินทรีย์แบ่งตามหน้าที่:

• กรด;
• บริเวณ;
• ออกไซด์;
• เกลือ

ออกไซด์มักแบ่งออกเป็นโลหะ (ออกไซด์พื้นฐานหรือแอนไฮไดรด์พื้นฐาน) และออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ (ออกไซด์ของกรดหรือแอซิดแอนไฮไดรด์)

รุ่น

ประวัติของเคมีอนินทรีย์แบ่งออกเป็นหลายส่วนช่วงเวลา ในระยะแรกเป็นการสะสมความรู้โดยการสุ่มสังเกต ตั้งแต่สมัยโบราณ มีความพยายามที่จะเปลี่ยนโลหะพื้นฐานให้เป็นของมีค่า แนวคิดการเล่นแร่แปรธาตุได้รับการส่งเสริมโดยอริสโตเติลผ่านหลักคำสอนเรื่องการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบต่างๆ

ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่สิบห้าโรคระบาดโหมกระหน่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งประชากรที่ได้รับความเดือดร้อนจากไข้ทรพิษและโรคระบาด Aesculapius สันนิษฐานว่าโรคเกิดจากสารบางชนิดและควรต่อสู้กับสารเหล่านี้ด้วยความช่วยเหลือของสารอื่น สิ่งนี้นำไปสู่การเริ่มต้นของช่วงเวลาที่เรียกว่า medico-chemical ในเวลานั้นเคมีกลายเป็นวิทยาศาสตร์อิสระ

การก่อตัวของวิทยาศาสตร์ใหม่

ในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา เคมีจากภาคปฏิบัติล้วนๆสาขาวิชาเริ่ม "ได้รับ" แนวคิดทางทฤษฎี นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายกระบวนการอันลึกซึ้งที่เกิดขึ้นกับสาร ในปี 1661 Robert Boyle นำเสนอแนวคิดของ "องค์ประกอบทางเคมี" ในปี ค.ศ. 1675 Nicholas Lemmer ได้แยกองค์ประกอบทางเคมีของแร่ธาตุออกจากพืชและสัตว์ ด้วยเหตุนี้จึงกำหนดให้มีการศึกษาเคมีของสารประกอบอนินทรีย์แยกจากสารอินทรีย์

ต่อมานักเคมีพยายามอธิบายปรากฏการณ์การเผาไหม้Georg Stahl นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้สร้างทฤษฎีของ phlogiston ซึ่งวัตถุที่ติดไฟได้จะปฏิเสธอนุภาคที่ไม่เป็นแรงโน้มถ่วงของ phlogiston ในปี 1756 Mikhail Lomonosov ได้พิสูจน์การทดลองว่าการเผาไหม้ของโลหะบางชนิดเกี่ยวข้องกับอนุภาคของอากาศ (ออกซิเจน) Antoine Lavoisier ยังได้หักล้างทฤษฎีของ phlogistons และกลายเป็นผู้ก่อตั้งทฤษฎีการเผาไหม้สมัยใหม่ นอกจากนี้เขายังแนะนำแนวคิดของ "องค์ประกอบทางเคมี"

พัฒนาการ

ช่วงต่อไปเริ่มต้นด้วยงานของ John Daltonและพยายามอธิบายกฎเคมีผ่านปฏิสัมพันธ์ของสารในระดับอะตอม (ระดับจุลภาค) การประชุมทางเคมีครั้งแรกที่เมืองคาร์ลสรูเออในปี พ.ศ. 2403 ได้กำหนดแนวคิดเกี่ยวกับอะตอม เวเลนซี สมมูล และโมเลกุล ต้องขอบคุณการค้นพบกฎธาตุและการสร้างระบบธาตุ Dmitry Mendeleev พิสูจน์ว่าทฤษฎีอะตอมและโมเลกุลไม่เพียงเชื่อมโยงกับกฎทางเคมีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพขององค์ประกอบด้วย

ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาเคมีอนินทรีย์เกี่ยวข้องกับการค้นพบการสลายกัมมันตภาพรังสีในปี พ.ศ. 2419 และการอธิบายการออกแบบอะตอมอย่างละเอียดในปี พ.ศ. 2456 การศึกษาโดย Albrecht Kessel และ Gilbert Lewis ในปี 1916 แก้ปัญหาเกี่ยวกับธรรมชาติของพันธะเคมี ตามทฤษฎีความสมดุลต่างกันโดย Willard Gibbs และ Henrik Roszeb ในปี 1913 Nikolai Kurnakov ได้สร้างหนึ่งในวิธีการหลักของเคมีอนินทรีย์สมัยใหม่ - การวิเคราะห์ทางเคมีกายภาพ

พื้นฐานของเคมีอนินทรีย์

สารประกอบอนินทรีย์พบได้ตามธรรมชาติในรูปแบบของแร่ธาตุ ดินอาจมีธาตุเหล็กซัลไฟด์ เช่น แร่ไพไรต์หรือแคลเซียมซัลเฟตในรูปของยิปซั่ม สารประกอบอนินทรีย์ยังเกิดขึ้นเป็นสารชีวโมเลกุล พวกมันถูกสังเคราะห์เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวทำปฏิกิริยา สารประกอบอนินทรีย์ประดิษฐ์ที่สำคัญอย่างแรกคือแอมโมเนียมไนเตรตซึ่งใช้ในการให้ปุ๋ยแก่ดิน

เกลือ

มีสารประกอบอนินทรีย์มากมายเป็นสารประกอบไอออนิกที่ประกอบด้วยไอออนบวกและประจุลบ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าเกลือซึ่งเป็นเป้าหมายของการวิจัยด้านเคมีอนินทรีย์ ตัวอย่างของสารประกอบไอออนิก ได้แก่

• แมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl₂) ซึ่งมีไอออนบวก Mg²⁺ และแอนไอออน Cl^-.
• โซเดียมออกไซด์ (Na₂O) ซึ่งประกอบด้วย Na ไอออนบวก⁺ และแอนไอออน O^2-.

ในเกลือแต่ละชนิดมีสัดส่วนของไอออนดังนี้ประจุไฟฟ้าอยู่ในสภาวะสมดุล กล่าวคือ สารประกอบโดยรวมเป็นกลางทางไฟฟ้า ไอออนถูกอธิบายโดยสถานะออกซิเดชันและความสะดวกในการก่อตัว ซึ่งตามมาจากศักย์ไฟฟ้าไอออไนเซชัน (ไอออนบวก) หรือค่าสัมพรรคภาพของอิเล็กตรอน (แอนไอออน) ของธาตุที่ก่อตัวขึ้น

เกลืออนินทรีย์ ได้แก่ ออกไซด์คาร์บอเนต ซัลเฟต และเฮไลด์ สารประกอบหลายชนิดมีจุดหลอมเหลวสูง เกลืออนินทรีย์มักจะก่อตัวเป็นผลึกแข็ง คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการละลายในน้ำและการตกผลึกได้ง่าย เกลือบางชนิด (เช่น NaCl) สามารถละลายน้ำได้สูง ในขณะที่เกลือบางชนิด (เช่น SiO2) แทบไม่ละลายน้ำ

โลหะและโลหะผสม

โลหะ เช่น เหล็ก ทองแดง บรอนซ์ ทองเหลืองอลูมิเนียมเป็นกลุ่มขององค์ประกอบทางเคมีที่ด้านล่างซ้ายของตารางธาตุ กลุ่มนี้ประกอบด้วยองค์ประกอบ 96 รายการที่มีลักษณะการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านโลหะวิทยา โลหะสามารถแบ่งตามเงื่อนไขได้เป็นเหล็กและอโลหะ หนักและเบา โดยวิธีการที่องค์ประกอบที่ใช้มากที่สุดคือเหล็กซึ่งคิดเป็น 95% ของการผลิตทั่วโลกในบรรดาโลหะทุกประเภท

โลหะผสมเป็นสารที่ซับซ้อนได้จากการหลอมและผสมโลหะสองชนิดขึ้นไปในสถานะของเหลว ประกอบด้วยฐาน (องค์ประกอบเด่นในรูปเปอร์เซ็นต์: เหล็ก ทองแดง อะลูมิเนียม ฯลฯ) พร้อมด้วยส่วนประกอบเจือและดัดแปลงเพิ่มเติมเล็กน้อย

มนุษย์ใช้โลหะผสมประมาณ 5,000 ชนิด เป็นวัสดุหลักในการก่อสร้างและอุตสาหกรรม นอกจากนี้ยังมีโลหะผสมระหว่างโลหะและอโลหะ

การจัดหมวดหมู่

ในตารางเคมีอนินทรีย์ โลหะแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม:

• 6 องค์ประกอบอยู่ในกลุ่มอัลคาไลน์ (ลิเธียม โพแทสเซียม รูบิเดียม โซเดียม แฟรนเซียม ซีเซียม);
• 4 - ในดินอัลคาไลน์ (เรเดียม, แบเรียม, สตรอนเทียม, โพแทสเซียม);
• 40 - ในช่วงเปลี่ยนผ่าน (ไทเทเนียม, ทอง, ทังสเตน, ทองแดง, แมงกานีส, สแกนเดียม, เหล็ก, ฯลฯ );
• 15 - แลนทาไนด์ (แลนทานัม, ซีเรียม, เออร์เบียม, ฯลฯ );
• 15 - แอกทิไนด์ (ยูเรเนียม, แอกทิเนียม, ทอเรียม, เฟอร์เมียม, ฯลฯ );
• 7 - สารกึ่งโลหะ (สารหนู, โบรอน, พลวง, เจอร์เมเนียม, ฯลฯ );
• 7 - โลหะเบา (อะลูมิเนียม ดีบุก บิสมัท ตะกั่ว ฯลฯ)

อโลหะ

อโลหะสามารถเป็นได้ทั้งองค์ประกอบทางเคมีเช่นเดียวกับสารประกอบทางเคมี ในสถานะอิสระ พวกมันสร้างสารธรรมดาที่มีคุณสมบัติอโลหะ ในเคมีอนินทรีย์ 22 ธาตุมีความโดดเด่น ได้แก่ ไฮโดรเจน โบรอน คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน ซิลิกอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน คลอรีน สารหนู ซีลีเนียม ฯลฯ

อโลหะที่พบมากที่สุดคือฮาโลเจนในการทำปฏิกิริยากับโลหะ พวกมันจะสร้างสารประกอบที่มีพันธะไอออนิกเป็นส่วนใหญ่ เช่น KCl หรือ CaO เมื่อทำปฏิกิริยากัน อโลหะสามารถสร้างสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ได้ (Cl3N, ClF, CS2 เป็นต้น)

เบสและกรด

เบสเป็นสารเชิงซ้อนซึ่งสำคัญที่สุดซึ่งเป็นไฮดรอกไซด์ที่ละลายน้ำได้ เมื่อละลายน้ำ จะแตกตัวด้วยไอออนบวกของโลหะและไฮดรอกไซด์แอนไอออน และค่า pH ของพวกมันจะมากกว่า 7 เบสอาจถูกพิจารณาว่าตรงข้ามกับกรด เนื่องจากกรดที่แยกตัวออกจากน้ำจะเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (H3O+) จนกว่าเบสจะลดลง

กรดเป็นสารที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีกับเบสรับอิเล็กตรอนจากพวกมัน กรดที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ละลายน้ำได้ เมื่อละลายจะแยกตัวออกจากไฮโดรเจนไอออนบวก (H⁺) และแอนไอออนที่เป็นกรด และ pH น้อยกว่า 7