Uorganisk kjemi er en del av generell kjemi. Den tar for seg studiet av egenskapene og oppførselen til uorganiske forbindelser - deres struktur og evne til å reagere med andre stoffer. Denne retningen utforsker alle stoffer, med unntak av de som er bygget fra karbonkjeder (sistnevnte er gjenstand for studier av organisk kjemi).
Description
Kjemi er en kompleks vitenskap. Inndelingen i kategorier er rent vilkårlig. For eksempel er uorganisk og organisk kjemi knyttet sammen av forbindelser som kalles biouorganiske. Disse inkluderer hemoglobin, klorofyll, vitamin B12 og mange enzymer.
Svært ofte, når man studerer stoffer eller prosesser, må man ta hensyn til ulike forhold til andre vitenskaper. Generell og uorganisk kjemi dekker enkle og komplekse stoffer, hvor antallet nærmer seg 400 000. Studiet av deres egenskaper involverer ofte et bredt spekter av fysisk-kjemimetoder, siden de kan kombinere egenskaper som er karakteristiske for en vitenskap som f.eks.fysikk. Kvaliteten på stoffer påvirkes av konduktivitet, magnetisk og optisk aktivitet, effekten av katalysatorer og andre "fysiske" faktorer.
Vanligvis klassifiseres uorganiske forbindelser i henhold til deres funksjon:
- acids;
- grounds;
- oxides;
- s alt.
Oksider deles ofte inn i metaller (basiske oksider eller basiske anhydrider) og ikke-metalloksider (sure oksider eller syreanhydrider).
Opprinnelse
Historien til uorganisk kjemi er delt inn i flere perioder. På det innledende stadiet ble kunnskap akkumulert gjennom tilfeldige observasjoner. Siden antikken har det blitt gjort forsøk på å forvandle uedle metaller til edle metaller. Den alkymistiske ideen ble fremmet av Aristoteles gjennom hans doktrine om elementers konvertibilitet.
I første halvdel av det femtende århundre raste epidemier. Spesielt befolkningen led av kopper og pest. Aesculapius antok at sykdommer er forårsaket av visse stoffer, og kampen mot dem bør utføres ved hjelp av andre stoffer. Dette førte til begynnelsen av den såk alte medisinsk-kjemiske perioden. På den tiden ble kjemi en selvstendig vitenskap.
fremveksten av en ny vitenskap
Under renessansen begynte kjemi fra et rent praktisk fagfelt å "tilegne seg" teoretiske begreper. Forskere prøvde å forklare de underliggende prosessene som skjer med stoffer. I 1661 introduserte Robert Boyle konseptet "kjemisk grunnstoff". I 1675 skiller Nicholas Lemmer de kjemiske elementenemineraler fra planter og dyr, og fastsetter dermed studiet av kjemi av uorganiske forbindelser separat fra organiske.
Senere forsøkte kjemikere å forklare fenomenet forbrenning. Den tyske forskeren Georg Stahl skapte teorien om flogistoner, ifølge hvilken et brennbart legeme avviser en ikke-gravitasjonspartikkel av flogiston. I 1756 beviste Mikhail Lomonosov eksperimentelt at forbrenning av visse metaller er assosiert med luftpartikler (oksygen). Antoine Lavoisier tilbakeviste også teorien om flogistoner, og ble grunnleggeren av den moderne teorien om forbrenning. Han introduserte også konseptet "sammensetning av kjemiske elementer".
Utvikling
Neste periode begynner med arbeidet til John D alton og forsøker å forklare kjemiske lover gjennom samspillet mellom stoffer på atomært (mikroskopisk) nivå. Den første kjemiske kongressen i Karlsruhe i 1860 definerte begrepene atom, valens, ekvivalent og molekyl. Takket være oppdagelsen av den periodiske loven og opprettelsen av det periodiske systemet, beviste Dmitrij Mendeleev at atom-molekylteorien ikke bare er forbundet med kjemiske lover, men også med de fysiske egenskapene til grunnstoffer.
Neste trinn i utviklingen av uorganisk kjemi er assosiert med oppdagelsen av radioaktivt forfall i 1876 og klargjøringen av atomets design i 1913. En studie av Albrecht Kessel og Gilbert Lewis i 1916 løser problemet med kjemiske bindingers natur. Basert på teorien om heterogen likevekt av Willard Gibbs og Henrik Roszeb, skapte Nikolai Kurnakov i 1913 en av hovedmetodene for moderne uorganisk kjemi -fysisk og kjemisk analyse.
Fundamentals of uorganisk kjemi
Uorganiske forbindelser forekommer naturlig i form av mineraler. Jorden kan inneholde jernsulfid som pyritt eller kalsiumsulfat i form av gips. Uorganiske forbindelser forekommer også som biomolekyler. De syntetiseres for bruk som katalysatorer eller reagenser. Den første viktige kunstige uorganiske forbindelsen er ammoniumnitrat, som brukes til å gjødsle jorda.
S alter
Mange uorganiske forbindelser er ioniske forbindelser sammensatt av kationer og anioner. Dette er de såk alte s altene, som er gjenstand for forskning i uorganisk kjemi. Eksempler på ioniske forbindelser er:
- Magnesiumklorid (MgCl2), som inneholder Mg2+ kationer og Cl- anioner.
- Natriumoksid (Na2O), som består av kationer Na+ og anioner O2- .
I hvert s alt er proporsjonene av ioner slik at de elektriske ladningene er i likevekt, det vil si at forbindelsen som helhet er elektrisk nøytral. Ioner beskrives ved deres oksidasjonstilstand og den enkle dannelsen som følger av ioniseringspotensialet (kationer) eller elektronaffiniteten (anioner) til grunnstoffene de er dannet av.
Uorganiske s alter inkluderer oksider, karbonater, sulfater og halogenider. Mange forbindelser er preget av høye smeltepunkter. Uorganiske s alter er vanligvis faste krystallinske formasjoner. En annen viktig funksjon er deresløselighet i vann og enkel krystallisering. Noen s alter (f.eks. NaCl) er svært løselige i vann, mens andre (f.eks. SiO2) er nesten uløselige.
Metaller og legeringer
Metaller som jern, kobber, bronse, messing, aluminium er en gruppe kjemiske grunnstoffer nederst til venstre i det periodiske systemet. Denne gruppen inkluderer 96 elementer som er preget av høy termisk og elektrisk ledningsevne. De er mye brukt i metallurgi. Metaller kan betinget deles inn i jernholdige og ikke-jernholdige, tunge og lette. Det mest brukte grunnstoffet er forresten jern, det opptar 95 % av verdensproduksjonen blant alle typer metaller.
Legeringer er komplekse stoffer som oppnås ved å smelte og blande to eller flere metaller i flytende tilstand. De består av en base (dominerende elementer i prosentvis: jern, kobber, aluminium, etc.) med små tilsetninger av legerings- og modifiserende komponenter.
Mennesket bruker rundt 5000 typer legeringer. De er hovedmaterialene i bygg og industri. Det er forresten også legeringer mellom metaller og ikke-metaller.
klassifisering
I tabellen over uorganisk kjemi er metaller delt inn i flere grupper:
- 6 grunnstoffer er i den alkaliske gruppen (litium, kalium, rubidium, natrium, francium, cesium);
- 4 - i jordalkali (radium, barium, strontium, kalsium);
- 40 - i overgang (titan, gull, wolfram, kobber, mangan,skandium, jern osv.);
- 15 – lantanider (lantan, cerium, erbium, etc.);
- 15 – aktinider (uran, aktinium, thorium, fermium, etc.);
- 7 – halvmetaller (arsen, bor, antimon, germanium, etc.);
- 7 - lette metaller (aluminium, tinn, vismut, bly, etc.).
Ikkemetaller
Ikke-metaller kan være både kjemiske grunnstoffer og kjemiske forbindelser. I fri tilstand danner de enkle stoffer med ikke-metalliske egenskaper. I uorganisk kjemi skilles 22 grunnstoffer. Disse er hydrogen, bor, karbon, nitrogen, oksygen, fluor, silisium, fosfor, svovel, klor, arsen, selen, etc.
De mest typiske ikke-metallene er halogener. I reaksjon med metaller danner de forbindelser hvis binding hovedsakelig er ionisk, slik som KCl eller CaO. Når de interagerer med hverandre, kan ikke-metaller danne kovalent bundne forbindelser (Cl3N, ClF, CS2, etc.).
Baser og syrer
Baser er komplekse stoffer, hvorav de viktigste er vannløselige hydroksyder. Når de er oppløst, dissosieres de med metallkationer og hydroksydanioner, og deres pH er større enn 7. Baser kan betraktes som kjemisk motsatte av syrer fordi vanndissosierende syrer øker konsentrasjonen av hydrogenioner (H3O+) til basen reduseres.
Syrer er stoffer som deltar i kjemiske reaksjoner med baser og tar elektroner fra dem. De fleste syrer av praktisk betydning er vannløselige. Når de er oppløst, dissosieres de fra hydrogenkationer(Н+) og sure anioner, og deres pH er mindre enn 7.
