Неорганічна хімія – частина загальної хімії. Вона займається вивченням властивостей та поведінки неорганічних сполук – їх структури і здатності реагувати з іншими речовинами. Даний напрямок досліджує всі речовини, за винятком тих, які побудовані з вуглецевих ланцюгів (останні є предметом вивчення органічної хімії).

Опис

Хімія – це комплексна наука. Її поділ на категорії чисто умовно. Наприклад, неорганічну та органічну хімію пов'язують з'єднання, звані бионеорганическими. До них відносяться гемоглобін, хлорофіл, вітамін B 12 і багато ферменти.


Дуже часто при вивченні речовин або процесів доводиться враховувати різні взаємозв'язки з іншими науками. Загальна та неорганічна хімія охоплює прості і складні речовини, кількість яких наближається до 400000. Вивчення їх властивостей часто включає в себе широкий спектр методів фізичної хімії, оскільки вони можуть поєднувати властивості, характерні для такої науки, як фізика. На якості речовин впливають провідність, магнітна та оптична активність, вплив каталізаторів та інші «фізичні» фактори. Як правило, неорганічні сполуки класифікуються в відповідно до їх функцією:

кислоти;

підстави;

оксиди;

солі.

Оксиди часто поділяються на метали, основні оксиди або основні ангідриди) і неметалічні оксиди (кислотні оксиди або ангідриди кислот).

Зародження

Історія неорганічної хімії ділиться на кілька періодів. На початковому етапі відбувалося накопичення знань за допомогою випадкових спостережень. З давніх часів робилися спроби трансформувати неблагородні метали дорогоцінні. Алхімічна пропагувалася ідея ще Аристотелем через його вчення про конвертованості елементів.


У першій половині п'ятнадцятого століття лютували епідемії. Особливо населення страждало від віспи і чуми. Ескулапи припускали, що захворювання викликані певними речовинами, і боротьба з ними повинна здійснюватися з допомогою інших речовин. Це призвело до початку так званого медико-хімічного періоду. У той час хімія стала самостійною наукою.

Становлення нової науки

Під час Відродження хімія з чисто практичної галузі дослідження стала «обростати» теоретичними поняттями. Вчені намагалися пояснити глибинні процеси, що відбуваються з речовинами. У 1661 році Роберт Бойль вводить поняття «хімічний елемент». У 1675 році Ніколас Lemmer відокремлює хімічні елементи мінералів від рослин і тварин, тим самим зумовивши вивчення хімією неорганічних сполук окремо від органічних. Пізніше хіміки намагалися пояснити явище горіння. Німецький вчений Георг Сталь створив теорію флогистонов, згідно якої згорає тіло відторгає негравитационную частку флогистона. У 1756 році Михайло Ломоносов експериментально довів, що горіння деяких металів пов'язане з частками повітря (кисню). Антуан Лавуазьє також спростував теорію флогистонов, ставши родоначальником сучасної теорії горіння. Їм же введено поняття «з'єднання хімічних елементів».

Розвиток

Наступний період починається з робіт Джона Далтона і спроб пояснити хімічні закони допомогою взаємодії речовин на атомарному (мікроскопічному рівні. Перший хімічний конгрес в Карлсруе в 1860 році дав визначення понять атома, валентності, еквівалента і молекули. Завдяки відкриттю періодичного закону та створення періодичної системи Дмитро Менделєєв довів, що атомно-молекулярна теорія пов'язана не тільки з хімічними законами, але і з фізичними властивостями елементів. Наступний етап в розвитку неорганічної хімії пов'язаний з виявленням радіоактивного розпаду в 1876 році і з'ясуванням конструкції атома в 1913-м. Дослідження Альбрехта Кесселя і Гільберта Льюїса в 1916 році вирішує проблему природи хімічних зв'язків. Ґрунтуючись на теорії гетерогенного рівноваги Уілларда Гіббса і Хенріка Росзеба, Микола Курнаков в 1913 році створив один з основних методів сучасної неорганічної хімії – фізико-хімічний аналіз.

Основи неорганічної хімії

Неорганічні сполуки в природі зустрічається у вигляді мінералів. Грунт може містити сульфід заліза, такий як пірит, або сульфат кальцію у вигляді гіпсу. Неорганічні сполуки також зустрічаються як біомолекули. Вони синтезуються для використання в якості каталізаторів або реагентів. Першим важливим штучним неорганічним з'єднанням є нітрат амонію, який використовується для удобрення грунту.

Солі

Багато неорганічні сполуки являють собою іонні сполуки, що складаються з катіонів та аніонів. Це так звані солі, що є об'єктом досліджень неорганічної хімії. Прикладами іонних сполук є:

Хлорид магнію (MgCl 2 ), до складу якого входять катіони Mg 2+ і аніони Cl - .

Оксид натрію (Na 2 O), який складається з катіонів Na + і аніонів O 2 - .

У кожній солі пропорції іонів такі, що електричні заряди рівноважні, тобто з'єднання в цілому є електрично нейтральним. Іони описуються ступенем окислення і легкістю освіти, яка випливає з потенціалу іонізації (катіони) або електронного спорідненості (аніони) елементів, з яких вони утворюються.
До неорганічних солей належать оксиди, карбонати, сульфати і галогеніди. Багато сполуки характеризуються високою температурою плавлення. Неорганічні солі зазвичай являють собою тверді кристалічні утворення. Іншою важливою особливістю є їх розчинність в воді і легкість кристалізації. Деякі солі (наприклад, NaCl) добре розчинні у воді, в той час як інші (наприклад, SiO2) майже не розчиняються.

Метали і сплави

Метали, такі як залізо, мідь, бронза, латунь, алюміній, представляють собою групу хімічних елементів в нижній лівій частині періодичної таблиці. До цієї групи відносяться 96 елементів, які характеризуються високою теплопровідністю та електропровідністю. Вони широко використовуються в металургії. Метали можуть бути умовно розділені на чорні і кольорові, важкі і легкі. До речі, найбільш використовуваним елементом є залізо, воно займає 95 % світового виробництва серед всіх видів металів. Сплави являють собою складні речовини, одержувані шляхом плавлення і змішування двох або більше металів у рідкому стані. Вони складаються з основи (домінуючих елементів у відсотковому співвідношенні: заліза, міді, алюмінію тощо) з невеликими добавками легуючих і модифікуючих компонентів. Людством застосовується близько 5000 типів сплавів. Вони є основними матеріалами в будівництві та промисловості. До речі, існують також сплави між металами і неметалами.

Класифікація

В таблиці неорганічної хімії метали розподілені по декількох групах:

6 елементів знаходяться в лужному групі (літій, калій, рубідій, натрій, францій, цезій);

4 – в щелочноземельной (радій, барій, стронцій, калій);

40 – в перехідній (титан, золото, вольфрам, мідь, марганець, скандій, залізо та ін);

15 – лантаноиди (лантан, церій, эрбий та ін);

15 – актиноиди (уран, актиній, торій, фермій та ін);

7 – полуметалли (миш'як, бор, сурма, германій та ін);

7 – легкі метали (алюміній, олово, вісмут, свинець і ін).

Неметали

Неметали можуть бути як хімічними елементами, так і хімічними сполуками. У вільному стані вони утворюють прості речовини з неметалічними властивостями. У неорганічної хімії розрізняють 22 елемента. Це водень, бор, вуглець, азот, кисень, фтор, кремній, фосфор, сірка, хлор, миш'як, селен та ін Найбільш типовими неметалами є галогени. В реакції з металами вони утворюють з'єднання, зв'язок яких в основному іонна, наприклад KCl або CaO. При взаємодії один з одним неметали можуть утворювати ковалентно пов'язані з'єднання (Cl3N, ClF, CS2 і т. д.).

Підстави і кислоти

Основи – це складні речовини, найбільш важливими з яких є водорозчинні гідроксиди. При розчиненні вони дисоціюють з катіонами металів і аніонами гідроксидів, а їх рН більше 7. Підстави можна розглядати як хімічно протилежні кислот, бо водо-диссоциирующие кислоти збільшують концентрацію іонів водню (H3O+), поки основа не зменшиться. Кислоти – це речовини, які беруть участь у хімічних реакціях за підставами, забираючи у них електрони. Більшість кислот, що мають практичне значення, є водорозчинними. При розчиненні вони дисоціюють з катіонів водню (Н + ) і кислих аніонів, а їх рН менше 7.