Uorganisk kemi er en del af generel kemi. Det omhandler studiet af uorganiske forbindelsers egenskaber og adfærd - deres struktur og evne til at reagere med andre stoffer. Denne retning udforsker alle stoffer, med undtagelse af dem, der er bygget af kulstofkæder (sidstnævnte er genstand for undersøgelse af organisk kemi).
Description
Kemi er en kompleks videnskab. Dens opdeling i kategorier er rent vilkårlig. For eksempel er uorganisk og organisk kemi forbundet af forbindelser kaldet biouorganiske. Disse omfatter hæmoglobin, klorofyl, vitamin B12 og mange enzymer.
Meget ofte, når man studerer stoffer eller processer, skal man tage hensyn til forskellige forhold til andre videnskaber. Generel og uorganisk kemi dækker over simple og komplekse stoffer, hvoraf antallet nærmer sig 400.000. Studiet af deres egenskaber involverer ofte en lang række fysisk-kemiske metoder, da de kan kombinere egenskaber, der er karakteristiske for en videnskab som f.eks.fysik. Kvaliteten af stoffer påvirkes af ledningsevne, magnetisk og optisk aktivitet, virkningen af katalysatorer og andre "fysiske" faktorer.
Generelt klassificeres uorganiske forbindelser efter deres funktion:
- syrer;
- grunde;
- oxides;
- s alt.
Oxider opdeles ofte i metaller (basiske oxider eller basiske anhydrider) og ikke-metaloxider (sure oxider eller syreanhydrider).
Oprindelse
Historien om uorganisk kemi er opdelt i flere perioder. I den indledende fase blev viden akkumuleret gennem tilfældige observationer. Siden oldtiden er der blevet gjort forsøg på at omdanne uædle metaller til ædle metaller. Den alkymistiske idé blev fremmet af Aristoteles gennem hans doktrin om elementernes omdannelsesevne.
I første halvdel af det femtende århundrede rasede epidemier. Især befolkningen led af kopper og pest. Aesculapius antog, at sygdomme er forårsaget af visse stoffer, og kampen mod dem bør udføres ved hjælp af andre stoffer. Dette førte til begyndelsen af den såkaldte medico-kemiske periode. På det tidspunkt blev kemi en selvstændig videnskab.
fremkomsten af en ny videnskab
Under renæssancen begyndte kemi fra et rent praktisk fagområde at "erhverve" teoretiske begreber. Forskere forsøgte at forklare de underliggende processer, der opstår med stoffer. I 1661 introducerede Robert Boyle begrebet "kemisk grundstof". I 1675 adskiller Nicholas Lemmer de kemiske grundstoffermineraler fra planter og dyr, og derved fastlægges studiet af kemi af uorganiske forbindelser adskilt fra organiske.
Senere forsøgte kemikere at forklare fænomenet forbrænding. Den tyske videnskabsmand Georg Stahl skabte teorien om phlogistoner, ifølge hvilken et brændbart legeme afviser en ikke-gravitationel partikel af phlogiston. I 1756 beviste Mikhail Lomonosov eksperimentelt, at forbrændingen af visse metaller er forbundet med partikler af luft (ilt). Antoine Lavoisier afviste også teorien om flogistoner og blev grundlæggeren af den moderne teori om forbrænding. Han introducerede også begrebet "sammensætning af kemiske grundstoffer".
Udvikling
Den næste periode begynder med John D altons arbejde og forsøger at forklare kemiske love gennem vekselvirkningen mellem stoffer på det atomare (mikroskopiske) niveau. Den første kemiske kongres i Karlsruhe i 1860 definerede begreberne atom, valens, ækvivalent og molekyle. Takket være opdagelsen af den periodiske lov og skabelsen af det periodiske system beviste Dmitry Mendeleev, at den atomare-molekylære teori ikke kun er forbundet med kemiske love, men også med grundstoffernes fysiske egenskaber.
Det næste trin i udviklingen af uorganisk kemi er forbundet med opdagelsen af radioaktivt henfald i 1876 og belysningen af atomets design i 1913. En undersøgelse af Albrecht Kessel og Gilbert Lewis i 1916 løser problemet med kemiske bindingers natur. Baseret på teorien om heterogen ligevægt af Willard Gibbs og Henrik Roszeb skabte Nikolai Kurnakov i 1913 en af de vigtigste metoder for moderne uorganisk kemi -fysisk og kemisk analyse.
Fundamentals of uorganisk kemi
Uorganiske forbindelser forekommer naturligt i form af mineraler. Jorden kan indeholde jernsulfid såsom pyrit eller calciumsulfat i form af gips. Uorganiske forbindelser forekommer også som biomolekyler. De syntetiseres til brug som katalysatorer eller reagenser. Den første vigtige kunstige uorganiske forbindelse er ammoniumnitrat, der bruges til at gøde jorden.
S alt
Mange uorganiske forbindelser er ioniske forbindelser sammensat af kationer og anioner. Det er de såkaldte s alte, som er genstand for forskning i uorganisk kemi. Eksempler på ioniske forbindelser er:
- Magnesiumchlorid (MgCl2), som indeholder Mg2+ kationer og Cl- anioner.
- Natriumoxid (Na2O), som består af kationer Na+ og anioner O2- .
I hvert s alt er andelen af ioner sådan, at de elektriske ladninger er i ligevægt, det vil sige, at forbindelsen som helhed er elektrisk neutral. Ioner beskrives ved deres oxidationstilstand og den lette dannelse, der følger af ioniseringspotentialet (kationer) eller elektronaffiniteten (anioner) af de grundstoffer, hvoraf de er dannet.
Uorganiske s alte omfatter oxider, carbonater, sulfater og halogenider. Mange forbindelser er karakteriseret ved høje smeltepunkter. Uorganiske s alte er sædvanligvis faste krystallinske formationer. En anden vigtig funktion er deresopløselighed i vand og let krystallisation. Nogle s alte (f.eks. NaCl) er meget opløselige i vand, mens andre (f.eks. SiO2) er næsten uopløselige.
Metaller og legeringer
Metaler såsom jern, kobber, bronze, messing, aluminium er en gruppe kemiske grundstoffer nederst til venstre i det periodiske system. Denne gruppe omfatter 96 elementer, der er karakteriseret ved høj termisk og elektrisk ledningsevne. De er meget udbredt i metallurgi. Metaller kan betinget opdeles i jernholdige og ikke-jernholdige, tunge og lette. I øvrigt er det mest brugte grundstof jern, det fylder 95 % af verdensproduktionen blandt alle typer metaller.
Legeringer er komplekse stoffer opnået ved at smelte og blande to eller flere metaller i flydende tilstand. De består af en base (dominerende elementer i procent: jern, kobber, aluminium osv.) med små tilføjelser af legerings- og modificerende komponenter.
Mennesket bruger omkring 5000 typer legeringer. De er de vigtigste materialer i byggeri og industri. Der er i øvrigt også legeringer mellem metaller og ikke-metaller.
Klassificering
I tabellen over uorganisk kemi er metaller opdelt i flere grupper:
- 6 grundstoffer er i den alkaliske gruppe (lithium, kalium, rubidium, natrium, francium, cæsium);
- 4 - i jordalkali (radium, barium, strontium, calcium);
- 40 - i overgang (titanium, guld, wolfram, kobber, mangan,skandium, jern osv.);
- 15 – lanthanider (lanthan, cerium, erbium osv.);
- 15 – actinider (uran, actinium, thorium, fermium osv.);
- 7 – halvmetaller (arsen, bor, antimon, germanium osv.);
- 7 - letmetaller (aluminium, tin, vismut, bly osv.).
Ikkemetaller
Ikke-metaller kan både være kemiske grundstoffer og kemiske forbindelser. I fri tilstand danner de simple stoffer med ikke-metalliske egenskaber. I uorganisk kemi skelnes 22 grundstoffer. Disse er brint, bor, kulstof, nitrogen, oxygen, fluor, silicium, fosfor, svovl, klor, arsen, selen osv.
De mest typiske ikke-metaller er halogener. I reaktion med metaller danner de forbindelser, hvis binding hovedsageligt er ionisk, såsom KCl eller CaO. Når de interagerer med hinanden, kan ikke-metaller danne kovalent bundne forbindelser (Cl3N, ClF, CS2 osv.).
Baser og syrer
Baser er komplekse stoffer, hvoraf de vigtigste er vandopløselige hydroxider. Når de er opløst, dissocierer de med metalkationer og hydroxidanioner, og deres pH er større end 7. Baser kan betragtes som kemisk modsat syrer, fordi vanddissocierende syrer øger koncentrationen af hydrogenioner (H3O+), indtil basen er reduceret.
Syrer er stoffer, der deltager i kemiske reaktioner med baser og tager elektroner fra dem. De fleste syrer af praktisk betydning er vandopløselige. Når de er opløst, dissocierer de fra brintkationer(Н+) og sure anioner, og deres pH er mindre end 7.
