Chemijos kursas mokyklose prasideda 8 klasėje bendrųjų mokslo pagrindų studijomis: aprašomi galimi ryšių tarp atomų tipai, kristalinių gardelių tipai ir dažniausiai pasitaikantys reakcijos mechanizmai. Tai tampa svarbaus, bet konkretesnio skyriaus – neorganinių medžiagų – tyrimo pagrindu.
Kas tai yra
Neorganinė chemija yra mokslas, nagrinėjantis visų periodinės lentelės elementų sandaros, pagrindinių savybių ir reaktyvumo principus. Svarbų vaidmenį neorganinėse atlieka periodinis dėsnis, kuris supaprastina sistemingą medžiagų klasifikavimą, keičiant jų masę, skaičių ir tipą.
Kursas apima ir junginius, susidariusius lentelės elementų sąveikos metu (vienintelė išimtis – angliavandenilių sritis, kuri nagrinėjama organikos skyriuose). Neorganinės chemijos užduotys leidžia realizuoti praktikoje įgytas teorines žinias.
Mokslas istorijojeaspektas
Pavadinimas „neorganinis“atsirado vadovaujantis mintimi, kad jis apima dalį chemijos žinių, nesusijusių su biologinių organizmų veikla.
Bėgant laikui buvo įrodyta, kad didžioji dalis organinio pasaulio gali gaminti „negyvus“junginius, o bet kokio tipo angliavandeniliai sintetinami laboratorijoje. Taigi, iš amonio cianato, kuris yra druska elementų chemijoje, vokiečių mokslininkas Wehleris sugebėjo susintetinti karbamidą.
Kad būtų išvengta painiavos su abiejų mokslų tyrimų tipų nomenklatūra ir klasifikacija, mokyklinių ir universitetinių kursų programoje, vadovaujantis bendrosios chemijos, neorganinių medžiagų studijos yra pagrindinė disciplina. Mokslo pasaulis laikosi panašios sekos.
Neorganinių medžiagų klasės
Chemija numato tokį medžiagos pateikimą, kuriame neorganinių medžiagų įvadiniuose skyriuose nagrinėjamas periodinis elementų dėsnis. Tai yra specialaus tipo klasifikacija, pagrįsta prielaida, kad branduolių atominiai krūviai veikia medžiagų savybes, o šie parametrai kinta cikliškai. Iš pradžių lentelė buvo sudaryta kaip elementų atominių masių padidėjimo atspindys, tačiau netrukus ši seka buvo atmesta dėl jos nenuoseklumo aspektu, kuriuo neorganinėms medžiagoms reikia atsižvelgti į šį klausimą.
Chemija, be periodinės lentelės, rodo, kad yra apie šimtą figūrų, grupių ir diagramų, atspindinčių savybių periodiškumą.
Šiuo metu konsoliduota tokio svarstymo versijasąvokos kaip neorganinės chemijos klasės. Lentelės stulpeliuose nurodyti elementai, priklausantys nuo fizinių ir cheminių savybių, eilutėse - laikotarpiai, panašūs vienas į kitą.
Paprastos medžiagos neorganinėse medžiagose
Ženklas periodinėje lentelėje ir paprasta medžiaga laisvoje būsenoje dažniausiai yra skirtingi dalykai. Pirmuoju atveju atsispindi tik konkretus atomų tipas, antruoju – dalelių jungties tipas ir jų tarpusavio įtaka stabiliomis formomis.
Cheminis ryšys paprastose medžiagose lemia jų padalijimą į šeimas. Taigi galima išskirti du plačius atomų grupių tipus – metalus ir nemetalus. Pirmąją šeimą sudaro 96 elementai iš 118 ištirtų.
Metalai
Metalo tipas reiškia, kad tarp dalelių yra to paties pavadinimo ryšys. Sąveika grindžiama gardelės elektronų socializacija, kuriai būdingas nekryptingumas ir neprisotinimas. Štai kodėl metalai gerai praleidžia šilumą ir įkrauna, turi metalinį blizgesį, lankstumą ir lankstumą.
Tradiciškai metalai yra periodinės lentelės kairėje, kai brėžiama tiesi linija nuo boro iki astatino. Elementai, esantys arti šios linijos, dažniausiai yra ribinio pobūdžio ir pasižymi dvejopomis savybėmis (pavyzdžiui, germanis).
Metalai dažniausiai sudaro bazinius junginius. Tokių medžiagų oksidacijos laipsniai paprastai neviršija dviejų. Grupėje metališkumas didėja, o tam tikru laikotarpiu mažėja. Pavyzdžiui, radioaktyvusis francis turi daugiau pagrindinių savybių nei natris, oHalogenų šeimoje jodas netgi turi metalinį blizgesį.
Kitaip situacija yra periode – inertinės dujos užbaigia polygius, prieš kuriuos atsiranda priešingų savybių medžiagų. Horizontalioje periodinės lentelės erdvėje pasireiškęs elementų reaktyvumas keičiasi nuo bazinio iki amfoterinio į rūgštinį. Metalai yra geri reduktoriai (priima elektronus, kai susidaro ryšiai).
Nemetalai
Šis atomų tipas yra įtrauktas į pagrindines neorganinės chemijos klases. Nemetalai užima dešinę periodinės lentelės pusę, rodydami paprastai rūgštines savybes. Dažniausiai šie elementai būna junginių pavidalu (pavyzdžiui, boratai, sulfatai, vanduo). Laisvoje molekulinėje būsenoje žinoma, kad yra sieros, deguonies ir azoto. Taip pat yra kelios dviatomės nemetalinės dujos – be dviejų pirmiau minėtų, tai yra vandenilis, fluoras, bromas, chloras ir jodas.
Tai yra labiausiai paplitusios medžiagos žemėje – ypač dažnas yra silicis, vandenilis, deguonis ir anglis. Jodas, selenas ir arsenas yra labai reti (tai taip pat apima radioaktyvias ir nestabilias konfigūracijas, kurios yra paskutiniuose lentelės perioduose).
Junginiuose nemetalai daugiausia elgiasi kaip rūgštys. Jie yra galingi oksidatoriai, nes gali prijungti papildomą skaičių elektronų, kad būtų užbaigtas lygis.
Sudėtinės medžiagos neorganinėse medžiagose
Be medžiagų, kurias atstovauja viena atomų grupė,išskiriami junginiai, sudaryti iš kelių skirtingų konfigūracijų. Tokios medžiagos gali būti dvejetainės (sudarytos iš dviejų skirtingų dalelių), trijų, keturių elementų ir pan.
Dviejų elementų medžiagos
Chemija teikia ypatingą reikšmę molekulių jungčių dvinarumui. Neorganinių junginių klasės taip pat nagrinėjamos tarp atomų susidariusio ryšio požiūriu. Jis gali būti joninis, metalinis, kovalentinis (polinis arba nepolinis) arba mišrus. Paprastai tokios medžiagos aiškiai rodo bazines (esant metalui), amforterinę (dviguba – ypač būdinga aliuminiui) arba rūgštinę (jei yra elementas, kurio oksidacijos laipsnis yra +4 ir aukštesnė) savybes.
Trijų elementų partneriai
Neorganinės chemijos temos numato svarstymą apie tokio tipo atomų susijungimą. Junginiai, susidedantys iš daugiau nei dviejų atomų grupių (dažniausiai neorganiniai susiję su trijų elementų rūšimis), paprastai susidaro dalyvaujant komponentams, kurie labai skiriasi vienas nuo kito fizikiniais ir cheminiais parametrais.
Galimi jungčių tipai yra kovalentiniai, joniniai ir mišrūs. Paprastai trijų elementų medžiagos savo elgesiu yra panašios į dvejetaines dėl to, kad viena iš tarpatominės sąveikos jėgų yra daug stipresnė už kitą: silpnoji susidaro antriškai ir tirpale turi galimybę greičiau disocijuoti.
Neorganinės chemijos pamokos
Didžiąją dalį medžiagų, tirtų neorganinių medžiagų kursuose, galima nagrinėti naudojant paprastą klasifikaciją, atsižvelgiant į jų sudėtį irsavybių. Taigi išskiriami hidroksidai, rūgštys, oksidai ir druskos. Svarstymą apie jų santykius geriau pradėti nuo susipažinimo su oksiduotų formų sąvoka, kurioje gali atsirasti beveik bet kokia neorganinė medžiaga. Tokių junginių chemija aptariama skyriuose apie oksidus.
Oksidai
Oksidas yra bet kurio cheminio elemento junginys, kurio oksidacijos būsena yra lygi -2 (peroksiduose atitinkamai -1). Ryšys susidaro dėl elektronų atatrankos ir prisijungimo, kai sumažėja O2 (kai deguonis yra labiausiai elektroneigiamas elementas).
Gali pasižymėti ir rūgštinėmis, ir amfoterinėmis, ir bazinėmis savybėmis, priklausomai nuo antrosios atomų grupės. Jei tai metalas, okside jis neviršija +2 oksidacijos laipsnio, jei nemetalas - nuo +4 ir daugiau. Pavyzdžiuose, kurių parametrai yra dvejopo pobūdžio, reikšmė +3.
Rūgštys neorganinėse medžiagose
Rūgštinių junginių vidutinė reakcija yra mažesnė nei 7, nes juose yra vandenilio katijonų, kurie gali ištirpti ir vėliau būti pakeisti metalo jonais. Pagal klasifikaciją jos yra sudėtingos medžiagos. Daugumą rūgščių galima gauti skiedžiant atitinkamus oksidus vandeniu, pavyzdžiui, po SO hidratacijos susidaro sieros rūgštis3.
Pagrindinė neorganinė chemija
Šio tipo junginių savybės atsiranda dėl to, kad yra hidroksilo radikalas OH, kuris sukelia terpės reakciją, viršijančią 7. Tirpios bazės vadinamosšarmų, jie yra stipriausi šioje medžiagų klasėje dėl visiškos disociacijos (skystyje skilimo į jonus). OH grupę formuojant druskas galima pakeisti rūgštinėmis liekanomis.
Neorganinė chemija yra dvejopas mokslas, galintis aprašyti medžiagas iš skirtingų perspektyvų. Protolizinėje teorijoje bazės laikomos vandenilio katijonų akceptoriais. Šis metodas išplečia šios klasės medžiagų sampratą, šarmine vadindama bet kurią medžiagą, kuri gali priimti protoną.
Druskos
Šio tipo junginiai yra tarp bazių ir rūgščių, nes tai yra jų sąveikos produktas. Taigi metalo jonas (kartais amonio, fosfonio ar hidroksonio) dažniausiai veikia kaip katijonas, o rūgšties liekana – kaip anijoninė medžiaga. Kai susidaro druska, vandenilis pakeičiamas kita medžiaga.
Priklausomai nuo reagentų skaičiaus ir jų stiprumo santykio vienas kito atžvilgiu, racionalu atsižvelgti į keletą sąveikos produktų tipų:
- bazinės druskos gaunamos, jei hidroksilo grupės nėra visiškai pakeistos (tokios medžiagos turi šarminę reakcijos aplinką);
- rūgščių druskos susidaro priešingu atveju - trūkstant reaguojančios bazės, vandenilis iš dalies lieka junginyje;
- Žymiausi ir lengviausiai suprantami yra vidutiniai (arba normalūs) mėginiai – jie yra visiško reagentų neutralizavimo produktas, susidarant vandeniui ir medžiagai, turinčiai tik metalo katijoną arba jo analogą ir rūgšties likutį..
Neorganinė chemija yra mokslas, apimantiskiekvienos klasės padalijimas į fragmentus, kurie nagrinėjami skirtingu laiku: vieni – anksčiau, kiti – vėliau. Atlikus išsamesnį tyrimą, išskiriamos dar 4 druskų rūšys:
- Dvigubas turi vieną anijoną, esant dviem katijonams. Paprastai tokios medžiagos gaunamos suliejus dvi druskas su ta pačia rūgšties liekana, bet skirtingais metalais.
- Mišrus tipas yra priešingas ankstesniam: jo pagrindas yra vienas katijonas su dviem skirtingais anijonais.
- Kristaliniai hidratai – druskos, kurių formulėje yra kristalizuoto vandens.
- Kompleksai yra medžiagos, kuriose katijonas, anijonas arba abu yra pateikti sankaupų su formuojančiu elementu pavidalu. Tokios druskos daugiausia gali būti gaunamos iš B pogrupio elementų.
Kitos medžiagos, įtrauktos į neorganinės chemijos dirbtuves, kurios gali būti klasifikuojamos kaip druskos arba kaip atskiri žinių skyriai, yra hidridai, nitridai, karbidai ir intermetalidai (kelių metalų junginiai, kurie nėra lydiniai).
Rezultatai
Neorganinė chemija – mokslas, kuris domina kiekvieną šios srities specialistą, nepaisant jo pomėgių. Jame yra pirmieji šio dalyko mokykloje studijuoti skyriai. Neorganinės chemijos kursas numato didelius informacijos kiekius sisteminti pagal suprantamą ir paprastą klasifikaciją.
