Neorganinė chemija yra bendrosios chemijos dalis. Jame nagrinėjamos neorganinių junginių savybės ir elgesys – jų struktūra ir gebėjimas reaguoti su kitomis medžiagomis. Šioje kryptyje nagrinėjamos visos medžiagos, išskyrus tas, kurios sudarytos iš anglies grandinių (pastarosios yra organinės chemijos tyrimo objektas).
Aprašymas
Chemija yra sudėtingas mokslas. Jo skirstymas į kategorijas yra visiškai savavališkas. Pavyzdžiui, neorganinę ir organinę chemiją sieja junginiai, vadinami bioneorganiniais. Tai hemoglobinas, chlorofilas, vitaminas B12 ir daugelis fermentų.
Labai dažnai tiriant medžiagas ar procesus tenka atsižvelgti į įvairius ryšius su kitais mokslais. Bendroji ir neorganinė chemija apima paprastas ir sudėtingas medžiagas, kurių skaičius artėja prie 400 000. Jų savybių tyrimas dažnai apima platų fizikinės chemijos metodų spektrą, nes jie gali derinti tokiam mokslui būdingas savybes kaip, pvz.fizika. Medžiagų kokybei įtakos turi laidumas, magnetinis ir optinis aktyvumas, katalizatorių poveikis ir kiti „fiziniai“veiksniai.
Paprastai neorganiniai junginiai klasifikuojami pagal jų funkciją:
- rūgštys;
- pagrindas;
- oksidai;
- druska.
Oksidai dažnai skirstomi į metalus (bazinius oksidus arba bazinius anhidridus) ir nemetalų oksidus (rūgštinius oksidus arba rūgštinius anhidridus).
Kilmė
Neorganinės chemijos istorija skirstoma į kelis laikotarpius. Pradiniame etape žinios buvo kaupiamos atsitiktinių stebėjimų būdu. Nuo seniausių laikų netauriuosius metalus buvo bandoma paversti tauriaisiais. Alcheminę idėją propagavo Aristotelis per savo doktriną apie elementų konvertuojamumą.
Pirmoje penkioliktojo amžiaus pusėje siautė epidemijos. Ypač gyventojai sirgo raupais ir maru. Eskulapijus manė, kad ligas sukelia tam tikros medžiagos, o kova su jomis turėtų būti vykdoma kitų medžiagų pagalba. Dėl to prasidėjo vadinamasis medicininis-cheminis laikotarpis. Tuo metu chemija tapo savarankišku mokslu.
Naujo mokslo atsiradimas
Renesanso laikais chemija iš grynai praktinės studijų krypties pradėjo „įgyti“teorines sąvokas. Mokslininkai bandė paaiškinti pagrindinius procesus, vykstančius su medžiagomis. 1661 m. Robertas Boyle'as pristato „cheminio elemento“sąvoką. 1675 m. Nikolajus Lemmeris atskiria cheminius elementusmineralinių medžiagų iš augalų ir gyvūnų, taip nustatant neorganinių junginių chemijos tyrimą atskirai nuo organinių.
Vėliau chemikai bandė paaiškinti degimo reiškinį. Vokiečių mokslininkas Georgas Stahlas sukūrė flogistonų teoriją, pagal kurią degus kūnas atmeta negravitacinę flogistono dalelę. 1756 m. Michailas Lomonosovas eksperimentiškai įrodė, kad tam tikrų metalų degimas yra susijęs su oro (deguonies) dalelėmis. Antoine'as Lavoisier taip pat paneigė flogistonų teoriją, tapdamas šiuolaikinės degimo teorijos įkūrėju. Jis taip pat pristatė „cheminių elementų junginio“sąvoką.
Plėtra
Kitas laikotarpis prasideda Johno D altono darbais ir bandymais paaiškinti cheminius dėsnius per medžiagų sąveiką atominiu (mikroskopiniu) lygmeniu. Pirmasis chemijos kongresas Karlsrūhėje 1860 m. apibrėžė atomo, valentingumo, ekvivalento ir molekulės sąvokas. Periodinio dėsnio atradimo ir periodinės sistemos sukūrimo dėka Dmitrijus Mendelejevas įrodė, kad atominė-molekulinė teorija yra susijusi ne tik su cheminiais dėsniais, bet ir su fizinėmis elementų savybėmis.
Kitas neorganinės chemijos vystymosi etapas siejamas su radioaktyvaus skilimo atradimu 1876 m. ir atomo konstrukcijos išaiškinimu 1913 m. 1916 metais Albrechto Kesselio ir Gilberto Lewiso atliktas tyrimas išsprendžia cheminių ryšių prigimties problemą. Remdamasis Willardo Gibbso ir Henriko Roszebo heterogeninės pusiausvyros teorija, 1913 m. Nikolajus Kurnakovas sukūrė vieną iš pagrindinių šiuolaikinės neorganinės chemijos metodų.fizinė ir cheminė analizė.
Neorganinės chemijos pagrindai
Neorganiniai junginiai natūraliai atsiranda mineralų pavidalu. Dirvožemyje gali būti geležies sulfido, pavyzdžiui, pirito arba kalcio sulfato gipso pavidalu. Neorganiniai junginiai taip pat atsiranda kaip biomolekulės. Jie sintetinami naudoti kaip katalizatoriai arba reagentai. Pirmasis svarbus dirbtinis neorganinis junginys yra amonio nitratas, naudojamas dirvai tręšti.
Druskos
Daugelis neorganinių junginių yra joniniai junginiai, sudaryti iš katijonų ir anijonų. Tai vadinamosios druskos, kurios yra neorganinės chemijos tyrimų objektas. Joninių junginių pavyzdžiai:
- Magnio chloridas (MgCl2), kuriame yra Mg2+ katijonų ir Cl- anijonų.
- Natrio oksidas (Na2O), kurį sudaro katijonai Na+ ir anijonai O2- .
Kiekvienoje druskoje jonų proporcijos yra tokios, kad elektros krūviai būtų pusiausvyroje, tai yra, visas junginys yra elektriškai neutralus. Jonai apibūdinami pagal jų oksidacijos būseną ir susidarymo lengvumą, atsirandantį dėl elementų, iš kurių jie susidaro, jonizacijos potencialo (katijonų) arba elektronų afiniteto (anijonai).
Neorganinės druskos yra oksidai, karbonatai, sulfatai ir halogenidai. Daugelis junginių pasižymi aukšta lydymosi temperatūra. Neorganinės druskos dažniausiai yra kieti kristaliniai dariniai. Kitas svarbus bruožas yra jųtirpumas vandenyje ir lengvai kristalizuojasi. Kai kurios druskos (pvz., NaCl) labai gerai tirpsta vandenyje, o kitos (pvz., SiO2) beveik netirpsta.
Metalai ir lydiniai
Metalai, tokie kaip geležis, varis, bronza, žalvaris, aliuminis, yra periodinės lentelės apačioje kairėje esančių cheminių elementų grupė. Šiai grupei priklauso 96 elementai, pasižymintys dideliu šilumos ir elektros laidumu. Jie plačiai naudojami metalurgijoje. Metalus sąlygiškai galima skirstyti į juoduosius ir spalvotuosius, sunkiuosius ir lengvuosius. Beje, dažniausiai naudojamas elementas yra geležis, ji užima 95% pasaulio produkcijos tarp visų metalų rūšių.
Lydiniai yra sudėtingos medžiagos, gaunamos lydant ir sumaišant du ar daugiau skystų metalų. Jas sudaro pagrindas (vyraujantys elementai procentais: geležis, varis, aliuminis ir kt.) su mažais legiruojančių ir modifikuojančių komponentų priedais.
Žmonija naudoja apie 5000 rūšių lydinių. Jie yra pagrindinės medžiagos statyboje ir pramonėje. Beje, tarp metalų ir nemetalų taip pat yra lydinių.
Klasifikacija
Neorganinės chemijos lentelėje metalai skirstomi į kelias grupes:
- 6 elementai yra šarminėje grupėje (litis, kalis, rubidis, natris, francis, cezis);
- 4 – šarminėse žemėse (radis, baris, stroncis, kalcis);
- 40 – pereinamasis laikotarpis (titanas, auksas, volframas, varis, manganas,skandis, geležis ir kt.);
- 15 – lantanidai (lantanas, ceris, erbis ir kt.);
- 15 – aktinidai (uranas, aktinis, toris, fermis ir kt.);
- 7 – pusmetalai (arsenas, boras, stibis, germanis ir kt.);
- 7 – lengvieji metalai (aliuminis, alavas, bismutas, švinas ir kt.).
Nemetalai
Nemetalai gali būti ir cheminiai elementai, ir cheminiai junginiai. Laisvoje būsenoje jie sudaro paprastas medžiagas, turinčias nemetalinių savybių. Neorganinėje chemijoje išskiriami 22 elementai. Tai vandenilis, boras, anglis, azotas, deguonis, fluoras, silicis, fosforas, siera, chloras, arsenas, selenas ir kt.
Tipiškiausi nemetalai yra halogenai. Reaguodami su metalais jie sudaro junginius, kurių jungtis daugiausia yra joninė, pvz., KCl arba CaO. Sąveikaujant vienas su kitu nemetalai gali sudaryti kovalentiškai sujungtus junginius (Cl3N, ClF, CS2 ir kt.).
Bazės ir rūgštys
Bazės yra sudėtingos medžiagos, iš kurių svarbiausios yra vandenyje tirpūs hidroksidai. Ištirpusios jos disocijuoja su metalų katijonais ir hidroksido anijonais, o jų pH yra didesnis nei 7. Bazes galima laikyti chemiškai priešingomis rūgštims, nes vandenį disociuojančios rūgštys didina vandenilio jonų (H3O+) koncentraciją, kol bazė sumažėja.
Rūgštys yra medžiagos, kurios dalyvauja cheminėse reakcijose su bazėmis, paimdamos iš jų elektronus. Dauguma praktinės svarbos rūgščių yra vandenyje tirpios. Ištirpę jie atsiskiria nuo vandenilio katijonų(Н+) ir rūgščių anijonų, o jų pH yra mažesnis nei 7.
