Anorganische chemie maakt deel uit van de algemene chemie. Het behandelt de studie van de eigenschappen en het gedrag van anorganische verbindingen - hun structuur en het vermogen om te reageren met andere stoffen. In deze richting worden alle stoffen onderzocht, met uitzondering van stoffen die zijn opgebouwd uit koolstofketens (de laatste zijn het onderwerp van studie in de organische chemie).
Beschrijving
Chemie is een complexe wetenschap. De indeling in categorieën is puur willekeurig. Anorganische en organische chemie zijn bijvoorbeeld verbonden door verbindingen die bio-anorganisch worden genoemd. Deze omvatten hemoglobine, chlorofyl, vitamine B12 en vele enzymen.
Heel vaak moet men bij het bestuderen van stoffen of processen rekening houden met verschillende relaties met andere wetenschappen. Algemene en anorganische chemie omvat eenvoudige en complexe stoffen, waarvan het aantal bijna 400.000 benadert. De studie van hun eigenschappen omvat vaak een breed scala aan fysisch-chemische methoden, omdat ze eigenschappen kunnen combineren die kenmerkend zijn voor een wetenschap zoalsfysica. De kwaliteit van stoffen wordt beïnvloed door geleidbaarheid, magnetische en optische activiteit, het effect van katalysatoren en andere "fysieke" factoren.
Over het algemeen worden anorganische verbindingen geclassificeerd op basis van hun functie:
- zuren;
- terrein;
- oxiden;
- zout.
Oxiden worden vaak onderverdeeld in metalen (basische oxiden of basische anhydriden) en niet-metaaloxiden (zure oxiden of zuuranhydriden).
Oorsprong
De geschiedenis van de anorganische chemie is verdeeld in verschillende perioden. In de beginfase werd kennis verzameld door middel van willekeurige observaties. Sinds de oudheid zijn er pogingen gedaan om onedele metalen om te zetten in kostbare metalen. Het alchemistische idee werd gepromoot door Aristoteles via zijn doctrine van de convertibiliteit van elementen.
In de eerste helft van de vijftiende eeuw woedden er epidemieën. Vooral de bevolking had last van pokken en pest. Aesculapius ging ervan uit dat ziekten worden veroorzaakt door bepaalde stoffen, en de bestrijding ervan moet worden uitgevoerd met behulp van andere stoffen. Dit leidde tot het begin van de zogenaamde medisch-chemische periode. In die tijd werd scheikunde een onafhankelijke wetenschap.
De opkomst van een nieuwe wetenschap
Tijdens de Renaissance begon de scheikunde vanuit een puur praktisch vakgebied theoretische concepten te 'verwerven'. Wetenschappers probeerden de onderliggende processen die bij stoffen plaatsvinden te verklaren. In 1661 introduceert Robert Boyle het concept van "chemisch element". In 1675 scheidt Nicholas Lemmer de chemische elementenmineralen uit planten en dieren, waardoor de studie van de chemie van anorganische verbindingen afzonderlijk van organische wordt bepaald.
Later probeerden scheikundigen het fenomeen verbranding te verklaren. De Duitse wetenschapper Georg Stahl creëerde de theorie van flogistonen, volgens welke een brandbaar lichaam een niet-gravitationeel deeltje van flogiston afstoot. In 1756 bewees Mikhail Lomonosov experimenteel dat de verbranding van bepaalde metalen gepaard gaat met luchtdeeltjes (zuurstof). Antoine Lavoisier weerlegde ook de theorie van flogistonen en werd de grondlegger van de moderne verbrandingstheorie. Hij introduceerde ook het concept van "verbinding van chemische elementen".
Ontwikkeling
De volgende periode begint met het werk van John D alton en probeert chemische wetten uit te leggen door de interactie van stoffen op atomair (microscopisch) niveau. Het eerste chemische congres in Karlsruhe in 1860 definieerde de begrippen atoom, valentie, equivalent en molecuul. Dankzij de ontdekking van de periodieke wet en de creatie van het periodiek systeem, bewees Dmitry Mendelejev dat de atomair-moleculaire theorie niet alleen verband houdt met chemische wetten, maar ook met de fysieke eigenschappen van elementen.
De volgende fase in de ontwikkeling van de anorganische chemie houdt verband met de ontdekking van radioactief verval in 1876 en de opheldering van het ontwerp van het atoom in 1913. Een studie van Albrecht Kessel en Gilbert Lewis in 1916 lost het probleem van de aard van chemische bindingen op. Gebaseerd op de theorie van heterogeen evenwicht door Willard Gibbs en Henrik Roszeb, creëerde Nikolai Kurnakov in 1913 een van de belangrijkste methoden van de moderne anorganische chemie -fysische en chemische analyse.
Fundamenten van anorganische chemie
Anorganische verbindingen komen van nature voor in de vorm van mineralen. De grond kan ijzersulfide bevatten, zoals pyriet of calciumsulfaat in de vorm van gips. Anorganische verbindingen komen ook voor als biomoleculen. Ze worden gesynthetiseerd voor gebruik als katalysatoren of reagentia. De eerste belangrijke kunstmatige anorganische verbinding is ammoniumnitraat, dat wordt gebruikt om de bodem te bemesten.
Zouten
Veel anorganische verbindingen zijn ionische verbindingen die zijn samengesteld uit kationen en anionen. Dit zijn de zogenaamde zouten, die het onderwerp zijn van onderzoek in de anorganische chemie. Voorbeelden van ionische verbindingen zijn:
- Magnesiumchloride (MgCl2), dat Mg2+ kationen en Cl- anionen bevat.
- Natriumoxide (Na2O), dat bestaat uit kationen Na+ en anionen O2- .
In elk zout zijn de verhoudingen van ionen zodanig dat de elektrische ladingen in evenwicht zijn, dat wil zeggen dat de verbinding als geheel elektrisch neutraal is. Ionen worden beschreven door hun oxidatietoestand en het gemak van vorming dat volgt uit de ionisatiepotentiaal (kationen) of elektronenaffiniteit (anionen) van de elementen waaruit ze zijn gevormd.
Anorganische zouten omvatten oxiden, carbonaten, sulfaten en halogeniden. Veel verbindingen worden gekenmerkt door hoge smeltpunten. Anorganische zouten zijn gewoonlijk vaste kristallijne formaties. Een ander belangrijk kenmerk is hunoplosbaarheid in water en gemak van kristallisatie. Sommige zouten (bijv. NaCl) zijn zeer goed oplosbaar in water, terwijl andere (bijv. SiO2) bijna onoplosbaar zijn.
Metalen en legeringen
Metalen zoals ijzer, koper, brons, messing en aluminium zijn een groep chemische elementen linksonder in het periodiek systeem. Deze groep omvat 96 elementen die worden gekenmerkt door een hoge thermische en elektrische geleidbaarheid. Ze worden veel gebruikt in de metallurgie. Metalen kunnen voorwaardelijk worden onderverdeeld in ferro en non-ferro, zwaar en licht. Trouwens, het meest gebruikte element is ijzer, het neemt 95% van de wereldproductie van alle soorten metalen in beslag.
Legers zijn complexe stoffen die worden verkregen door twee of meer metalen in vloeibare toestand te smelten en te mengen. Ze bestaan uit een basis (dominante elementen in procenten: ijzer, koper, aluminium, enz.) met kleine toevoegingen van legerende en modificerende componenten.
De mensheid gebruikt ongeveer 5000 soorten legeringen. Het zijn de belangrijkste materialen in de bouw en de industrie. Trouwens, er zijn ook legeringen tussen metalen en niet-metalen.
Classificatie
In de tabel van de anorganische chemie worden metalen in verschillende groepen verdeeld:
- 6 elementen bevinden zich in de alkalische groep (lithium, kalium, rubidium, natrium, francium, cesium);
- 4 - in aardalkali (radium, barium, strontium, calcium);
- 40 - in overgang (titanium, goud, wolfraam, koper, mangaan,scandium, ijzer, enz.);
- 15 – lanthaniden (lanthaan, cerium, erbium, enz.);
- 15 – actiniden (uranium, actinium, thorium, fermium, enz.);
- 7 – halfmetalen (arseen, boor, antimoon, germanium, enz.);
- 7 - lichte metalen (aluminium, tin, bismut, lood, enz.).
Niet-metalen
Niet-metalen kunnen zowel chemische elementen als chemische verbindingen zijn. In de vrije toestand vormen ze eenvoudige stoffen met niet-metalen eigenschappen. In de anorganische chemie worden 22 elementen onderscheiden. Dit zijn waterstof, boor, koolstof, stikstof, zuurstof, fluor, silicium, fosfor, zwavel, chloor, arseen, selenium, enz.
De meest typische niet-metalen zijn halogenen. In reactie met metalen vormen ze verbindingen waarvan de binding voornamelijk ionisch is, zoals KCl of CaO. Bij interactie met elkaar kunnen niet-metalen covalent gebonden verbindingen vormen (Cl3N, ClF, CS2, enz.).
Basen en zuren
Basen zijn complexe stoffen, waarvan de belangrijkste in water oplosbare hydroxiden zijn. Wanneer ze zijn opgelost, dissociëren ze met metaalkationen en hydroxide-anionen, en hun pH is hoger dan 7. Basen kunnen worden beschouwd als chemisch tegengesteld aan zuren, omdat waterdissociërende zuren de concentratie van waterstofionen (H3O+) verhogen totdat de base is verminderd.
Zuren zijn stoffen die deelnemen aan chemische reacties met basen, waarbij ze elektronen afnemen. De meeste zuren van praktisch belang zijn in water oplosbaar. Wanneer ze zijn opgelost, dissociëren ze van waterstofkationen(Н+) en zure anionen, en hun pH is minder dan 7.
