La química inorgànica forma part de la química general. S'ocupa de l'estudi de les propietats i el comportament dels compostos inorgànics: la seva estructura i capacitat de reaccionar amb altres substàncies. Aquesta direcció explora totes les substàncies, a excepció de les que es construeixen a partir de cadenes de carboni (aquestes últimes són objecte d'estudi de la química orgànica).
Descripció
La química és una ciència complexa. La seva divisió en categories és purament arbitrària. Per exemple, la química inorgànica i orgànica estan unides per compostos anomenats bioinorgànics. Aquests inclouen l'hemoglobina, la clorofil·la, la vitamina B12 i molts enzims.
Molt sovint, quan s'estudien substàncies o processos, cal tenir en compte diverses relacions amb altres ciències. La química general i inorgànica abasta substàncies simples i complexes, el nombre de les quals s'aproxima als 400.000. L'estudi de les seves propietats sovint implica una àmplia gamma de mètodes de química física, ja que poden combinar propietats característiques d'una ciència com arafísica. La qualitat de les substàncies es veu afectada per la conductivitat, l'activitat magnètica i òptica, l'efecte dels catalitzadors i altres factors "físics".
En general, els compostos inorgànics es classifiquen segons la seva funció:
- àcids;
- terrestres;
- òxids;
- sal.
Sovint, els òxids es divideixen en metalls (òxids bàsics o anhídrids bàsics) i òxids no metàl·lics (òxids àcids o anhídrids àcids).
Originació
La història de la química inorgànica es divideix en diversos períodes. En l'etapa inicial, el coneixement es va acumular mitjançant observacions aleatòries. Des de l'antiguitat, s'han intentat transformar els metalls bàsics en preciosos. La idea alquímica va ser promoguda per Aristòtil a través de la seva doctrina de la convertibilitat dels elements.
A la primera meitat del segle XV es van produir epidèmies. Sobretot la població patia la verola i la pesta. Esculapi va suposar que les mal alties són causades per determinades substàncies, i la lluita contra elles s'hauria de dur a terme amb l'ajuda d' altres substàncies. Això va provocar l'inici de l'anomenat període medicoquímic. En aquell moment, la química es va convertir en una ciència independent.
L'aparició d'una nova ciència
Durant el Renaixement, la química des d'un camp d'estudi purament pràctic va començar a "adquirir" conceptes teòrics. Els científics van intentar explicar els processos subjacents que es produeixen amb les substàncies. El 1661, Robert Boyle introdueix el concepte d'"element químic". El 1675 Nicholas Lemmer separa els elements químicsminerals de plantes i animals, de manera que s'estipula l'estudi de la química dels compostos inorgànics per separat dels orgànics.
Més tard, els químics van intentar explicar el fenomen de la combustió. El científic alemany Georg Stahl va crear la teoria dels flogistos, segons la qual un cos combustible rebutja una partícula de flogisto no gravitatòria. El 1756, Mikhail Lomonosov va demostrar experimentalment que la combustió de certs metalls s'associa amb partícules d'aire (oxigen). Antoine Lavoisier també va refutar la teoria dels flogistos, convertint-se en el fundador de la teoria moderna de la combustió. També va introduir el concepte de "compost d'elements químics".
Desenvolupament
El següent període comença amb el treball de John D alton i intenta explicar les lleis químiques mitjançant la interacció de substàncies a nivell atòmic (microscòpic). El primer congrés de química a Karlsruhe l'any 1860 va definir els conceptes d'àtom, valència, equivalent i molècula. Gràcies al descobriment de la llei periòdica i a la creació del sistema periòdic, Dmitry Mendeleiev va demostrar que la teoria atòmica-molecular està relacionada no només amb les lleis químiques, sinó també amb les propietats físiques dels elements.
La següent etapa en el desenvolupament de la química inorgànica s'associa amb el descobriment de la desintegració radioactiva el 1876 i l'elucidació del disseny de l'àtom el 1913. Un estudi d'Albrecht Kessel i Gilbert Lewis el 1916 resol el problema de la naturalesa dels enllaços químics. Basat en la teoria de l'equilibri heterogeni de Willard Gibbs i Henrik Roszeb, Nikolai Kurnakov va crear el 1913 un dels principals mètodes de la química inorgànica moderna:anàlisi física i química.
Fonaments de la química inorgànica
Els compostos inorgànics es troben de forma natural en forma de minerals. El sòl pot contenir sulfur de ferro com la pirita o el sulfat de calci en forma de guix. Els compostos inorgànics també apareixen com a biomolècules. Es sintetitzen per utilitzar-los com a catalitzadors o reactius. El primer compost inorgànic artificial important és el nitrat d'amoni, utilitzat per fertilitzar el sòl.
S alts
Molts compostos inorgànics són compostos iònics compostos per cations i anions. Són les anomenades sals, que són objecte d'investigació en química inorgànica. Alguns exemples de compostos iònics són:
- Clorur de magnesi (MgCl2), que conté Mg2+ cations i Cl- anions.
- Òxid de sodi (Na2O), que consta de cations Na+ i anions O2- .
En cada sal, les proporcions dels ions són tals que les càrregues elèctriques estan en equilibri, és a dir, el compost en conjunt és elèctricament neutre. Els ions es descriuen pel seu estat d'oxidació i la facilitat de formació que es deriva del potencial d'ionització (cations) o l'afinitat electrònica (anions) dels elements a partir dels quals es formen.
Les sals inorgàniques inclouen òxids, carbonats, sulfats i halogenurs. Molts compostos es caracteritzen per alts punts de fusió. Les sals inorgàniques solen ser formacions cristal·lines sòlides. Una altra característica important és la sevasolubilitat en aigua i facilitat de cristal·lització. Algunes sals (per exemple, NaCl) són molt solubles en aigua, mentre que altres (per exemple, SiO2) són gairebé insolubles.
Metals i aliatges
Els metalls com el ferro, el coure, el bronze, el llautó i l'alumini són un grup d'elements químics a la part inferior esquerra de la taula periòdica. Aquest grup inclou 96 elements que es caracteritzen per una alta conductivitat tèrmica i elèctrica. Són molt utilitzats en metal·lúrgia. Els metalls es poden dividir condicionalment en ferrosos i no fèrrics, pesats i lleugers. Per cert, l'element més utilitzat és el ferro, ocupa el 95% de la producció mundial entre tots els tipus de metalls.
Els aliatges són substàncies complexes que s'obtenen mitjançant la fusió i la barreja de dos o més metalls en estat líquid. Consten d'una base (elements dominants en termes percentuals: ferro, coure, alumini, etc.) amb petites addicions de components d'aliatge i modificació.
La humanitat utilitza uns 5.000 tipus d'aliatges. Són els principals materials en la construcció i la indústria. Per cert, també hi ha aliatges entre metalls i no metalls.
Classificació
A la taula de química inorgànica, els metalls es divideixen en diversos grups:
- 6 elements es troben al grup alcalí (liti, potassi, rubidi, sodi, franci, cesi);
- 4 - en alcalinoterrs (radi, bari, estronci, calci);
- 40 - en transició (titani, or, tungstè, coure, manganès,escandi, ferro, etc.);
- 15 – lantànids (lantà, ceri, erbi, etc.);
- 15 – actínids (urani, actini, tori, fermi, etc.);
- 7: semimetalls (arsènic, bor, antimoni, germani, etc.);
- 7 - metalls lleugers (alumini, estany, bismut, plom, etc.).
No metalls
Els no metalls poden ser tant elements químics com compostos químics. En estat lliure, formen substàncies simples amb propietats no metàl·liques. En química inorgànica es distingeixen 22 elements. Aquests són hidrogen, bor, carboni, nitrogen, oxigen, fluor, silici, fòsfor, sofre, clor, arsènic, seleni, etc.
Els no metalls més típics són els halògens. En reacció amb metalls, formen compostos l'enllaç dels quals és principalment iònic, com ara KCl o CaO. Quan interactuen entre ells, els no metalls poden formar compostos enllaçats covalentment (Cl3N, ClF, CS2, etc.).
Bases i àcids
Les bases són substàncies complexes, les més importants de les quals són els hidròxids solubles en aigua. Quan es dissolen, es dissocien amb cations metàl·lics i anions hidròxid, i el seu pH és superior a 7. Les bases es poden considerar químicament oposades als àcids perquè els àcids que dissocian l'aigua augmenten la concentració d'ions hidrogen (H3O+) fins que la base es redueix.
Els àcids són substàncies que participen en reaccions químiques amb bases, prenent-ne electrons. La majoria dels àcids d'importància pràctica són solubles en aigua. Quan es dissolen, es dissocien dels cations d'hidrogen(Н+) i anions àcids, i el seu pH és inferior a 7.
