La chimica inorganica fa parte della chimica generale. Si occupa dello studio delle proprietà e del comportamento dei composti inorganici: la loro struttura e capacità di reagire con altre sostanze. Questa direzione esplora tutte le sostanze, ad eccezione di quelle che sono costruite da catene di carbonio (queste ultime sono oggetto di studio di chimica organica).
Descrizione
La chimica è una scienza complessa. La sua divisione in categorie è puramente arbitraria. Ad esempio, la chimica inorganica e quella organica sono collegate da composti chiamati bioinorganici. Questi includono emoglobina, clorofilla, vitamina B12 e molti enzimi.
Molto spesso, quando si studiano sostanze o processi, si deve tenere conto di vari rapporti con altre scienze. La chimica generale e inorganica copre sostanze semplici e complesse, il cui numero si avvicina a 400.000. Lo studio delle loro proprietà coinvolge spesso un'ampia gamma di metodi di chimica fisica, poiché possono combinare proprietà caratteristiche di una scienza comefisica. La qualità delle sostanze è influenzata dalla conducibilità, dall'attività magnetica e ottica, dall'effetto dei catalizzatori e da altri fattori "fisici".
Generalmente, i composti inorganici sono classificati in base alla loro funzione:
- acidi;
- motivi;
- ossidi;
- sale.
Gli ossidi sono spesso divisi in metalli (ossidi basici o anidridi basiche) e ossidi non metallici (ossidi acidi o anidridi acide).
Origine
La storia della chimica inorganica è divisa in diversi periodi. Nella fase iniziale, la conoscenza è stata accumulata attraverso osservazioni casuali. Sin dai tempi antichi si è cercato di trasformare i metalli di base in metalli preziosi. L'idea alchemica fu promossa da Aristotele attraverso la sua dottrina della convertibilità degli elementi.
Nella prima metà del XV secolo imperversarono epidemie. Soprattutto la popolazione soffriva di vaiolo e peste. Esculapio presumeva che le malattie fossero causate da determinate sostanze e che la lotta contro di esse dovesse essere condotta con l'aiuto di altre sostanze. Ciò portò all'inizio del cosiddetto periodo medico-chimico. A quel tempo, la chimica divenne una scienza indipendente.
L'emergere di una nuova scienza
Durante il Rinascimento, la chimica da un campo di studio puramente pratico iniziò ad "acquisire" concetti teorici. Gli scienziati hanno cercato di spiegare i processi sottostanti che si verificano con le sostanze. Nel 1661, Robert Boyle introduce il concetto di "elemento chimico". Nel 1675 Nicholas Lemmer separa gli elementi chimiciminerali da piante e animali, prevedendo così lo studio della chimica dei composti inorganici separatamente da quelli organici.
Più tardi, i chimici hanno cercato di spiegare il fenomeno della combustione. Lo scienziato tedesco Georg Stahl ha creato la teoria del flogisto, secondo la quale un corpo combustibile respinge una particella non gravitazionale di flogisto. Nel 1756 Mikhail Lomonosov dimostrò sperimentalmente che la combustione di alcuni metalli è associata a particelle d'aria (ossigeno). Antoine Lavoisier confutò anche la teoria dei flogistoni, diventando il fondatore della moderna teoria della combustione. Ha anche introdotto il concetto di "composto di elementi chimici".
Sviluppo
Il periodo successivo inizia con il lavoro di John D alton e tenta di spiegare le leggi chimiche attraverso l'interazione di sostanze a livello atomico (microscopico). Il primo congresso chimico a Karlsruhe nel 1860 definì i concetti di atomo, valenza, equivalente e molecola. Grazie alla scoperta della legge periodica e alla creazione del sistema periodico, Dmitry Mendeleev dimostrò che la teoria atomico-molecolare è connessa non solo con le leggi chimiche, ma anche con le proprietà fisiche degli elementi.
La fase successiva nello sviluppo della chimica inorganica è associata alla scoperta del decadimento radioattivo nel 1876 e alla delucidazione del disegno dell'atomo nel 1913. Uno studio di Albrecht Kessel e Gilbert Lewis nel 1916 risolve il problema della natura dei legami chimici. Basandosi sulla teoria dell'equilibrio eterogeneo di Willard Gibbs e Henrik Roszeb, Nikolai Kurnakov creò nel 1913 uno dei principali metodi della moderna chimica inorganica:analisi fisiche e chimiche.
Fondamenti di chimica inorganica
I composti inorganici si trovano naturalmente sotto forma di minerali. Il terreno può contenere solfuro di ferro come pirite o solfato di calcio sotto forma di gesso. I composti inorganici si presentano anche come biomolecole. Sono sintetizzati per l'uso come catalizzatori o reagenti. Il primo importante composto inorganico artificiale è il nitrato di ammonio, usato per fertilizzare il terreno.
Sali
Molti composti inorganici sono composti ionici composti da cationi e anioni. Questi sono i cosiddetti sali, che sono oggetto di ricerca in chimica inorganica. Esempi di composti ionici sono:
- Magnesio cloruro (MgCl2), che contiene Mg2+ cationi e Cl- anioni.
- Ossido di sodio (Na2O), che consiste di cationi Na+ e anioni O2- .
In ogni sale, le proporzioni degli ioni sono tali che le cariche elettriche sono in equilibrio, cioè il composto nel suo insieme è elettricamente neutro. Gli ioni sono descritti dal loro stato di ossidazione e dalla facilità di formazione che deriva dal potenziale di ionizzazione (cationi) o dall'affinità elettronica (anioni) degli elementi da cui sono formati.
I sali inorganici includono ossidi, carbonati, solfati e alogenuri. Molti composti sono caratterizzati da alti punti di fusione. I sali inorganici sono generalmente formazioni cristalline solide. Un' altra caratteristica importante è la lorosolubilità in acqua e facilità di cristallizzazione. Alcuni sali (es. NaCl) sono molto solubili in acqua, mentre altri (es. SiO2) sono quasi insolubili.
Metalli e leghe
Metalli come ferro, rame, bronzo, ottone, alluminio sono un gruppo di elementi chimici in basso a sinistra della tavola periodica. Questo gruppo comprende 96 elementi caratterizzati da un'elevata conduttività termica ed elettrica. Sono ampiamente utilizzati in metallurgia. I metalli possono essere suddivisi condizionatamente in ferrosi e non ferrosi, pesanti e leggeri. A proposito, l'elemento più utilizzato è il ferro, occupa il 95% della produzione mondiale tra tutti i tipi di metalli.
Le leghe sono sostanze complesse ottenute fondendo e mescolando due o più metalli allo stato liquido. Sono costituiti da una base (elementi dominanti in termini percentuali: ferro, rame, alluminio, ecc.) con piccole aggiunte di componenti leganti e modificanti.
L'umanità utilizza circa 5000 tipi di leghe. Sono i materiali principali nell'edilizia e nell'industria. A proposito, ci sono anche leghe tra metalli e non metalli.
Classificazione
Nella tabella della chimica inorganica, i metalli sono divisi in diversi gruppi:
- 6 elementi sono nel gruppo alcalino (litio, potassio, rubidio, sodio, francio, cesio);
- 4 - in terra alcalina (radio, bario, stronzio, calcio);
- 40 - in transizione (titanio, oro, tungsteno, rame, manganese,scandio, ferro, ecc.);
- 15 – lantanidi (lantanio, cerio, erbio, ecc.);
- 15 – attinidi (uranio, attinio, torio, fermio, ecc.);
- 7 – semimetalli (arsenico, boro, antimonio, germanio, ecc.);
- 7 - metalli leggeri (alluminio, stagno, bismuto, piombo, ecc.).
Non metalli
I non metalli possono essere sia elementi chimici che composti chimici. Allo stato libero, formano sostanze semplici con proprietà non metalliche. Nella chimica inorganica si distinguono 22 elementi. Questi sono idrogeno, boro, carbonio, azoto, ossigeno, fluoro, silicio, fosforo, zolfo, cloro, arsenico, selenio, ecc.
I non metalli più tipici sono gli alogeni. In reazione con i metalli, formano composti il cui legame è principalmente ionico, come KCl o CaO. Quando interagiscono tra loro, i non metalli possono formare composti legati in modo covalente (Cl3N, ClF, CS2, ecc.).
Basi e acidi
Le basi sono sostanze complesse, le più importanti delle quali sono gli idrossidi idrosolubili. Una volta disciolti, si dissociano con cationi metallici e anioni idrossido e il loro pH è maggiore di 7. Le basi possono essere considerate chimicamente opposte agli acidi perché gli acidi dissociatori dell'acqua aumentano la concentrazione di ioni idrogeno (H3O+) fino a ridurre la base.
Gli acidi sono sostanze che partecipano alle reazioni chimiche con le basi, traendone elettroni. La maggior parte degli acidi di importanza pratica sono solubili in acqua. Una volta disciolti, si dissociano dai cationi idrogeno(Н+) e anioni acidi e il loro pH è inferiore a 7.
