Anorganická chemie je součástí obecné chemie. Zabývá se studiem vlastností a chování anorganických sloučenin - jejich struktury a schopnosti reagovat s jinými látkami. Tento směr zkoumá všechny látky, s výjimkou těch, které jsou vytvořeny z uhlíkových řetězců (druhé jsou předmětem studia organické chemie).
Popis
Chemie je komplexní věda. Jeho rozdělení do kategorií je čistě libovolné. Například anorganická a organická chemie jsou spojeny sloučeninami nazývanými bioanorganické. Patří mezi ně hemoglobin, chlorofyl, vitamín B12 a mnoho enzymů.
Velmi často se při studiu látek nebo procesů musí brát v úvahu různé vztahy s jinými vědami. Obecná a anorganická chemie zahrnuje jednoduché i složité látky, jejichž počet se blíží 400 000. Studium jejich vlastností často zahrnuje širokou škálu metod fyzikální chemie, protože mohou kombinovat vlastnosti charakteristické pro vědu, jako je např.fyzika. Kvalitu látek ovlivňuje vodivost, magnetická a optická aktivita, účinek katalyzátorů a další "fyzikální" faktory.
Anorganické sloučeniny jsou obecně klasifikovány podle jejich funkce:
- kyseliny;
- grounds;
- oxides;
- sůl.
Oxidy se často dělí na kovy (bazické oxidy nebo bazické anhydridy) a nekovové oxidy (kyselé oxidy nebo anhydridy kyselin).
Původ
Historie anorganické chemie je rozdělena do několika období. V počáteční fázi byly znalosti shromažďovány prostřednictvím náhodných pozorování. Od starověku byly činěny pokusy přeměnit obecné kovy na drahé. Alchymistickou myšlenku podporoval Aristoteles prostřednictvím své doktríny směnitelnosti prvků.
V první polovině patnáctého století zuřily epidemie. Zejména obyvatelstvo trpělo neštovicemi a morem. Aesculapius předpokládal, že nemoci jsou způsobeny určitými látkami a boj proti nim by měl být veden pomocí jiných látek. To vedlo k začátku tzv. medicínsko-chemického období. V té době se chemie stala nezávislou vědou.
Vznik nové vědy
Během renesance si chemie z čistě praktického oboru začala „osvojovat“teoretické koncepty. Vědci se pokusili vysvětlit základní procesy, ke kterým dochází u látek. V roce 1661 zavádí Robert Boyle pojem „chemický prvek“. V roce 1675 Nicholas Lemmer odděluje chemické prvkyminerály z rostlin a živočichů, čímž se stanoví studium chemie anorganických sloučenin odděleně od organických.
Později se chemici pokusili vysvětlit jev spalování. Německý vědec Georg Stahl vytvořil teorii flogistonů, podle které hořlavé těleso odmítá negravitační částici flogistonu. V roce 1756 Michail Lomonosov experimentálně dokázal, že spalování určitých kovů je spojeno s částicemi vzduchu (kyslíku). Antoine Lavoisier také vyvrátil teorii flogistonů a stal se zakladatelem moderní teorie spalování. Zavedl také pojem „sloučenina chemických prvků“.
Vývoj
Další období začíná prací Johna D altona a pokouší se vysvětlit chemické zákony prostřednictvím interakce látek na atomární (mikroskopické) úrovni. První chemický kongres v Karlsruhe v roce 1860 definoval pojmy atom, valence, ekvivalent a molekula. Díky objevu periodického zákona a vytvoření periodického systému dokázal Dmitrij Mendělejev, že atomově-molekulární teorie souvisí nejen s chemickými zákony, ale také s fyzikálními vlastnostmi prvků.
Další fáze ve vývoji anorganické chemie je spojena s objevem radioaktivního rozpadu v roce 1876 a objasněním konstrukce atomu v roce 1913. Studie Albrechta Kessela a Gilberta Lewise z roku 1916 řeší problém povahy chemických vazeb. Na základě teorie heterogenní rovnováhy Willarda Gibbse a Henrika Roszeba vytvořil v roce 1913 Nikolaj Kurnakov jednu z hlavních metod moderní anorganické chemie -fyzikální a chemická analýza.
Základy anorganické chemie
Anorganické sloučeniny se přirozeně vyskytují ve formě minerálů. Půda může obsahovat sulfid železa, jako je pyrit nebo síran vápenatý ve formě sádry. Anorganické sloučeniny se také vyskytují jako biomolekuly. Jsou syntetizovány pro použití jako katalyzátory nebo činidla. První důležitou umělou anorganickou sloučeninou je dusičnan amonný, který se používá k hnojení půdy.
Soli
Mnoho anorganických sloučenin jsou iontové sloučeniny složené z kationtů a aniontů. Jde o tzv. soli, které jsou předmětem výzkumu v anorganické chemii. Příklady iontových sloučenin jsou:
- Chlorid hořečnatý (MgCl2), který obsahuje Mg2+ kationty a Cl- anionty.
- Oxid sodný (Na2O), který se skládá z kationtů Na+ a aniontů O2- .
V každé soli jsou poměry iontů takové, že elektrické náboje jsou v rovnováze, to znamená, že sloučenina jako celek je elektricky neutrální. Ionty jsou popsány jejich oxidačním stavem a snadností tvorby, která vyplývá z ionizačního potenciálu (kationty) nebo elektronové afinity (anionty) prvků, ze kterých jsou tvořeny.
Anorganické soli zahrnují oxidy, uhličitany, sírany a halogenidy. Mnoho sloučenin se vyznačuje vysokými teplotami tání. Anorganické soli jsou obvykle pevné krystalické útvary. Další důležitou vlastností je jejichrozpustnost ve vodě a snadná krystalizace. Některé soli (např. NaCl) jsou velmi rozpustné ve vodě, zatímco jiné (např. SiO2) jsou téměř nerozpustné.
Kovy a slitiny
Kovy jako železo, měď, bronz, mosaz, hliník jsou skupinou chemických prvků vlevo dole v periodické tabulce. Tato skupina zahrnuje 96 prvků, které se vyznačují vysokou tepelnou a elektrickou vodivostí. Jsou široce používány v metalurgii. Kovy lze podmíněně rozdělit na železné a neželezné, těžké a lehké. Mimochodem, nejpoužívanějším prvkem je železo, zabírá 95 % světové produkce mezi všemi druhy kovů.
Slitiny jsou složité látky získané tavením a smícháním dvou nebo více kovů v kapalném stavu. Skládají se ze základu (dominantní prvky v procentech: železo, měď, hliník atd.) s malými přísadami legujících a modifikujících složek.
Lidstvo používá asi 5000 druhů slitin. Jsou hlavními materiály ve stavebnictví a průmyslu. Mimochodem, mezi kovy a nekovy existují také slitiny.
Klasifikace
V tabulce anorganické chemie jsou kovy rozděleny do několika skupin:
- 6 prvků je v alkalické skupině (lithium, draslík, rubidium, sodík, francium, cesium);
- 4 - v alkalických zeminách (radium, baryum, stroncium, vápník);
- 40 - v přechodu (titan, zlato, wolfram, měď, mangan,skandium, železo atd.);
- 15 – lanthanoidy (lanthan, cer, erbium atd.);
- 15 – aktinidy (uran, aktinium, thorium, fermium atd.);
- 7 – polokovy (arsen, bor, antimon, germanium atd.);
- 7 - lehké kovy (hliník, cín, vizmut, olovo atd.).
Nekovy
Nekovy mohou být jak chemické prvky, tak chemické sloučeniny. Ve volném stavu tvoří jednoduché látky s nekovovými vlastnostmi. V anorganické chemii se rozlišuje 22 prvků. Jsou to vodík, bór, uhlík, dusík, kyslík, fluor, křemík, fosfor, síra, chlor, arsen, selen atd.
Nejtypičtějšími nekovy jsou halogeny. V reakci s kovy tvoří sloučeniny, jejichž vazba je převážně iontová, např. KCl nebo CaO. Při vzájemné interakci mohou nekovy vytvářet kovalentně vázané sloučeniny (Cl3N, ClF, CS2 atd.).
Zásady a kyseliny
Báze jsou komplexní látky, z nichž nejdůležitější jsou ve vodě rozpustné hydroxidy. Po rozpuštění disociují s kationty kovů a hydroxidovými anionty a jejich pH je vyšší než 7. Zásady lze považovat za chemicky opačné než kyseliny, protože kyseliny disociující vodu zvyšují koncentraci vodíkových iontů (H3O+), dokud nedojde k redukci báze.
Kyseliny jsou látky, které se účastní chemických reakcí se zásadami a berou z nich elektrony. Většina kyselin praktického významu je rozpustná ve vodě. Při rozpuštění disociují z vodíkových kationtů(Н+) a kyselé anionty a jejich pH je nižší než 7.
