Anorganická chémia je súčasťou všeobecnej chémie. Zaoberá sa štúdiom vlastností a správania sa anorganických zlúčenín – ich štruktúry a schopnosti reagovať s inými látkami. Tento smer skúma všetky látky, s výnimkou tých, ktoré sú postavené z uhlíkových reťazcov (tieto sú predmetom štúdia organickej chémie).
Popis
Chémia je komplexná veda. Jeho rozdelenie do kategórií je čisto ľubovoľné. Napríklad anorganická a organická chémia sú spojené zlúčeninami nazývanými bioanorganické. Patria sem hemoglobín, chlorofyl, vitamín B12 a mnoho enzýmov.
Pri štúdiu látok alebo procesov treba veľmi často brať do úvahy rôzne vzťahy s inými vedami. Všeobecná a anorganická chémia zahŕňa jednoduché a zložité látky, ktorých počet sa blíži k 400 000. Štúdium ich vlastností často zahŕňa široké spektrum metód fyzikálnej chémie, keďže môžu spájať vlastnosti charakteristické pre vedu ako napr.fyzika. Kvalitu látok ovplyvňuje vodivosť, magnetická a optická aktivita, účinok katalyzátorov a ďalšie „fyzikálne“faktory.
Vo všeobecnosti sa anorganické zlúčeniny klasifikujú podľa ich funkcie:
- acids;
- grounds;
- oxides;
- soľ.
Oxidy sa často delia na kovy (zásadité oxidy alebo zásadité anhydridy) a nekovové oxidy (oxidy kyselín alebo anhydridy kyselín).
Pôvod
História anorganickej chémie je rozdelená do niekoľkých období. V počiatočnom štádiu sa poznatky zhromažďovali náhodnými pozorovaniami. Od staroveku sa robili pokusy premeniť základné kovy na vzácne. Alchymickú myšlienku presadzoval Aristoteles prostredníctvom svojej doktríny premeniteľnosti prvkov.
V prvej polovici pätnásteho storočia zúrili epidémie. Najmä obyvateľstvo trpelo kiahňami a morom. Aesculapius predpokladal, že choroby sú spôsobené určitými látkami a boj proti nim by sa mal vykonávať pomocou iných látok. To viedlo k začiatku takzvaného medicínsko-chemického obdobia. V tom čase sa chémia stala samostatnou vedou.
Vznik novej vedy
V období renesancie si chémia z čisto praktického študijného odboru začala „osvojovať“teoretické koncepty. Vedci sa pokúsili vysvetliť základné procesy, ktoré sa vyskytujú s látkami. V roku 1661 Robert Boyle zavádza pojem „chemický prvok“. V roku 1675 Nicholas Lemmer oddeľuje chemické prvkyminerály z rastlín a živočíchov, čím sa vyžaduje štúdium chémie anorganických zlúčenín oddelene od organických.
Neskôr sa chemici pokúsili vysvetliť fenomén horenia. Nemecký vedec Georg Stahl vytvoril teóriu flogistónov, podľa ktorej horľavé teleso odmieta negravitačnú časticu flogistónu. V roku 1756 Michail Lomonosov experimentálne dokázal, že spaľovanie určitých kovov je spojené s časticami vzduchu (kyslíkom). Antoine Lavoisier tiež vyvrátil teóriu flogistónov a stal sa zakladateľom modernej teórie spaľovania. Zaviedol tiež pojem „zlúčenina chemických prvkov“.
Vývoj
Ďalšie obdobie začína prácou Johna D altona a pokúša sa vysvetliť chemické zákony prostredníctvom interakcie látok na atómovej (mikroskopickej) úrovni. Prvý chemický kongres v Karlsruhe v roku 1860 definoval pojmy atóm, valencia, ekvivalent a molekula. Vďaka objavu periodického zákona a vytvoreniu periodického systému Dmitrij Mendelejev dokázal, že atómovo-molekulárna teória je spojená nielen s chemickými zákonmi, ale aj s fyzikálnymi vlastnosťami prvkov.
Ďalšia etapa vo vývoji anorganickej chémie je spojená s objavom rádioaktívneho rozpadu v roku 1876 a objasnením konštrukcie atómu v roku 1913. Štúdia Albrechta Kessela a Gilberta Lewisa z roku 1916 rieši problém povahy chemických väzieb. Na základe teórie heterogénnej rovnováhy Willarda Gibbsa a Henrika Roszeba vytvoril v roku 1913 Nikolaj Kurnakov jednu z hlavných metód modernej anorganickej chémie -fyzikálna a chemická analýza.
Základy anorganickej chémie
Anorganické zlúčeniny sa prirodzene vyskytujú vo forme minerálov. Pôda môže obsahovať sulfid železa, ako je pyrit alebo síran vápenatý vo forme sadry. Anorganické zlúčeniny sa vyskytujú aj ako biomolekuly. Sú syntetizované na použitie ako katalyzátory alebo činidlá. Prvou dôležitou umelou anorganickou zlúčeninou je dusičnan amónny, ktorý sa používa na hnojenie pôdy.
Soli
Mnohé anorganické zlúčeniny sú iónové zlúčeniny zložené z katiónov a aniónov. Ide o takzvané soli, ktoré sú predmetom výskumu v anorganickej chémii. Príklady iónových zlúčenín sú:
- chlorid horečnatý (MgCl2), ktorý obsahuje Mg2+ katióny a Cl- anióny.
- Oxid sodný (Na2O), ktorý pozostáva z katiónov Na+ a aniónov O2- .
V každej soli sú pomery iónov také, že elektrické náboje sú v rovnováhe, to znamená, že zlúčenina ako celok je elektricky neutrálna. Ióny sú opísané ich oxidačným stavom a ľahkosťou tvorby, ktorá vyplýva z ionizačného potenciálu (katióny) alebo elektrónovej afinity (anióny) prvkov, z ktorých sú tvorené.
Anorganické soli zahŕňajú oxidy, uhličitany, sírany a halogenidy. Mnohé zlúčeniny sa vyznačujú vysokými teplotami topenia. Anorganické soli sú zvyčajne pevné kryštalické útvary. Ďalšou dôležitou vlastnosťou je ichrozpustnosť vo vode a ľahká kryštalizácia. Niektoré soli (napr. NaCl) sú veľmi rozpustné vo vode, zatiaľ čo iné (napr. SiO2) sú takmer nerozpustné.
Kovy a zliatiny
Kovy ako železo, meď, bronz, mosadz, hliník sú skupinou chemických prvkov v ľavej dolnej časti periodickej tabuľky. Táto skupina zahŕňa 96 prvkov, ktoré sa vyznačujú vysokou tepelnou a elektrickou vodivosťou. Sú široko používané v metalurgii. Kovy možno podmienečne rozdeliť na železné a neželezné, ťažké a ľahké. Mimochodom, najpoužívanejším prvkom je železo, zaberá 95% svetovej produkcie spomedzi všetkých druhov kovov.
Zliatiny sú zložité látky, ktoré sa získavajú roztavením a zmiešaním dvoch alebo viacerých kovov v tekutom stave. Pozostávajú zo základne (percentuálne dominantné prvky: železo, meď, hliník atď.) s malými prídavkami legujúcich a modifikujúcich komponentov.
Ľudstvo používa asi 5000 druhov zliatin. Sú hlavnými materiálmi v stavebníctve a priemysle. Mimochodom, medzi kovmi a nekovmi existujú aj zliatiny.
Klasifikácia
V tabuľke anorganickej chémie sú kovy rozdelené do niekoľkých skupín:
- 6 prvkov je v alkalickej skupine (lítium, draslík, rubídium, sodík, francium, cézium);
- 4 - v alkalických zeminách (rádium, bárium, stroncium, vápnik);
- 40 - v prechode (titán, zlato, volfrám, meď, mangán,skandium, železo atď.);
- 15 – lantanoidy (lantán, cér, erbium atď.);
- 15 – aktinidy (urán, aktínium, tórium, fermium atď.);
- 7 – polokovy (arzén, bór, antimón, germánium atď.);
- 7 - ľahké kovy (hliník, cín, bizmut, olovo atď.).
Nekovy
Nekovy môžu byť chemické prvky aj chemické zlúčeniny. Vo voľnom stave tvoria jednoduché látky s nekovovými vlastnosťami. V anorganickej chémii sa rozlišuje 22 prvkov. Sú to vodík, bór, uhlík, dusík, kyslík, fluór, kremík, fosfor, síra, chlór, arzén, selén atď.
Najtypickejšie nekovy sú halogény. Pri reakcii s kovmi tvoria zlúčeniny, ktorých väzba je prevažne iónová, ako napríklad KCl alebo CaO. Pri vzájomnej interakcii môžu nekovy vytvárať kovalentne viazané zlúčeniny (Cl3N, ClF, CS2 atď.).
Zásady a kyseliny
Bázy sú komplexné látky, z ktorých najdôležitejšie sú vo vode rozpustné hydroxidy. Po rozpustení disociujú s kovovými katiónmi a hydroxidovými aniónmi a ich pH je vyššie ako 7. Zásady možno považovať za chemicky opačné ako kyseliny, pretože kyseliny disociujúce vodu zvyšujú koncentráciu vodíkových iónov (H3O+), kým sa zásada nezníži.
Kyseliny sú látky, ktoré sa zúčastňujú chemických reakcií so zásadami a odoberajú z nich elektróny. Väčšina kyselín praktického významu je rozpustná vo vode. Keď sa rozpustia, disociujú sa z vodíkových katiónov(Н+) a kyslé anióny a ich pH je menšie ako 7.
