Chimie anorganică

Chimia anorganică  este o ramură a chimiei asociată cu studiul structurii, reactivității și proprietăților tuturor elementelor chimice și compușilor lor anorganici . Această zonă acoperă toți compușii chimici, cu excepția substanțelor organice (clasa de compuși care includ carbonul , cu excepția câtorva compuși simpli, de obicei legați de anorganici [1] ). Diferențele dintre compușii organici și anorganici care conțin carbon sunt, după unele idei, arbitrare [2] . Chimie anorganicăstudiază elementele chimice și substanțele simple și complexe pe care le formează (cu excepția compușilor organici). Oferă crearea de materiale de ultimă tehnologie. Numărul de substanțe anorganice cunoscute în 2013 este aproape de 500 de mii.

Fundamentul teoretic al chimiei anorganice este legea periodică și sistemul periodic bazat pe aceasta D. I. Mendeleev . Cea mai importantă sarcină a chimiei anorganice este de a dezvolta și fundamenta științific metode pentru crearea de noi materiale cu proprietățile necesare tehnologiei moderne.

Istoricul definițiilor

Din punct de vedere istoric, denumirea de chimie anorganică provine de la ideea unei părți a chimiei care se ocupă cu studiul elementelor, compușilor și reacțiilor substanțelor care nu sunt formate de ființele vii. Cu toate acestea, de la sinteza ureei din compusul anorganic cianat de amoniu (NH 4 OCN), care a fost efectuată în 1828 de remarcabilul chimist german Friedrich Wöhler , granițele dintre substanțele neînsuflețite și cele vii au fost estompate. Astfel, ființele vii produc multe substanțe anorganice. Pe de altă parte, aproape toți compușii organici pot fi sintetizați în laborator. Cu toate acestea, împărțirea în diferite domenii ale chimiei este relevantă și necesară, ca și înainte, deoarece mecanismele de reacție, structura substanțelor din chimia anorganică și organică sunt diferite. Acest lucru facilitează sistematizarea metodelor și metodelor de cercetare în fiecare dintre industrii.

Clasificarea elementelor chimice

Tabelul periodic al elementelor chimice ( Tabelul lui Mendeleev ) este o clasificare a elementelor chimice care stabilește dependența diferitelor proprietăți ale elementelor de sarcina nucleului atomic . Sistemul este o expresie grafică a legii periodice , stabilită de chimistul rus D. I. Mendeleev în 1869 . Versiunea sa originală a fost dezvoltată de D. I. Mendeleev în 1869-1871 și a stabilit dependența proprietăților elementelor de greutatea lor atomică (în termeni moderni, de masa atomică ). În total, au fost propuse câteva sute [3] de variante ale reprezentării sistemului periodic (curbe analitice, tabele, figuri geometrice etc.). În versiunea modernă a sistemului, se presupune că trebuie să reducă elementele într-un tabel bidimensional, în care fiecare coloană ( grup ) determină principalele proprietăți fizice și chimice, iar rândurile reprezintă perioade care sunt similare între ele cu o anumită măsură.

Substanțe simple

Ele constau din atomi ai unui element chimic (sunt o formă a existenței sale în stare liberă). În funcție de legătura chimică dintre atomi, toate substanțele simple din chimia anorganică sunt împărțite în două grupe principale: metale și nemetale . Primele sunt caracterizate, respectiv, printr -o legătură metalică , în timp ce cele din urmă sunt covalente . Cu toate acestea, merită remarcat faptul că substanțele simple menționate mai sus nu au diferențe radicale și semnificative între ele. Se disting, de asemenea, două grupuri adiacente - substanțe asemănătoare metalelor și substanțe nemetalice. Există fenomenul de alotropie , care constă în posibilitatea formării mai multor tipuri de substanțe simple din atomi ai aceluiași element; fiecare dintre aceste tipuri se numește modificare alotropică. Dacă acest fenomen se datorează unei compoziții moleculare diferite, atunci este definit ca alotropia compoziției; dacă prin metoda de aranjare a moleculelor și atomilor în cristale, atunci ca o alotropie a formei.

Metale

Metale (din lat.  metallum  - mine, mine) - un grup de elemente cu proprietăți metalice caracteristice , cum ar fi conductivitate termică și electrică ridicată , coeficient de rezistență pozitiv la temperatură, ductilitate ridicată și luciu metalic. Dintre cele 118 [4] elemente chimice descoperite în acest moment (nu toate sunt recunoscute oficial), metalele includ:

Astfel, 96 din toate elementele descoperite aparțin metalelor.

Datorită particularităților legăturii atomice metalice (și anume, nesaturarea și nedirecționalitatea), metalele se caracterizează prin cele mai dense rețele de coordonare. Cele mai tipice pentru ele sunt rețelele cristaline cubice centrate pe față, centrate pe corp cubi și hexagonale . În plus, datorită proximității energetice a rețelelor, multe metale prezintă polimorfism .

Nemetale

Nemetalele  sunt elemente chimice cu proprietăți de obicei nemetalice care ocupă colțul din dreapta sus al Tabelului Periodic . În formă moleculară, azotul , oxigenul și sulful apar ca substanțe simple în natură . Mai des, nemetalele sunt într-o formă legată chimic: acestea sunt apă , minerale , roci , diverși silicați , fosfați , borați . În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, nemetalele diferă semnificativ. Cele mai frecvente sunt oxigenul , siliciul , hidrogenul ; cele mai rare sunt arsenicul , seleniul , iodul . O trăsătură caracteristică a nemetalelor este un număr mai mare (comparativ cu metalele ) de electroni la nivelul de energie externă a atomilor lor . Acest lucru determină capacitatea lor mai mare de a adăuga electroni suplimentari și de a prezenta o activitate oxidativă mai mare decât metalele. Nemetalele includ, de asemenea, hidrogenul și heliul .

Compuși

Clasificare cantitativă

Prin numărul de elemente care alcătuiesc substanța, compușii binari, cu trei elemente etc. diferă.

Compuși binari

Compușii binari sunt compuși care constau din atomi ai două elemente. Clasificarea acestora se face si pe baza tipului de legatura chimica; emit compuși ionici , covalenti, metalici și, de asemenea, caracterizați printr-un tip mixt de legătură. Proprietățile lor chimice variază în funcție de natura chimică a anumitor elemente: compușii care conțin elemente metalice sunt caracterizați prin proprietăți de bază, în timp ce compușii elementelor nemetalice prezintă proprietăți acide.

Compuși cu trei elemente

Compușii cu trei elemente sunt cei mai simpli compuși în compoziție, care se formează în timpul interacțiunii dintre, de regulă, compuși binari care diferă semnificativ unul de celălalt ca natură chimică. Din punct de vedere al legăturii chimice, acestea sunt împărțite în ionice, covalente și ionic-covalente. În funcție de stabilitatea ionilor din sfera lor exterioară, stabilitatea complecșilor anionici variază, ceea ce, la rândul său, afectează proprietățile compusului și gradul de similaritate cu unul binar.

Dacă compușii care interacționează diferă puțin unul de celălalt în ceea ce privește natura chimică, atunci, ca rezultat, apar soiuri speciale de substanțe: compuși amestecați, soluții solide și eutectice . Primii dintre aceștia sunt polimeri , care sunt produsul interacțiunii compușilor elementelor care sunt la fel de predispuși la formarea complexă (de exemplu, oxid de aluminiu și oxid de magneziu ), al doilea se formează dacă elementele electropozitive pot forma unități structurale similare (care este că nu au diferențe fundamentale în părți ale structurii, dimensiunea și stabilitatea), iar a treia este rezultatul interacțiunii compușilor unor astfel de elemente care sunt aproape chimic unul de celălalt, dar diferă în structura sau dimensiunea atomilor. . În acest din urmă caz, interacțiunea chimică, strict vorbind, nu are loc deloc - apare un conglomerat mecanic de cristale.

Clasificare calitativă

Majoritatea substanțelor anorganice complexe (adică formate din două sau mai multe elemente chimice) pot fi împărțite în următoarele grupuri:

Oxizi

Oxidul ( oxid , oxid ) este un compus binar al unui element chimic cu oxigenul în starea de oxidare -2, în care oxigenul însuși este asociat doar cu un element mai puțin electronegativ . Elementul chimic oxigen este al doilea ca electronegativitate după fluor , prin urmare, aproape toți compușii elementelor chimice cu oxigen aparțin oxizilor. Excepțiile includ, de exemplu, difluorura de oxigen OF2 . Oxizii sunt un tip foarte comun de compuși care se găsesc în scoarța terestră și în univers în general. Exemple de astfel de compuși sunt rugina , apa , nisipul , dioxidul de carbon , o serie de coloranți. Oxizii sunt o clasă de minerale , care sunt compuși ai unui metal cu oxigen.

În funcție de proprietățile chimice, există:

Săruri

Sărurile  sunt o clasă de compuși chimici care includ substanțe formate din cationi metalici ( sau cationi de amoniu ; sărurile de fosfoniu sau hidroxoniu sunt cunoscute ) și anioni ai unui reziduu acid. Tipuri de sare:

  • Săruri medii (normale)  - toți atomii de hidrogen din moleculele de acid sunt înlocuiți cu atomi de metal . Exemplu: , .
  • Săruri acide  - atomii de hidrogen din acid sunt înlocuiți parțial cu atomi de metal. Se obțin prin neutralizarea unei baze cu un exces de acid. Exemplu:,.
  • Sărurile bazice  - grupările hidroxo ale bazei (OH - ) sunt parțial înlocuite cu resturi acide. Exemplu: .
  • Săruri duble  - conțin doi cationi diferiți, se obțin prin cristalizare dintr-o soluție mixtă de săruri cu cationi diferiți, dar aceiași anioni. Exemplu:.
  • Săruri mixte  - conțin doi anioni diferiți. Exemplu: .
  • Săruri hidratate ( hidrati de cristal ) - includ molecule de apă de cristalizare . Exemplu: .
  • Săruri complexe  - includ un cation complex sau un anion complex. Exemplu:,.

Un grup special este alcătuit din sărurile acizilor organici, ale căror proprietăți diferă semnificativ de cele ale sărurilor minerale. Unele dintre ele pot fi atribuite unei clase speciale de săruri organice, așa-numitele lichide ionice sau cu alte cuvinte „săruri lichide”, săruri organice cu un punct de topire sub 100 ° C.

Fundații

Bazele  sunt o clasă de compuși chimici:

Acizi

Acizii  sunt substanțe complexe , care includ de obicei atomi de hidrogen care pot fi înlocuiți cu atomi de metal și un reziduu acid . Soluțiile apoase de acizi au un gust acru, au un efect iritant, sunt capabile să schimbe culoarea indicatorilor și diferă într-o serie de proprietăți chimice comune.

Pe lângă împărțirea în acizi Lewis și acizi Bronsted, aceștia din urmă sunt de obicei clasificați în funcție de diferite criterii formale:

Diverse

Se pot distinge și următoarele grupe de substanțe anorganice: carburi , nitruri , hidruri , compuși intermetalici și altele care nu se încadrează în clasificarea de mai sus (pentru mai multe detalii, vezi Substanță anorganică ).

Carbure

Carburele  sunt compuși ai metalelor și nemetalelor cu carbon . În mod tradițional, carburile includ compuși în care carbonul are o electronegativitate mai mare decât cel de-al doilea element (astfel, compușii de carbon precum oxizii, halogenurile și altele asemenea sunt excluși din carburi). Carburele sunt solide refractare: carburile de bor și siliciu ( B4C și SiC), titan , wolfram , zirconiu (TiC, WC și respectiv ZrC) au duritate mare, rezistență la căldură și inerție chimică.

Carburele sunt împărțite în următoarele tipuri : asemănătoare sărurilor ( CaC2 , Al4C3 ) ; covalent ( carborundum SiC); asemănător metalului (având o compoziție nestoichiometrică, de exemplu, cementită (Fe3C ) ).

Nitruri

Nitrururile  sunt compuși de azot cu elemente mai puțin electronegative , de exemplu, cu metale (AlN; TiN x ; Na 3 N; Ca 3 N 2 ; Zn 3 N 2 ; etc.) și cu un număr de nemetale ( NH 3 , BN ). , Si 3N4 ) . _ Compușii de azot cu metale sunt cel mai adesea refractari și stabili la temperaturi ridicate, cum ar fi cotul . Acoperirile cu nitrură conferă produselor duritate, rezistență la coroziune; sunt utilizate în tehnologia energetică și spațială.

Hidruri

Hidrururile  sunt compuși ai hidrogenului cu metale și cu nemetale având o electronegativitate mai mică decât hidrogenul . Uneori hidrurile includ compuși ai tuturor elementelor cu hidrogen . Cele mai comune sunt hidrurile binare. Ele sunt împărțite în trei tipuri în funcție de natura legăturii din compus: ionice (hidrogen și metal alcalin sau alcalino-pământos), metalice (hidrure de metal de tranziție sau pământuri rare) și covalente (moleculare) (hidruri nemetalice sau Al, Be, Sn, Sb, As , Te, Ge) [6] .

Intermetalice

Compușii metalici sau compușii intermetalici sunt una dintre cele patru opțiuni de bază pentru interacțiunea dintre metale (celelalte trei sunt absența completă a oricărei influențe, dizolvarea reciprocă în stare lichidă și formarea de eutectice în stare solidă, precum și formarea atât a soluțiilor lichide, cât și a celor solide de orice compoziție). Spre deosebire de, de exemplu, soluțiile solide, compușii intermetalici sunt caracterizați printr-o structură cristalină complexă, spre deosebire de structura substanțelor originale; în mod similar, ele pot dezvolta caracteristici fizice sau chimice care nu se găsesc în constituenții lor puri. În general, compușii intermetalici sunt caracterizați printr-o mare varietate de structuri cristaline și tipuri de legături chimice, care, la rândul lor, este motivul pentru gama largă de posibile proprietăți fizice și chimice ale acestora.

Intermetalicele, ca și alți compuși chimici, au un raport fix între componente. Compușii intermetalici au, de regulă, duritate mare și rezistență chimică ridicată. Foarte des, compușii intermetalici au un punct de topire mai mare decât metalele de bază. Aproape toți compușii intermetalici sunt fragili, deoarece legătura dintre atomi din rețea devine covalentă sau ionică (de exemplu, în aurida de cesiu CsAu), mai degrabă decât metalică. Unele dintre ele au proprietăți semiconductoare , iar cu cât raportul elementelor este mai apropiat de stoichiometrie, cu atât rezistența electrică este mai mare. Nichelida de titan, cunoscută sub numele de marcă „ nitinol ”, are memorie de formă - după întărire, produsul poate fi deformat mecanic, dar își va lua forma inițială cu puțină încălzire.

Compuși nestoichiometrici

Până la începutul secolului al XX-lea, poziția privind constanța compoziției anumitor substanțe, exprimată și formulată pentru prima dată cu un secol mai devreme, era considerată axiomatică. Afirmația în cauză a fost numită în mod similar legea constanței compoziției , iar proprietatea corespunzătoare a substanțelor a fost numită stoichiometrie. Ulterior, studiile efectuate de omul de știință N. S. Kurnakov au arătat că există și compuși cu compoziție variabilă, adică nestoichiometrice și, în același timp, se caracterizează printr-un grad destul de ridicat de prevalență în natură. N. S. Kurnakov a propus, de asemenea, să numească compuși cu compoziție constantă daltonide și variabile- berthollide .

Într-o oarecare măsură, o compoziție variabilă este caracteristică acelor substanțe în care se observă fie o structură atomică, fie ionică. În acest caz, pot apărea diferite tipuri de defecte în cristal - fie o lipsă de atomi în anumite locuri, fie un exces al acestora în golurile dintre locuri. De exemplu, o caracteristică clară nestoichiometrică a oxidului și sulfatului de fier (II) . Există anumite limite în care abaterile de la compoziția stoechiometrică sunt considerate acceptabile; intervalul corespunzător se numește regiunea de omogenitate. La rândul lor, substanțele cu structură moleculară au o compoziție constantă; trebuie totuși remarcat că până la 95% din substanțele anorganice nu au o astfel de structură și, prin urmare, sunt nestoichiometrice. Predominanța pe termen lung a ideilor despre constanța compoziției se explică prin faptul că adesea modificările nu sunt suficient de semnificative pentru detectarea lor în cursul analizei chimice .

Vezi și

Note

  1. ↑ Compușii anorganici de carbon includ de obicei unele săruri ( carbonați , cianuri , cianați , tiocianați ) și acizii corespunzători acestora, precum și oxizi de carbon , carbonili și carburi metalice .
  2. ↑ Spencer L. Seager, Michael R. Slabaugh. Chimie pentru azi: generală, organică și biochimie . // Thomson Brooks / Cole, 2004. - P. 342. ISBN 0-534-39969-X
  3. ↑ În cartea lui V. M. Potapov, G. N. Homcenko „Chimie”, M. 1982 (p. 26), se precizează că sunt peste 400 dintre ele.
  4. ↑ Uniunea Chimică Internațională a recunoscut al 112-lea element chimic . Data accesului: 21 martie 2012. Arhivat din original pe 6 februarie 2012.
  5. ↑ 1 2 Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chimie. Chimie anorganică. clasa a 8-a. - Ed. a XV-a. - M . : Educație, 2011. - S. 101. - ISBN 978-5-09-025532-5 .
  6. ↑ Hidruri  / A.I.Zhirov // Marea Enciclopedie Rusă  : [în 35 de volume]  / cap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Marea Enciclopedie Rusă, 2004-2017.

Literatură

  • Kapustinsky A.F. Eseuri despre istoria chimiei anorganice și fizice în Rusia. M.-L., 1949
  • Zhambulova M. Sh. Dezvoltarea chimiei anorganice (Aspect istoric și metodologic). Alma-Ata, 1981.- 187 p.
  • Știința materialelor anorganice în URSS. Ed. I. V. Tananaeva - Kiev: Naukova Dumka, 1983. - 720 p.
  • Biblioteca populară de elemente chimice. T. 1,2. / Ed. I. V. Petryanova-Sokolova - M .: Nauka, 1983. - 575 p., - 572 p.
  • Remy G. Curs de chimie anorganică. T. 1. M .: Editura de literatură străină, 1963. - 920 p.
  • Remy G. Curs de chimie anorganică. T. 2. M .: Mir, 1974. - 775 p.
  • Shriver E. Chimie anorganică. T. 1,2. / E. Shriver, P. Atkins - M .: Mir, 2004. - 679 p., - 486 p.
  • Enciclopedia materialelor anorganice / Ed. I. M. Fedorcenko. În 2 volume - Kiev: Ukr. bufnițe. Enciclopedie, 1977. - 1652 p.
  • Ablesimov N. E. Sinopsis de chimie: Referință și manual de chimie generală - Khabarovsk: Editura DVGUPS, 2005. - 84 p. — http://www.neablesimov.narod.ru/pub04c.html Arhivat 5 decembrie 2009 la Wayback Machine
  • Ablesimov N.E. Câte substanțe chimice există în lume? partea 1. // Chimie și viață - secolul XXI. - 2009. - Nr 5. - S. 49-52.
  • Akhmetov N.S. Chimie generală și anorganică. - Ed. a IV-a, corectată. - Moscova: Școala Superioară, Centrul de editură „Academia”, 2001. - S. 253-269. — 743 p. — 15.000 de exemplare.  - ISBN 5-06-003363-5 , 5-7695-0704-7.

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii