Oorganisk kemi

Oorganisk kemi är en gren av kemi som är förknippad med studiet av strukturen, reaktiviteten och egenskaperna hos alla kemiska element och deras oorganiska föreningar . Detta område omfattar alla kemiska föreningar, med undantag för organiska ämnen (klassen av föreningar som inkluderar kol , med undantag för några enkla föreningar, vanligtvis relaterade till oorganiska [1] ). Skillnader mellan organiska och oorganiska föreningar som innehåller kol är, enligt vissa idéer, godtyckliga [2] . Oorganisk kemistuderar de kemiska grundämnena och de enkla och komplexa ämnen de bildar (förutom organiska föreningar). Ger skapandet av material av den senaste tekniken. Antalet kända oorganiska ämnen år 2013 är nära 500 tusen.

Den teoretiska grunden för oorganisk kemi är den periodiska lagen och det periodiska systemet baserat på den D. I. Mendeleev . Den oorganiska kemins viktigaste uppgift är att utveckla och vetenskapligt underbygga metoder för att skapa nya material med de egenskaper som krävs för modern teknik.

Definitionshistorik

Historiskt sett kommer namnet oorganisk kemi från idén om en del av kemin som handlar om studier av element, föreningar och reaktioner av ämnen som inte bildas av levande varelser. Men sedan syntesen av urea från den oorganiska föreningen ammoniumcyanat (NH 4 OCN), som utfördes 1828 av den framstående tyske kemisten Friedrich Wöhler , har gränserna mellan livlösa och levande ämnen suddats ut. Således producerar levande varelser många oorganiska ämnen. Å andra sidan kan nästan alla organiska föreningar syntetiseras i laboratoriet. Men uppdelningen i olika områden av kemi är relevant och nödvändig, liksom tidigare, eftersom reaktionsmekanismerna, strukturen av ämnen i oorganisk och organisk kemi är olika. Detta gör det lättare att systematisera forskningsmetoderna och metoderna inom var och en av branscherna.

Klassificering av kemiska grundämnen

Det periodiska systemet för kemiska grundämnen ( Mendeleevs tabell ) är en klassificering av kemiska grundämnen som fastställer beroendet av olika egenskaper hos grundämnen på laddningen av atomkärnan . Systemet är ett grafiskt uttryck för den periodiska lagen , etablerad av den ryske kemisten D. I. Mendeleev 1869 . Dess ursprungliga version utvecklades av D. I. Mendeleev 1869-1871 och fastställde beroendet av egenskaperna hos element på deras atomvikt (i moderna termer, på atommassa ). Totalt har flera hundra [3] varianter av representationen av det periodiska systemet (analytiska kurvor, tabeller, geometriska figurer och så vidare) föreslagits. I den moderna versionen av systemet är det tänkt att reducera elementen till en tvådimensionell tabell, där varje kolumn ( grupp ) bestämmer de huvudsakliga fysikaliska och kemiska egenskaperna, och raderna representerar perioder som liknar varandra till en i viss mån.

Enkla ämnen

De består av atomer av ett kemiskt element (de är en form av dess existens i ett fritt tillstånd). Beroende på vad den kemiska bindningen mellan atomer är, delas alla enkla ämnen i oorganisk kemi in i två huvudgrupper: metaller och icke-metaller . De förra kännetecknas, respektive, av en metallisk bindning , medan de senare är kovalenta . Det är dock värt att notera att de ovan nämnda enkla substanserna inte har radikala och signifikanta skillnader från varandra. Två intilliggande grupper urskiljs också - metallliknande och icke-metallliknande ämnen. Det finns fenomenet allotropi , som består i möjligheten att bilda flera typer av enkla ämnen från atomer av samma element; var och en av dessa typer kallas en allotrop modifiering. Om detta fenomen beror på en annan molekylär sammansättning, så definieras det som kompositionens allotropi; om genom metoden att ordna molekyler och atomer i kristaller, då som en allotropi av form.

Metaller

Metaller (från lat. metallum - min, min) - en grupp av element med karakteristiska metalliska egenskaper , såsom hög termisk och elektrisk ledningsförmåga , positiv temperaturkoefficient av motstånd , hög duktilitet och metallisk lyster. Av de 118 [4] kemiska grundämnen som upptäckts för närvarande (inte alla är officiellt erkända), inkluderar metaller:

6 grundämnen i alkalimetallgruppen ,
6 i gruppen alkaliska jordartsmetaller ,
38 i övergångsmetallgruppen ,
11 i gruppen lättmetaller ,
7 i halvmetallgruppen ,
14 i gruppen lantanider + lantan ,
14 i aktinidgruppen (fysikaliska egenskaper har inte studerats för alla grundämnen) + aktinium ,
utanför vissa grupper av beryllium och magnesium .

Alltså tillhör 96 av alla upptäckta grundämnen metaller.

På grund av särdragen hos den metalliska atombindningen (nämligen omättnad och icke-riktad), kännetecknas metaller av de mest täta koordinationsgittren. De mest typiska för dem är kubiska ansiktscentrerade, kubiska kroppscentrerade och hexagonala kristallgitter . Dessutom, på grund av den energinära närheten av gittren, uppvisar många metaller polymorfism .

Icke-metaller

Icke -metaller är kemiska grundämnen med typiskt icke-metalliska egenskaper som upptar det övre högra hörnet av det periodiska systemet . I molekylär form förekommer kväve , syre och svavel som enkla ämnen i naturen . Oftare är icke-metaller i en kemiskt bunden form: dessa är vatten , mineraler , stenar , olika silikater , fosfater , borater . När det gäller prevalens i jordskorpan skiljer sig icke-metaller avsevärt. De vanligaste är syre , kisel , väte ; de sällsynta är arsenik , selen , jod . Ett karakteristiskt särdrag för icke-metaller är ett större (jämfört med metaller ) antal elektroner på den yttre energinivån av deras atomer . Detta bestämmer deras större förmåga att lägga till ytterligare elektroner och uppvisa högre oxidativ aktivitet än metaller. Icke-metaller inkluderar även väte och helium .

Föreningar

Kvantitativ klassificering

Med antalet grundämnen som utgör ämnet skiljer sig binära, treelementföreningar etc. åt.

Binära föreningar

Binära föreningar är föreningar som består av atomer av två grundämnen. Deras klassificering görs också på basis av typen av kemisk bindning; avger föreningar joniska , kovalenta, metalliska och kännetecknas också av en blandad typ av bindning. Deras kemiska egenskaper varierar beroende på den kemiska naturen hos vissa grundämnen: föreningar som innehåller metalliska grundämnen kännetecknas av grundläggande egenskaper, medan föreningar av icke-metalliska grundämnen uppvisar sura egenskaper.

Tre-element föreningar

Treelementföreningar är de enklaste föreningarna i sammansättningen, som bildas under interaktionen av, som regel, binära föreningar som skiljer sig väsentligt från varandra i kemisk natur. Ur kemisk bindningssynpunkt är de uppdelade i jonisk, kovalent och jonisk kovalent. Beroende på stabiliteten hos jonerna i deras yttre sfär varierar stabiliteten hos anjoniska komplex, vilket i sin tur påverkar föreningens egenskaper och graden av dess likhet med en binär.

Om de interagerande föreningarna skiljer sig lite från varandra i kemisk natur, uppstår som ett resultat speciella varianter av ämnen: blandade föreningar, fasta lösningar och eutektika . Den första av dessa är polymerer , som är produkten av växelverkan mellan föreningar av element som är lika benägna att bilda komplex (till exempel aluminiumoxid och magnesiumoxid ), den andra bildas om elektropositiva element kan bilda liknande strukturella enheter (som är att de inte har grundläggande skillnader i delar av strukturen, storleken och stabiliteten), och den tredje är resultatet av interaktionen av föreningar av sådana element som är kemiskt nära varandra, men skiljer sig i strukturen eller storleken på atomer . I det senare fallet förekommer kemisk interaktion strängt taget inte alls - ett mekaniskt konglomerat av kristaller uppstår.

Kvalitativ klassificering

De flesta av de komplexa oorganiska ämnena (det vill säga bestående av två eller flera kemiska element) kan delas in i följande grupper:

Oxider

Oxid ( oxid , oxid ) är en binär förening av ett kemiskt grundämne med syre i oxidationstillståndet -2, där syre i sig endast är associerat med ett mindre elektronegativt element. Det kemiska elementet syre är andra i elektronegativitet efter fluor , därför tillhör nästan alla föreningar av kemiska element med syre oxider. Undantag inkluderar till exempel syredifluorid OF 2 . Oxider är en mycket vanlig typ av föreningar som finns i jordskorpan och i universum i allmänhet. Exempel på sådana föreningar är rost , vatten , sand , koldioxid , ett antal färgämnen. Oxider är en klass av mineraler , som är föreningar av en metall med syre.

Beroende på de kemiska egenskaperna finns det:

Saltbildande oxider :
- basiska oxider (till exempel natriumoxid Na2O ,koppar ( II) oxid CuO): metalloxider, vars oxidationstillstånd är I-II;
- sura oxider (till exempel svaveloxid (VI) SO 3 , kväveoxid (IV) NO 2 ): metalloxider med oxidationstillstånd V-VII och icke-metalloxider;
- amfotera oxider (till exempel zinkoxid ZnO, aluminiumoxid Al 2 O 3 ): metalloxider med oxidationstillstånd III-IV och undantag (ZnO, BeO, SnO, PbO);
Icke-saltbildande oxider : kolmonoxid (II) CO, kväveoxid (I) N 2 O, kväveoxid (II) NO, kiseloxid (II) SiO.

Salter

Salter är en klass av kemiska föreningar som inkluderar ämnen som består av metallkatjoner ( eller ammoniumkatjoner ; fosfonium- eller hydroxoniumsalter är kända ) och anjoner av en syrarest. Salttyper: $\mathrm {NH_{4}^{+}}$ $\mathrm {PH_{4}^{+}}$ $\mathrm {H_{3}O^{+}}$

Genomsnittliga (normala) salter - alla väteatomer i syramolekyler ersätts av metallatomer . Exempel: , . $\mathrm {Na_{2}CO_{3))$ $\mathrm {K_{3}PO_{4}}$
Syrasalter - väteatomer i syran är delvis ersatta av metallatomer. De erhålls genom att neutralisera en bas med ett överskott av en syra. Exempel:,. $\mathrm {NaHCO_{3))$ $\mathrm {K_{2}HPO_{4}}$
Basiska salter - hydroxogrupper i basen (OH - ) är delvis ersatta av syrarester. Exempel: . $\mathrm {(CuOH)_{2}CO_{3))$
Dubbla salter - de innehåller två olika katjoner, de erhålls genom kristallisation från en blandad lösning av salter med olika katjoner, men samma anjoner. Exempel:. $\mathrm {KAl(SO_{4})_{2}\cdot 12\ H_{2}O}$
Blandade salter - de innehåller två olika anjoner. Exempel: . $\mathrm {Ca(OCl)Cl}$
Hydraterade salter ( kristallhydrater ) - de inkluderar molekyler av kristallisationsvatten . Exempel: . $\mathrm {Na_{2}SO_{4}\cdot 10\ H_{2}O}$
Komplexa salter - de inkluderar en komplex katjon eller komplex anjon. Exempel:,. $\mathrm {K_{3}[Fe(CN)_{6}]}$ $\mathrm {[Cu(NH_{3})_{4}](OH)_{2))$

En speciell grupp består av salter av organiska syror, vars egenskaper skiljer sig väsentligt från mineralsalternas. Vissa av dem kan hänföras till en speciell klass av organiska salter, de så kallade joniska vätskorna eller med andra ord "flytande salter", organiska salter med en smältpunkt under 100 ° C.

Foundations

Baser är en klass av kemiska föreningar:

Baser ( basiska hydroxider ) är komplexa ämnen som består av metallatomer eller ammoniumjoner och en hydroxogrupp (-OH). I en vattenlösning dissocierar de med bildandet av katjoner och anjoner OH - . Namnet på basen består vanligtvis av två ord: "metall/ammoniumhydroxid". Baser som är lättlösliga i vatten kallas alkalier .
Enligt en annan definition är baser en av huvudklasserna av kemiska föreningar , ämnen vars molekyler är protonacceptorer .

Syror

Syror är komplexa ämnen , som vanligtvis innehåller väteatomer som kan ersättas med metallatomer , och en syrarest . Vattenlösningar av syror har en sur smak, har en irriterande effekt, kan ändra färgen på indikatorer och skiljer sig i ett antal vanliga kemiska egenskaper.

Förutom uppdelningen i Lewis-syror och Bronsted-syror klassificeras de senare vanligtvis enligt olika formella kriterier:

Beroende på innehållet av syreatomer [5] : anoxisk ( HCl , H2S , HCN ) ; syreinnehållande ( HNO3 , H2SO4 ) . _ _
Beroende på antalet sura väteatomer [ 5 ] : monobasisk ( HNO3 ); dibasisk ( H2SeO4 ) ; _ tribasisk ( H3P04 , H3B03 ) ; _ _ _ _ polybasic.
Med styrka: stark - dissociera nästan helt, dissociationskonstanter är större än 1⋅10 −3 ( HNO 3 ); svag - dissociationskonstanten är mindre än 1⋅10 −3 ( ättiksyra Kd = 1,7⋅10 −5 ) .
Genom stabilitet: stabil ( H2SO4 ) ; instabil ( H2CO3 ) . _
Genom att tillhöra klasserna av kemiska föreningar: oorganiska ( HBr ); organisk ( HCOOH , CH3COOH ) ;
Genom flyktighet : flyktig ( HNO3 , H2S ) ; icke- flyktig ( H2SO4 ) ;
Genom löslighet i vatten: löslig ( H 2 SO 4 ); olöslig ( H2SiO3 ) ; _
Beroende på innehållet av metallatomer: metallinnehållande ( HMnO 4 , H 2 TiO 3 ); icke-metallisk ( HNO3 , HCN ) .

Övrigt

Följande grupper av oorganiska ämnen kan också särskiljas: karbider , nitrider , hydrider , intermetalliska föreningar och andra som inte passar in i klassificeringen ovan (för mer information se Oorganiskt ämne ).

Karbider

Karbider är föreningar av metaller och icke-metaller med kol . Traditionellt inkluderar karbider föreningar i vilka kol har en högre elektronegativitet än det andra elementet (sålunda är kolföreningar såsom oxider, halogenider och liknande uteslutna från karbider). Karbider är eldfasta fasta ämnen: karbider av bor och kisel ( B4C och SiC), titan , volfram , zirkonium (TiC, WC respektive ZrC) har hög hårdhet, värmebeständighet och kemisk tröghet.

Karbider delas in i följande typer: saltliknande ( CaC 2 , Al 4 C 3 ); kovalent ( karborundum SiC); metallliknande (med en icke-stökiometrisk sammansättning, t.ex. cementit (Fe3C ) ).

Nitrider

Nitrider är kväveföreningar med mindre elektronegativa grundämnen, till exempel med metaller (AlN; TiN x ; Na 3 N; Ca 3 N 2 ; Zn 3 N 2 ; etc.) och med ett antal icke-metaller ( NH 3 , BN , Si 3N4 ) . _ Kväveföreningar med metaller är oftast eldfasta och stabila vid höga temperaturer, såsom elbor . Nitridbeläggningar ger produkterna hårdhet, korrosionsbeständighet; används inom energi- och rymdteknik.

Hydrider

Hydrider är föreningar av väte med metaller och med icke-metaller som har lägre elektronegativitet än väte . Ibland innehåller hydrider föreningar av alla grundämnen med väte . De vanligaste är binära hydrider. De är indelade i tre typer beroende på typen av bindning i föreningen: joniska (väte och alkali eller jordalkalimetall), metalliska (övergångsmetall eller sällsynta jordartsmetallhydrider) och kovalenta (molekylära) (icke-metallhydrider eller Al, Be, Sn, Sb, As , Te, Ge) [6] .

Intermetallics

Metallföreningar, eller intermetalliska föreningar, är ett av de fyra grundläggande alternativen för interaktion mellan metaller (de andra tre är fullständig frånvaro av någon påverkan, ömsesidig upplösning i flytande tillstånd och bildning av eutektika i fast tillstånd, såväl som bildning av både flytande och fasta lösningar av vilken sammansättning som helst). I motsats till till exempel fasta lösningar kännetecknas intermetalliska föreningar av en komplex kristallstruktur, till skillnad från strukturen hos de ursprungliga ämnena; på liknande sätt kan de utveckla fysikaliska eller kemiska egenskaper som inte finns i deras rena beståndsdelar. I allmänhet kännetecknas intermetalliska föreningar av en mängd olika kristallstrukturer och typer av kemisk bindning, vilket i sin tur är orsaken till det breda utbudet av deras möjliga fysikaliska och kemiska egenskaper.

Intermetaller har, liksom andra kemiska föreningar, ett fast förhållande mellan komponenterna. Intermetalliska föreningar har som regel hög hårdhet och hög kemisk beständighet. Mycket ofta har intermetalliska föreningar en högre smältpunkt än modermetallerna. Nästan alla intermetalliska föreningar är spröda, eftersom bindningen mellan atomer i gittret blir kovalent eller jonisk (till exempel i cesiumaurid CsAu), snarare än metallisk. Vissa av dem har halvledaregenskaper , och ju närmare förhållandet mellan element och stökiometri är, desto högre blir det elektriska motståndet. Titannickelid, känt under varumärket " nitinol ", har formminne - efter härdning kan produkten deformeras mekaniskt, men kommer att ta sin ursprungliga form med lite uppvärmning.

Icke-stökiometriska föreningar

Fram till början av 1900-talet ansågs ståndpunkten om beständigheten i sammansättningen av vissa ämnen, först uttryckt och formulerad ett sekel tidigare, axiomatisk. Påståendet i fråga kallades på samma sätt lagen om sammansättningens beständighet , och motsvarande egenskap hos ämnen kallades stökiometri. Därefter visade studier utförda av forskaren N. S. Kurnakov att det också finns föreningar med variabel sammansättning, det vill säga icke-stökiometriska, och samtidigt kännetecknas de av en ganska hög grad av prevalens i naturen. N. S. Kurnakov föreslog också att kalla föreningar med konstant sammansättning för daltonider och variabla berthollider .

Till viss del är en variabel sammansättning karakteristisk för de ämnen i vilka antingen en atom- eller jonstruktur observeras. I det här fallet kan olika typer av defekter uppstå i kristallen - antingen en brist på atomer på vissa platser eller ett överskott av dem i luckorna mellan platserna. Till exempel en tydlig icke-stökiometrisk egenskap hos järnoxid och sulfat (II) . Det finns vissa gränser inom vilka avvikelser från den stökiometriska sammansättningen anses vara acceptabla; motsvarande intervall kallas homogenitetsområdet. Ämnen med molekylstruktur har i sin tur en konstant sammansättning; Det bör dock noteras att upp till 95 % av de oorganiska ämnena inte har en sådan struktur och därför är icke-stökiometriska. Den långsiktiga dominansen av idéer om kompositionens beständighet förklaras av det faktum att förändringar ofta inte är tillräckligt betydande för att detekteras under kemisk analys .

Se även

Organisk kemi

Anteckningar

↑ Oorganiska kolföreningar inkluderar vanligtvis vissa salter ( karbonater , cyanider , cyanater , tiocyanater ) och deras motsvarande syror, såväl som koloxider , metallkarbonyler och karbider .
↑ Spencer L. Seager, Michael R. Slabaugh. Kemi för idag: allmän, organisk och biokemi . // Thomson Brooks / Cole, 2004. - P. 342. ISBN 0-534-39969-X
↑ I boken av V. M. Potapov, G. N. Khomchenko "Chemistry", M. 1982 (s. 26), anges att det finns mer än 400 av dem.
↑ International Chemical Union erkände det 112:e kemiska elementet . Datum för åtkomst: 21 mars 2012. Arkiverad från originalet den 6 februari 2012. (obestämd)
↑ 1 2 Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chemistry. Oorganisk kemi. 8: e klass. - 15:e upplagan. - M . : Education, 2011. - S. 101. - ISBN 978-5-09-025532-5 .
↑ Hydrides / A.I. Zhirov // Great Russian Encyclopedia : [i 35 volymer] / kap. ed. Yu. S. Osipov . - M . : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.

Litteratur

Kapustinsky A.F. Essäer om historien om oorganisk och fysikalisk kemi i Ryssland. M.-L., 1949
Zhambulova M. Sh. Utveckling av oorganisk kemi (Historisk och metodologisk aspekt). Alma-Ata, 1981.- 187 sid.
Vetenskap om oorganiska material i Sovjetunionen. Ed. I. V. Tananaeva - Kiev: Naukova Dumka, 1983. - 720 sid.
Populärt bibliotek av kemiska grundämnen. T. 1,2. / Ed. I. V. Petryanova-Sokolova - M .: Nauka, 1983. - 575 s., - 572 s.
Remy G. Kurs i oorganisk kemi. T. 1. M .: Förlag för utländsk litteratur, 1963. - 920 sid.
Remy G. Kurs i oorganisk kemi. T. 2. M .: Mir, 1974. - 775 sid.
Shriver E. Oorganisk kemi. T. 1,2. / E. Shriver, P. Atkins - M .: Mir, 2004. - 679 s., - 486 s.
Encyclopedia of Inorganic Materials / Ed. I. M. Fedorchenko. I 2 volymer - Kiev: Ukr. ugglor. Encyclopedia, 1977. - 1652 sid.
Ablesimov N. E. Synopsis of Chemistry: Referens och lärobok om allmän kemi - Khabarovsk: DVGUPS Publishing House, 2005. - 84 sid. — http://www.neablesimov.narod.ru/pub04c.html Arkiverad 5 december 2009 på Wayback Machine
Ablesimov N.E. Hur många kemier finns det i världen? del 1. // Kemi och liv - XXI-talet. - 2009. - Nr 5. - S. 49-52.
Akhmetov N.S. Allmän och oorganisk kemi. - 4:e uppl., korrigerad. - Moskva: Högre skola, Publishing Center "Academy", 2001. - S. 253-269. — 743 sid. — 15 000 exemplar. - ISBN 5-06-003363-5 , 5-7695-0704-7.

Länkar

Oorganisk kemi

Ordböcker och uppslagsverk

I bibliografiska kataloger
BNE : XX525776 BNF : 11978675s GND : 4002145-2 J9U : 987007284918505171 LCCN : sh85023017 NDL : 00567903 NKC : ph114061