Anorganska kemija je del splošne kemije. Ukvarja se s preučevanjem lastnosti in obnašanja anorganskih spojin – njihove strukture in sposobnosti reagiranja z drugimi snovmi. Ta smer raziskuje vse snovi, razen tistih, ki so zgrajene iz ogljikovih verig (slednje so predmet študija organske kemije).
Opis
Kemija je kompleksna znanost. Njena razdelitev na kategorije je povsem poljubna. Na primer, anorgansko in organsko kemijo povezujejo spojine, imenovane bioanorganske. Ti vključujejo hemoglobin, klorofil, vitamin B12 in številne encime.
Zelo pogosto je treba pri preučevanju snovi ali procesov upoštevati različne odnose z drugimi znanostmi. Splošna in anorganska kemija zajema enostavne in kompleksne snovi, katerih število se približuje 400 000. Preučevanje njihovih lastnosti pogosto vključuje širok nabor fizikalno-kemijskih metod, saj lahko združujejo lastnosti, značilne za znanost, kot je npr.fizika. Na kakovost snovi vplivajo prevodnost, magnetna in optična aktivnost, učinek katalizatorjev in drugi »fizični« dejavniki.
Na splošno so anorganske spojine razvrščene glede na njihovo funkcijo:
- kisline;
- osnove;
- oksidi;
- sol.
Okside pogosto delimo na kovine (bazični oksidi ali bazični anhidridi) in nekovinske okside (kisli oksidi ali anhidridi kislin).
Izvor
Zgodovina anorganske kemije je razdeljena na več obdobij. Na začetni stopnji se je znanje nabiralo z naključnimi opazovanji. Že od antičnih časov so bili narejeni poskusi preoblikovanja navadnih kovin v plemenite. Alkemično idejo je promoviral Aristotel s svojo doktrino pretvorljivosti elementov.
V prvi polovici petnajstega stoletja so divjale epidemije. Zlasti prebivalstvo je zbolelo za črnimi kozami in kugo. Eskulapij je domneval, da bolezni povzročajo določene snovi, boj proti njim pa je treba izvajati s pomočjo drugih snovi. To je privedlo do začetka tako imenovanega medicinsko-kemijskega obdobja. Takrat je kemija postala samostojna znanost.
Pojav nove znanosti
V času renesanse je kemija iz povsem praktičnega študijskega področja začela "pridobovati" teoretične koncepte. Znanstveniki so poskušali razložiti osnovne procese, ki se pojavljajo pri snoveh. Leta 1661 Robert Boyle uvede koncept "kemični element". Leta 1675 je Nicholas Lemmer ločil kemične elementeminerali iz rastlin in živali, s čimer se določi študij kemije anorganskih spojin ločeno od organskih.
Pozneje so kemiki poskušali razložiti pojav izgorevanja. Nemški znanstvenik Georg Stahl je ustvaril teorijo flogistonov, po kateri gorljivo telo zavrača negravitacijski delec flogistona. Leta 1756 je Mihail Lomonosov eksperimentalno dokazal, da je izgorevanje nekaterih kovin povezano z delci zraka (kisika). Antoine Lavoisier je ovrgel tudi teorijo flogistonov in postal ustanovitelj sodobne teorije zgorevanja. Predstavil je tudi koncept "spojine kemičnih elementov".
Razvoj
Naslednje obdobje se začne z delom Johna D altona in poskuša razložiti kemijske zakone z interakcijo snovi na atomski (mikroskopski) ravni. Prvi kemijski kongres v Karlsruheju leta 1860 je opredelil koncepte atoma, valence, ekvivalenta in molekule. Zahvaljujoč odkritju periodičnega zakona in ustvarjanju periodnega sistema je Dmitrij Mendelejev dokazal, da je atomsko-molekularna teorija povezana ne le s kemijskimi zakoni, ampak tudi s fizikalnimi lastnostmi elementov.
Naslednja stopnja v razvoju anorganske kemije je povezana z odkritjem radioaktivnega razpada leta 1876 in razjasnitvijo zasnove atoma leta 1913. Študija Albrechta Kessela in Gilberta Lewisa iz leta 1916 rešuje problem narave kemičnih vezi. Na podlagi teorije heterogenega ravnovesja Willarda Gibbsa in Henrika Roszeba je Nikolaj Kurnakov leta 1913 ustvaril eno od glavnih metod sodobne anorganske kemije -fizikalna in kemijska analiza.
Osnove anorganske kemije
Anorganske spojine se naravno pojavljajo v obliki mineralov. Tla lahko vsebujejo železov sulfid, kot je pirit ali kalcijev sulfat v obliki sadre. Anorganske spojine se pojavljajo tudi kot biomolekule. Sintetizirani so za uporabo kot katalizatorji ali reagenti. Prva pomembna umetna anorganska spojina je amonijev nitrat, ki se uporablja za gnojenje tal.
soli
Številne anorganske spojine so ionske spojine, sestavljene iz kationov in anionov. To so tako imenovane soli, ki so predmet raziskav anorganske kemije. Primeri ionskih spojin so:
- Magnezijev klorid (MgCl2), ki vsebuje Mg2+ katione in Cl- anione.
- Natrijev oksid (Na2O), ki je sestavljen iz kationov Na+ in anionov O2- .
V vsaki soli so deleži ionov takšni, da so električni naboji v ravnotežju, to pomeni, da je spojina kot celota električno nevtralna. Ioni so opisani z njihovim oksidacijskim stanjem in enostavnostjo tvorbe, ki izhaja iz ionizacijskega potenciala (kationi) ali afinitete do elektronov (anionov) elementov, iz katerih so nastali.
Anorganske soli vključujejo okside, karbonate, sulfate in halogenide. Za številne spojine so značilne visoke tališča. Anorganske soli so običajno trdne kristalne tvorbe. Druga pomembna lastnost je njihovatopnost v vodi in enostavnost kristalizacije. Nekatere soli (npr. NaCl) so zelo topne v vodi, druge (npr. SiO2) pa so skoraj netopne.
Kovine in zlitine
Kovine, kot so železo, baker, bron, medenina, aluminij, so skupina kemičnih elementov spodaj levo v periodnem sistemu. Ta skupina vključuje 96 elementov, za katere je značilna visoka toplotna in električna prevodnost. Široko se uporabljajo v metalurgiji. Kovine lahko pogojno razdelimo na železne in neželezne, težke in lahke. Mimogrede, najbolj uporabljen element je železo, ki zavzema 95% svetovne proizvodnje med vsemi vrstami kovin.
Zlitine so kompleksne snovi, pridobljene s taljenjem in mešanjem dveh ali več kovin v tekočem stanju. Sestavljeni so iz osnove (prevladujoči elementi v odstotkih: železo, baker, aluminij itd.) z majhnimi dodatki legirnih in modificirajočih komponent.
Človeštvo uporablja približno 5000 vrst zlitin. So glavni materiali v gradbeništvu in industriji. Mimogrede, obstajajo tudi zlitine med kovinami in nekovinami.
Razvrstitev
V tabeli anorganske kemije so kovine razdeljene v več skupin:
- 6 elementov je v alkalni skupini (litij, kalij, rubidij, natrij, francij, cezij);
- 4 - v zemeljskoalkalijskih (radij, barij, stroncij, kalcij);
- 40 - v prehodu (titan, zlato, volfram, baker, mangan,skandij, železo itd.);
- 15 – lantanidi (lantan, cerij, erbij itd.);
- 15 – aktinidi (uran, aktinij, torij, fermij itd.);
- 7 – polkovine (arzen, bor, antimon, germanij itd.);
- 7 - lahke kovine (aluminij, kositer, bizmut, svinec itd.).
Nekovinske
Nekovine so lahko tako kemični elementi kot kemične spojine. V prostem stanju tvorijo preproste snovi z nekovinskimi lastnostmi. V anorganski kemiji ločimo 22 elementov. To so vodik, bor, ogljik, dušik, kisik, fluor, silicij, fosfor, žveplo, klor, arzen, selen itd.
Najpogostejše nekovine so halogeni. V reakciji s kovinami tvorijo spojine, katerih vez je pretežno ionska, kot sta KCl ali CaO. Kovine med seboj lahko tvorijo kovalentno vezane spojine (Cl3N, ClF, CS2 itd.).
Baze in kisline
Baze so kompleksne snovi, med katerimi so najpomembnejši vodotopni hidroksidi. Ko se raztopijo, se disociirajo s kovinskimi kationi in hidroksidnimi anioni, njihov pH pa je večji od 7. Baze lahko štejemo za kemično nasprotne kislinam, ker kisline, ki disociirajo z vodo, povečajo koncentracijo vodikovih ionov (H3O+), dokler se baza ne zmanjša.
Kisline so snovi, ki sodelujejo v kemičnih reakcijah z bazami in jim jemljejo elektrone. Večina praktičnega pomena kislin je topnih v vodi. Ko se raztopijo, se ločijo od vodikovih kationov(Н+) in kislih anionov, njihov pH pa je manjši od 7.
