Неорганичната химия е част от общата химия. Занимава се с изследване на свойствата и поведението на неорганичните съединения – тяхната структура и способност да реагират с други вещества. Това направление изследва всички вещества, с изключение на тези, които са изградени от въглеродни вериги (последните са обект на изследване на органичната химия).
Описание
Химията е сложна наука. Разделянето му на категории е чисто произволно. Например, неорганичната и органичната химия са свързани чрез съединения, наречени бионеорганични. Те включват хемоглобин, хлорофил, витамин B12 и много ензими.
Много често при изучаване на вещества или процеси се налага да се вземат предвид различни връзки с други науки. Общата и неорганичната химия обхваща прости и сложни вещества, чийто брой се приближава до 400 000. Изучаването на техните свойства често включва широк спектър от физикохимични методи, тъй като те могат да комбинират свойства, характерни за наука катофизика. Качеството на веществата се влияе от проводимостта, магнитната и оптична активност, ефекта на катализаторите и други "физични" фактори.
Общо взето, неорганичните съединения се класифицират според тяхната функция:
- киселини;
- основания;
- оксиди;
- сол.
Оксидите често се разделят на метали (основни оксиди или основни анхидриди) и неметални оксиди (киселинни оксиди или киселинни анхидриди).
Произход
Историята на неорганичната химия е разделена на няколко периода. В началния етап знанията се натрупват чрез случайни наблюдения. От древни времена са правени опити за превръщане на неблагородните метали в скъпоценни. Алхимичната идея е промотирана от Аристотел чрез неговата доктрина за конвертируемостта на елементите.
През първата половина на петнадесети век бушуваха епидемии. Особено населението страдаше от едра шарка и чума. Ескулап приема, че болестите се причиняват от определени вещества и борбата с тях трябва да се води с помощта на други вещества. Това доведе до началото на т. нар. медико-химичен период. По това време химията става независима наука.
Появата на нова наука
По време на Ренесанса, химията от чисто практическа област на обучение започва да "придобива" теоретични концепции. Учените се опитаха да обяснят основните процеси, които протичат с веществата. През 1661 г. Робърт Бойл въвежда понятието "химичен елемент". През 1675 г. Николас Лемер разделя химичните елементиминерали от растения и животни, като по този начин обуславя изучаването на химията на неорганичните съединения отделно от органичните.
По-късно химиците се опитаха да обяснят феномена на горенето. Немският учен Георг Щал създава теорията за флогистоните, според която горимо тяло отхвърля негравитационна частица флогистон. През 1756 г. Михаил Ломоносов експериментално доказва, че изгарянето на някои метали е свързано с частици въздух (кислород). Антоан Лавоазие също опроверга теорията за флогистоните, ставайки основател на съвременната теория на горенето. Той също така въведе понятието "съединение на химичните елементи".
Разработка
Следващият период започва с работата на Джон Далтън и се опитва да обясни химическите закони чрез взаимодействието на веществата на атомно (микроскопично) ниво. Първият химически конгрес в Карлсруе през 1860 г. определя понятията за атом, валентност, еквивалент и молекула. Благодарение на откриването на периодичния закон и създаването на периодичната система, Дмитрий Менделеев доказа, че атомно-молекулярната теория е свързана не само с химичните закони, но и с физичните свойства на елементите.
Следващият етап в развитието на неорганичната химия е свързан с откриването на радиоактивния разпад през 1876 г. и изясняване на дизайна на атома през 1913 г. Изследване на Албрехт Кесел и Гилбърт Люис през 1916 г. решава проблема за природата на химическите връзки. Въз основа на теорията за хетерогенното равновесие на Уилард Гибс и Хенрик Розеб, през 1913 г. Николай Курнаков създава един от основните методи на съвременната неорганична химия -физичен и химичен анализ.
Основи на неорганичната химия
Неорганичните съединения се срещат естествено под формата на минерали. Почвата може да съдържа железен сулфид като пирит или калциев сулфат под формата на гипс. Неорганичните съединения се срещат и като биомолекули. Те са синтезирани за използване като катализатори или реагенти. Първото важно изкуствено неорганично съединение е амониевият нитрат, използван за наторяване на почвата.
Соли
Много неорганични съединения са йонни съединения, съставени от катиони и аниони. Това са така наречените соли, които са обект на изследване в неорганичната химия. Примери за йонни съединения са:
- Манезиев хлорид (MgCl2), който съдържа Mg2+ катиони и Cl- аниони.
- Натриев оксид (Na2O), който се състои от катиони Na+ и аниони O2- .
Във всяка сол пропорциите на йоните са такива, че електрическите заряди са в равновесие, тоест съединението като цяло е електрически неутрално. Йоните се описват чрез степента им на окисление и лекотата на образуване, която следва от йонизационния потенциал (катиони) или афинитета към електроните (аниони) на елементите, от които са образувани.
Неорганичните соли включват оксиди, карбонати, сулфати и халогениди. Много съединения се характеризират с високи точки на топене. Неорганичните соли обикновено са твърди кристални образувания. Друга важна характеристика е тяхнатаразтворимост във вода и лекота на кристализация. Някои соли (напр. NaCl) са много разтворими във вода, докато други (напр. SiO2) са почти неразтворими.
Метали и сплави
Метали като желязо, мед, бронз, месинг, алуминий са група от химически елементи в долния ляв ъгъл на периодичната таблица. Тази група включва 96 елемента, които се характеризират с висока топлинна и електрическа проводимост. Те намират широко приложение в металургията. Металите могат условно да бъдат разделени на черни и цветни, тежки и леки. Между другото, най-използваният елемент е желязото, то заема 95% от световното производство сред всички видове метали.
Сплавите са сложни вещества, получени чрез топене и смесване на два или повече метала в течно състояние. Те се състоят от основа (доминиращи елементи в процентно изражение: желязо, мед, алуминий и др.) с малки добавки от легиращи и модифициращи компоненти.
Човечеството използва около 5000 вида сплави. Те са основните материали в строителството и индустрията. Между другото, има и сплави между метали и неметали.
Класификация
В таблицата на неорганичната химия металите са разделени на няколко групи:
- 6 елементи са в алкалната група (литий, калий, рубидий, натрий, франций, цезий);
- 4 - в алкалноземя (радий, барий, стронций, калций);
- 40 - в преход (титан, злато, волфрам, мед, манган,скандий, желязо и др.);
- 15 – лантаноиди (лантан, церий, ербий и др.);
- 15 – актиниди (уран, актиний, торий, фермий и др.);
- 7 – полуметали (арсен, бор, антимон, германий и др.);
- 7 - леки метали (алуминий, калай, бисмут, олово и др.).
Неметали
Неметалите могат да бъдат както химически елементи, така и химични съединения. В свободно състояние те образуват прости вещества с неметални свойства. В неорганичната химия се разграничават 22 елемента. Това са водород, бор, въглерод, азот, кислород, флуор, силиций, фосфор, сяра, хлор, арсен, селен и др.
Най-типичните неметали са халогените. В реакция с метали те образуват съединения, чиято връзка е предимно йонна, като KCl или CaO. Когато взаимодействат един с друг, неметалите могат да образуват ковалентно свързани съединения (Cl3N, ClF, CS2 и др.).
основи и киселини
Базите са сложни вещества, най-важните от които са водоразтворими хидроксиди. Когато се разтварят, те се дисоциират с метални катиони и хидроксидни аниони и тяхното pH е по-голямо от 7. Базите могат да се считат за химически противоположни на киселините, тъй като дисоцииращите с вода киселини повишават концентрацията на водородните йони (H3O+), докато основата се редуцира.
Киселините са вещества, които участват в химични реакции с основи, вземайки електрони от тях. Повечето киселини с практическо значение са водоразтворими. Когато се разтварят, те се дисоциират от водородни катиони(Н+) и киселинни аниони, като тяхното pH е по-малко от 7.
