Neorganska hemija je deo opšte hemije. Bavi se proučavanjem svojstava i ponašanja neorganskih jedinjenja – njihove strukture i sposobnosti da reaguju sa drugim supstancama. Ovaj pravac istražuje sve supstance, osim onih koje su izgrađene od ugljeničnih lanaca (ovi poslednji su predmet proučavanja organske hemije).
Opis
Hemija je kompleksna nauka. Njegova podjela na kategorije je čisto proizvoljna. Na primjer, neorganska i organska hemija su povezane spojevima koji se nazivaju bioanorganski. To uključuje hemoglobin, hlorofil, vitamin B12 i mnoge enzime.
Vrlo često, kada se proučavaju supstance ili procesi, moraju se uzeti u obzir različiti odnosi sa drugim naukama. Opća i neorganska hemija obuhvata jednostavne i složene supstance, čiji se broj približava 400 000. Proučavanje njihovih svojstava često uključuje širok spektar metoda fizičke hemije, jer one mogu kombinovati svojstva karakteristična za nauku kao što je npr.fizike. Na kvalitet supstanci utječu provodljivost, magnetska i optička aktivnost, djelovanje katalizatora i drugi "fizički" faktori.
Općenito, anorganska jedinjenja se klasifikuju prema njihovoj funkciji:
- kiseline;
- grounds;
- oksidi;
- sol.
Oksidi se često dijele na metale (bazni oksidi ili bazični anhidridi) i okside nemetala (kiseli oksidi ili kiseli anhidridi).
Porijeklo
Istorija neorganske hemije podeljena je na nekoliko perioda. U početnoj fazi, znanje se akumuliralo nasumičnim zapažanjima. Od davnina su napravljeni pokušaji da se prosti metali transformišu u plemenite. Alhemijsku ideju promovirao je Aristotel kroz svoju doktrinu konvertibilnosti elemenata.
U prvoj polovini petnaestog veka bjesnile su epidemije. Posebno je stanovništvo patilo od malih boginja i kuge. Eskulap je pretpostavio da bolesti izazivaju određene supstance, a borbu protiv njih treba voditi uz pomoć drugih supstanci. To je dovelo do početka takozvanog medicinsko-hemijskog perioda. U to vrijeme, hemija je postala nezavisna nauka.
Pojava nove nauke
Tokom renesanse, hemija iz čisto praktične oblasti proučavanja počela je da "pribavlja" teorijske koncepte. Naučnici su pokušali da objasne osnovne procese koji se dešavaju sa supstancama. Godine 1661. Robert Boyle uvodi koncept "hemijskog elementa". Godine 1675. Nicholas Lemmer razdvaja hemijske elementeminerali iz biljaka i životinja, čime se predviđa proučavanje hemije anorganskih jedinjenja odvojeno od organskih.
Kasnije, hemičari su pokušali da objasne fenomen sagorevanja. Njemački naučnik Georg Stahl stvorio je teoriju flogistona, prema kojoj zapaljivo tijelo odbija negravitacijsku česticu flogistona. Godine 1756. Mihail Lomonosov je eksperimentalno dokazao da je sagorijevanje određenih metala povezano sa česticama zraka (kiseonikom). Antoine Lavoisier je također opovrgao teoriju flogistona, postavši osnivač moderne teorije sagorijevanja. On je također uveo koncept "spoj hemijskih elemenata".
Razvoj
Sledeći period počinje radom Džona D altona i pokušava da objasni hemijske zakone kroz interakciju supstanci na atomskom (mikroskopskom) nivou. Prvi kemijski kongres u Karlsruheu 1860. definirao je koncepte atoma, valencije, ekvivalenta i molekula. Zahvaljujući otkriću periodičnog zakona i stvaranju periodnog sistema, Dmitrij Mendeljejev je dokazao da je atomsko-molekularna teorija povezana ne samo sa hemijskim zakonima, već i sa fizičkim svojstvima elemenata.
Sljedeća faza u razvoju neorganske hemije povezana je sa otkrićem radioaktivnog raspada 1876. i razjašnjavanjem dizajna atoma 1913. godine. Studija Albrechta Kessela i Gilberta Lewisa iz 1916. rješava problem prirode kemijskih veza. Na osnovu teorije heterogene ravnoteže Willarda Gibbsa i Henrika Roszeba, Nikolaj Kurnakov je 1913. godine stvorio jednu od glavnih metoda moderne neorganske hemije -fizičke i hemijske analize.
Osnove neorganske hemije
Neorganska jedinjenja se prirodno javljaju u obliku minerala. Zemljište može sadržavati željezni sulfid kao što je pirit ili kalcijum sulfat u obliku gipsa. Neorganska jedinjenja se takođe javljaju kao biomolekule. Sintetizirani su za upotrebu kao katalizatori ili reagensi. Prvo važno veštačko neorgansko jedinjenje je amonijum nitrat, koji se koristi za đubrenje zemljišta.
Soli
Mnoga neorganska jedinjenja su jonska jedinjenja sastavljena od kationa i anjona. To su takozvane soli koje su predmet istraživanja u neorganskoj hemiji. Primjeri jonskih jedinjenja su:
- Magnezijum hlorid (MgCl2), koji sadrži Mg2+ katione i Cl- anione.
- Natrijum oksid (Na2O), koji se sastoji od kationa Na+ i aniona O2- .
U svakoj soli, proporcije jona su takve da su električni naboji u ravnoteži, odnosno jedinjenje kao cjelina je električno neutralno. Joni se opisuju njihovim oksidacijskim stanjem i lakoćom formiranja koja proizlazi iz jonizacionog potencijala (katjoni) ili afiniteta prema elektronima (anioni) elemenata od kojih su formirani.
Neorganske soli uključuju okside, karbonate, sulfate i halogenide. Mnoga jedinjenja karakterišu visoke tačke topljenja. Neorganske soli su obično čvrste kristalne formacije. Još jedna važna karakteristika je njihovarastvorljivost u vodi i laka kristalizacija. Neke soli (npr. NaCl) su veoma rastvorljive u vodi, dok su druge (npr. SiO2) skoro nerastvorljive.
Metali i legure
Metali kao što su gvožđe, bakar, bronza, mesing, aluminijum su grupa hemijskih elemenata u donjem levom uglu periodnog sistema. Ova grupa uključuje 96 elemenata koji se odlikuju visokom toplotnom i električnom provodljivošću. Široko se koriste u metalurgiji. Metali se uslovno mogu podijeliti na crne i obojene, teške i lake. Inače, najkorišćeniji element je gvožđe, ono zauzima 95% svetske proizvodnje među svim vrstama metala.
Legure su složene supstance koje se dobijaju topljenjem i mešanjem dva ili više metala u tečnom stanju. Sastoje se od baze (dominantni elementi u procentima: gvožđe, bakar, aluminijum, itd.) sa malim dodacima legirajućih i modificirajućih komponenti.
Čovječanstvo koristi oko 5000 vrsta legura. Oni su glavni materijali u građevinarstvu i industriji. Inače, postoje i legure između metala i nemetala.
Klasifikacija
U tabeli neorganske hemije metali su podeljeni u nekoliko grupa:
- 6 elemenata su u alkalnoj grupi (litijum, kalijum, rubidijum, natrijum, francijum, cezijum);
- 4 - u zemnoalkalnoj (radij, barijum, stroncijum, kalcijum);
- 40 - u tranziciji (titan, zlato, volfram, bakar, mangan,skandij, gvožđe, itd.);
- 15 – lantanidi (lantan, cerij, erbijum, itd.);
- 15 – aktinidi (uranijum, aktinijum, torijum, fermijum, itd.);
- 7 – polumetali (arsen, bor, antimon, germanijum, itd.);
- 7 - laki metali (aluminijum, kalaj, bizmut, olovo, itd.).
Nemetali
Nemetali mogu biti i hemijski elementi i hemijska jedinjenja. U slobodnom stanju formiraju jednostavne tvari s nemetalnim svojstvima. U neorganskoj hemiji razlikuju se 22 elementa. To su vodonik, bor, ugljenik, azot, kiseonik, fluor, silicijum, fosfor, sumpor, hlor, arsen, selen, itd.
Najtipičniji nemetali su halogeni. U reakciji s metalima stvaraju spojeve čija je veza uglavnom jonska, kao što su KCl ili CaO. Kada su u međusobnoj interakciji, nemetali mogu formirati kovalentno vezana jedinjenja (Cl3N, ClF, CS2, itd.).
Baze i kiseline
Baze su složene supstance, od kojih su najvažniji hidroksidi rastvorljivi u vodi. Kada se rastvore, disociraju sa metalnim kationima i hidroksidnim anionima, a njihov pH je veći od 7. Baze se mogu smatrati hemijski suprotnim kiselinama jer kiseline koje disociraju u vodi povećavaju koncentraciju vodikovih jona (H3O+) sve dok se baza ne redukuje.
Kiseline su supstance koje učestvuju u hemijskim reakcijama sa bazama, uzimajući od njih elektrone. Većina kiselina od praktičnog značaja je rastvorljiva u vodi. Kada se rastvore, odvajaju se od vodikovih katjona(N+) i kiseli anjoni, a njihov pH je manji od 7.
