Anorganska kemija je dio opće kemije. Bavi se proučavanjem svojstava i ponašanja anorganskih spojeva – njihove strukture i sposobnosti reagiranja s drugim tvarima. Ovaj smjer istražuje sve tvari, osim onih koje su izgrađene od ugljikovih lanaca (potonji su predmet proučavanja organske kemije).
Opis
Kemija je složena znanost. Njegova podjela na kategorije je čisto proizvoljna. Na primjer, anorganska i organska kemija povezane su spojevima koji se nazivaju bioanorganski. To uključuje hemoglobin, klorofil, vitamin B12 i mnoge enzime.
Vrlo često, kada se proučavaju tvari ili procesi, moraju se uzeti u obzir različiti odnosi s drugim znanostima. Opća i anorganska kemija obuhvaća jednostavne i složene tvari, čiji se broj približava 400 000. Proučavanje njihovih svojstava često uključuje širok raspon metoda fizikalne kemije, budući da one mogu kombinirati svojstva karakteristična za znanost kao što je npr.fizika. Na kvalitetu tvari utječu vodljivost, magnetska i optička aktivnost, učinak katalizatora i drugi "fizički" čimbenici.
Općenito, anorganski spojevi se klasificiraju prema njihovoj funkciji:
- kiseline;
- osnove;
- oksidi;
- sol.
Oksidi se često dijele na metale (bazni oksidi ili bazični anhidridi) i okside nemetala (kiseli oksidi ili kiseli anhidridi).
Porijeklo
Povijest anorganske kemije podijeljena je na nekoliko razdoblja. U početnoj fazi znanje se akumuliralo nasumičnim promatranjima. Od davnina su se pokušavali pretvoriti obični metali u dragocjene. Alkemijsku ideju promovirao je Aristotel kroz svoju doktrinu konvertibilnosti elemenata.
U prvoj polovici petnaestog stoljeća bjesnile su epidemije. Osobito je stanovništvo bolovalo od velikih boginja i kuge. Eskulap je pretpostavljao da bolesti uzrokuju određene tvari, a borbu protiv njih treba voditi uz pomoć drugih tvari. To je dovelo do početka takozvanog medicinsko-kemijskog razdoblja. U to vrijeme, kemija je postala neovisna znanost.
Pojava nove znanosti
Tijekom renesanse, kemija iz čisto praktičnog područja proučavanja počela je "stjecati" teorijske koncepte. Znanstvenici su pokušali objasniti temeljne procese koji se događaju s tvarima. Godine 1661. Robert Boyle uvodi koncept "kemijskog elementa". Godine 1675. Nicholas Lemmer razdvaja kemijske elementeminerali iz biljaka i životinja, čime se uvjetuje proučavanje kemije anorganskih spojeva odvojeno od organskih.
Kasnije su kemičari pokušali objasniti fenomen izgaranja. Njemački znanstvenik Georg Stahl stvorio je teoriju flogistona, prema kojoj zapaljivo tijelo odbija negravitacijsku česticu flogistona. Godine 1756. Mihail Lomonosov je eksperimentalno dokazao da je izgaranje određenih metala povezano s česticama zraka (kisika). Antoine Lavoisier također je opovrgnuo teoriju flogistona, postavši utemeljitelj moderne teorije izgaranja. Također je uveo koncept "spoja kemijskih elemenata".
Razvoj
Sljedeće razdoblje počinje radom Johna D altona i pokušava objasniti kemijske zakone kroz interakciju tvari na atomskoj (mikroskopskoj) razini. Prvi kemijski kongres u Karlsruheu 1860. definirao je pojmove atoma, valencije, ekvivalenta i molekule. Zahvaljujući otkriću periodičnog zakona i stvaranju periodnog sustava, Dmitrij Mendeljejev je dokazao da je atomsko-molekularna teorija povezana ne samo s kemijskim zakonima, već i s fizikalnim svojstvima elemenata.
Sljedeća faza u razvoju anorganske kemije povezana je s otkrićem radioaktivnog raspada 1876. i razjašnjavanjem dizajna atoma 1913. godine. Studija Albrechta Kessela i Gilberta Lewisa iz 1916. rješava problem prirode kemijskih veza. Na temelju teorije heterogene ravnoteže Willarda Gibbsa i Henrika Roszeba, Nikolaj Kurnakov je 1913. godine stvorio jednu od glavnih metoda moderne anorganske kemije -fizikalna i kemijska analiza.
Osnove anorganske kemije
Anorganski spojevi se prirodno javljaju u obliku minerala. Tlo može sadržavati željezni sulfid kao što je pirit ili kalcijev sulfat u obliku gipsa. Anorganski spojevi također se javljaju kao biomolekule. Sintetizirani su za upotrebu kao katalizatori ili reagensi. Prvi važan umjetni anorganski spoj je amonijev nitrat, koji se koristi za gnojenje tla.
Soli
Mnogi anorganski spojevi su ionski spojevi sastavljeni od kationa i aniona. To su takozvane soli koje su predmet istraživanja u anorganskoj kemiji. Primjeri ionskih spojeva su:
- Magnezijev klorid (MgCl2), koji sadrži Mg2+ katione i Cl- anione.
- Natrijev oksid (Na2O), koji se sastoji od kationa Na+ i aniona O2- .
U svakoj soli, udjeli iona su takvi da su električni naboji u ravnoteži, odnosno da je spoj u cjelini električno neutralan. Ioni se opisuju njihovim oksidacijskim stanjem i lakoćom stvaranja koja proizlazi iz ionizacijskog potencijala (kationi) ili afiniteta prema elektronu (anioni) elemenata od kojih su nastali.
Anorganske soli uključuju okside, karbonate, sulfate i halogenide. Mnoge spojeve karakteriziraju visoke točke taljenja. Anorganske soli su obično čvrste kristalne formacije. Još jedna važna značajka je njihovatopljivost u vodi i lakoća kristalizacije. Neke soli (npr. NaCl) su vrlo topljive u vodi, dok su druge (npr. SiO2) gotovo netopive.
Metali i legure
Metali kao što su željezo, bakar, bronca, mjed, aluminij su skupina kemijskih elemenata u donjem lijevom kutu periodnog sustava. Ova skupina uključuje 96 elemenata koje karakterizira visoka toplinska i električna vodljivost. Široko se koriste u metalurgiji. Metali se mogu uvjetno podijeliti na željezne i obojene, teške i lagane. Inače, najkorišteniji element je željezo, ono zauzima 95% svjetske proizvodnje među svim vrstama metala.
Legure su složene tvari dobivene topljenjem i miješanjem dva ili više metala u tekućem stanju. Sastoje se od baze (dominantni elementi u postocima: željezo, bakar, aluminij, itd.) s malim dodacima legirajućih i modificirajućih komponenti.
Čovječanstvo koristi oko 5000 vrsta legura. Oni su glavni materijali u građevinarstvu i industriji. Usput, postoje i legure između metala i nemetala.
Klasifikacija
U tablici anorganske kemije metali su podijeljeni u nekoliko skupina:
- 6 elemenata su u alkalnoj skupini (litij, kalij, rubidij, natrij, francij, cezij);
- 4 - u zemnoalkalnoj (radij, barij, stroncij, kalcij);
- 40 - u prijelazu (titan, zlato, volfram, bakar, mangan,skandij, željezo itd.);
- 15 – lantanidi (lantan, cerij, erbij, itd.);
- 15 – aktinidi (uran, aktinij, torij, fermij, itd.);
- 7 – polumetali (arsen, bor, antimon, germanij, itd.);
- 7 - laki metali (aluminij, kositar, bizmut, olovo, itd.).
Nemetali
Nemetali mogu biti i kemijski elementi i kemijski spojevi. U slobodnom stanju tvore jednostavne tvari s nemetalnim svojstvima. U anorganskoj kemiji razlikuju se 22 elementa. To su vodik, bor, ugljik, dušik, kisik, fluor, silicij, fosfor, sumpor, klor, arsen, selen, itd.
Najtipičniji nemetali su halogeni. U reakciji s metalima tvore spojeve čija je veza uglavnom ionska, poput KCl ili CaO. Kada međusobno djeluju, nemetali mogu formirati kovalentno vezane spojeve (Cl3N, ClF, CS2, itd.).
Baze i kiseline
Baze su složene tvari, od kojih su najvažniji hidroksidi topljivi u vodi. Kada se otapaju, disociraju s metalnim kationima i hidroksidnim anionima, a pH im je veći od 7. Baze se mogu smatrati kemijski suprotnim kiselinama jer kiseline koje disociraju u vodi povećavaju koncentraciju vodikovih iona (H3O+) sve dok se baza ne reducira.
Kiseline su tvari koje sudjeluju u kemijskim reakcijama s bazama, uzimajući im elektrone. Većina kiselina od praktične važnosti je topiva u vodi. Kad se otapaju, odvajaju se od vodikovih kationa(N+) i kiseli anioni, a njihov pH je manji od 7.
