Anorganische Chemie ist Teil der allgemeinen Chemie. Es befasst sich mit der Untersuchung der Eigenschaften und des Verh altens anorganischer Verbindungen - ihrer Struktur und Fähigkeit, mit anderen Stoffen zu reagieren. Diese Richtung untersucht alle Substanzen, mit Ausnahme derjenigen, die aus Kohlenstoffketten aufgebaut sind (letztere sind Gegenstand des Studiums der organischen Chemie).
Beschreibung
Chemie ist eine komplexe Wissenschaft. Die Einteilung in Kategorien ist rein willkürlich. Zum Beispiel werden anorganische und organische Chemie durch Verbindungen verbunden, die als bioanorganisch bezeichnet werden. Dazu gehören Hämoglobin, Chlorophyll, Vitamin B12 und viele Enzyme.
Sehr oft muss man bei der Untersuchung von Stoffen oder Prozessen verschiedene Beziehungen zu anderen Wissenschaften berücksichtigen. Die allgemeine und anorganische Chemie umfasst einfache und komplexe Substanzen, deren Zahl sich 400 000 nähert. Das Studium ihrer Eigenschaften umfasst oft eine breite Palette von Methoden der physikalischen Chemie, da sie Eigenschaften kombinieren können, die für eine Wissenschaft charakteristisch sind, wie zPhysik. Die Qualität von Stoffen wird durch Leitfähigkeit, magnetische und optische Aktivität, die Wirkung von Katalysatoren und andere "physikalische" Faktoren beeinflusst.
Im Allgemeinen werden anorganische Verbindungen nach ihrer Funktion eingeteilt:
- Säuren;
- Gelände;
- Oxide;
- Salz.
Oxide werden oft in Metalle (basische Oxide oder basische Anhydride) und Nichtmetalloxide (saure Oxide oder Säureanhydride) unterteilt.
Ursprung
Die Geschichte der anorganischen Chemie gliedert sich in mehrere Perioden. In der Anfangsphase wurde Wissen durch zufällige Beobachtungen gesammelt. Seit der Antike wird versucht, unedle Metalle in Edelmetalle zu verwandeln. Die alchemistische Idee wurde von Aristoteles durch seine Lehre von der Konvertierbarkeit der Elemente gefördert.
In der ersten Hälfte des 15. Jahrhunderts wüteten Epidemien. Besonders die Bevölkerung litt unter Pocken und Pest. Äskulap ging davon aus, dass Krankheiten durch bestimmte Substanzen verursacht werden und die Bekämpfung mit Hilfe anderer Substanzen erfolgen sollte. Dies führte zum Beginn der sogenannten medizinisch-chemischen Periode. Damals wurde die Chemie zu einer eigenständigen Wissenschaft.
Die Entstehung einer neuen Wissenschaft
Während der Renaissance begann die Chemie von einem rein praktischen Studiengebiet aus, theoretische Konzepte zu "akquirieren". Wissenschaftler versuchten, die zugrunde liegenden Prozesse zu erklären, die mit Substanzen ablaufen. 1661 führt Robert Boyle das Konzept des „chemischen Elements“ein. 1675 trennt Nicholas Lemmer die chemischen ElementeMineralien aus Pflanzen und Tieren, wodurch das Studium der Chemie der anorganischen Verbindungen getrennt von den organischen vorgeschrieben wird.
Später versuchten Chemiker, das Phänomen der Verbrennung zu erklären. Der deutsche Wissenschaftler Georg Stahl hat die Phlogiston-Theorie entwickelt, nach der ein brennbarer Körper ein nicht gravitatives Phlogiston-Teilchen abstößt. 1756 bewies Mikhail Lomonosov experimentell, dass die Verbrennung bestimmter Metalle mit Luftpartikeln (Sauerstoff) verbunden ist. Antoine Lavoisier widerlegte auch die Phlogistontheorie und wurde zum Begründer der modernen Verbrennungstheorie. Er führte auch das Konzept der "Verbindung chemischer Elemente" ein.
Entwicklung
Die nächste Periode beginnt mit der Arbeit von John D alton und versucht, chemische Gesetze durch die Wechselwirkung von Substanzen auf atomarer (mikroskopischer) Ebene zu erklären. Der erste Chemische Kongress in Karlsruhe 1860 definierte die Begriffe Atom, Wertigkeit, Äquivalent und Molekül. Dank der Entdeckung des Periodengesetzes und der Schaffung des Periodensystems bewies Dmitri Mendelejew, dass die Atom-Molekular-Theorie nicht nur mit chemischen Gesetzen, sondern auch mit den physikalischen Eigenschaften der Elemente verbunden ist.
Die nächste Stufe in der Entwicklung der anorganischen Chemie ist mit der Entdeckung des radioaktiven Zerfalls im Jahr 1876 und der Aufklärung des Aufbaus des Atoms im Jahr 1913 verbunden. Eine Studie von Albrecht Kessel und Gilbert Lewis aus dem Jahr 1916 löst das Problem der Natur chemischer Bindungen. Basierend auf der Theorie des heterogenen Gleichgewichts von Willard Gibbs und Henrik Roszeb schuf Nikolai Kurnakov 1913 eine der wichtigsten Methoden der modernen anorganischen Chemie -physikalische und chemische Analyse.
Grundlagen der anorganischen Chemie
Anorganische Verbindungen kommen in der Natur in Form von Mineralien vor. Der Boden kann Eisensulfid wie Pyrit oder Calciumsulfat in Form von Gips enth alten. Auch anorganische Verbindungen kommen als Biomoleküle vor. Sie werden zur Verwendung als Katalysatoren oder Reagenzien synthetisiert. Die erste wichtige künstliche anorganische Verbindung ist Ammoniumnitrat, das zur Düngung des Bodens verwendet wird.
Salze
Viele anorganische Verbindungen sind ionische Verbindungen, die aus Kationen und Anionen bestehen. Dies sind die sogenannten Salze, die Gegenstand der Forschung in der anorganischen Chemie sind. Beispiele für ionische Verbindungen sind:
- Magnesiumchlorid (MgCl2), das Mg2+ Kationen und Cl- Anionenenthält.
- Natriumoxid (Na2O), das aus Kationen Na+ und Anionen O2- besteht .
In jedem Salz sind die Ionenanteile so, dass die elektrischen Ladungen im Gleichgewicht sind, dh die Verbindung als Ganzes elektrisch neutral ist. Ionen werden durch ihre Oxidationsstufe und die Leichtigkeit ihrer Bildung beschrieben, die sich aus dem Ionisationspotential (Kationen) oder der Elektronenaffinität (Anionen) der Elemente ergibt, aus denen sie gebildet werden.
Anorganische Salze umfassen Oxide, Carbonate, Sulfate und Halogenide. Viele Verbindungen zeichnen sich durch hohe Schmelzpunkte aus. Anorganische Salze sind normalerweise feste Kristallformationen. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist ihreLöslichkeit in Wasser und Leichtigkeit der Kristallisation. Einige Salze (z. B. NaCl) sind sehr wasserlöslich, andere (z. B. SiO2) fast unlöslich.
Metalle und Legierungen
Metalle wie Eisen, Kupfer, Bronze, Messing, Aluminium sind eine Gruppe chemischer Elemente, die links unten im Periodensystem stehen. Diese Gruppe umfasst 96 Elemente, die sich durch eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit auszeichnen. Sie sind in der Metallurgie weit verbreitet. Metalle können bedingt in Eisen- und Nichteisenmetalle, schwere und leichte Metalle unterteilt werden. Das am häufigsten verwendete Element ist übrigens Eisen, es macht 95 % der Weltproduktion aller Metallarten aus.
Legierungen sind komplexe Substanzen, die durch Schmelzen und Mischen von zwei oder mehr Metallen in flüssigem Zustand erh alten werden. Sie bestehen aus einer Basis (prozentual dominierende Elemente: Eisen, Kupfer, Aluminium etc.) mit geringen Zusätzen von Legierungs- und Modifizierungskomponenten.
Die Menschheit verwendet etwa 5000 Arten von Legierungen. Sie sind die Hauptmaterialien im Bauwesen und in der Industrie. Übrigens gibt es auch Legierungen zwischen Metallen und Nichtmetallen.
Klassifizierung
In der Tabelle der anorganischen Chemie werden Metalle in mehrere Gruppen eingeteilt:
- 6 Elemente gehören zur basischen Gruppe (Lithium, Kalium, Rubidium, Natrium, Francium, Cäsium);
- 4 - in Erdalkalien (Radium, Barium, Strontium, Calcium);
- 40 - im Übergang (Titan, Gold, Wolfram, Kupfer, Mangan,Scandium, Eisen usw.);
- 15 – Lanthanoide (Lanthan, Cer, Erbium usw.);
- 15 – Actinide (Uran, Actinium, Thorium, Fermium usw.);
- 7 – Halbmetalle (Arsen, Bor, Antimon, Germanium usw.);
- 7 - Leichtmetalle (Aluminium, Zinn, Wismut, Blei usw.).
Nichtmetalle
Nichtmetalle können sowohl chemische Elemente als auch chemische Verbindungen sein. Im freien Zustand bilden sie einfache Substanzen mit nichtmetallischen Eigenschaften. In der anorganischen Chemie werden 22 Elemente unterschieden. Dies sind Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Silizium, Phosphor, Schwefel, Chlor, Arsen, Selen usw.
Die typischsten Nichtmetalle sind Halogene. Bei der Reaktion mit Metallen bilden sie Verbindungen, deren Bindung hauptsächlich ionisch ist, wie KCl oder CaO. Nichtmetalle können bei Wechselwirkung miteinander kovalent gebundene Verbindungen eingehen (Cl3N, ClF, CS2 etc.).
Basen und Säuren
Basen sind komplexe Substanzen, deren wichtigste wasserlösliche Hydroxide sind. Wenn sie gelöst sind, dissoziieren sie mit Metallkationen und Hydroxidanionen, und ihr pH-Wert ist größer als 7. Basen können als chemisch entgegengesetzt zu Säuren angesehen werden, da wasserdissoziierende Säuren die Konzentration von Wasserstoffionen (H3O+) erhöhen, bis die Base reduziert ist.
Säuren sind Substanzen, die an chemischen Reaktionen mit Basen teilnehmen und ihnen Elektronen entziehen. Die meisten Säuren von praktischer Bedeutung sind wasserlöslich. Beim Auflösen dissoziieren sie von Wasserstoffkationen(Н+) und saure Anionen, und ihr pH-Wert ist kleiner als 7.
