Uorganisk kemi

Uorganisk kemi  er en gren af ​​kemi forbundet med studiet af strukturen, reaktiviteten og egenskaberne af alle kemiske grundstoffer og deres uorganiske forbindelser . Dette område dækker alle kemiske forbindelser, med undtagelse af organiske stoffer (klassen af ​​forbindelser, der omfatter kulstof , med undtagelse af nogle få simple forbindelser, normalt relateret til uorganiske [1] ). Forskelle mellem organiske og uorganiske forbindelser indeholdende kulstof er ifølge nogle ideer vilkårlige [2] . Uorganisk kemi studerer de kemiske grundstoffer og de simple og komplekse stoffer, de danner (undtagen organiske forbindelser). Giver skabelsen af ​​materialer af den nyeste teknologi. Antallet af kendte uorganiske stoffer i 2013 er tæt på 500 tusind.

Det teoretiske grundlag for uorganisk kemi er den periodiske lov og det periodiske system baseret på den D. I. Mendeleev . Den uorganiske kemis vigtigste opgave er at udvikle og videnskabeligt underbygge metoder til at skabe nye materialer med de egenskaber, der kræves for moderne teknologi.

Definitionshistorik

Historisk set kommer navnet uorganisk kemi fra ideen om en del af kemien, der beskæftiger sig med studiet af grundstoffer, forbindelser og reaktioner af stoffer, der ikke er dannet af levende væsener. Siden syntesen af ​​urinstof fra den uorganiske forbindelse ammoniumcyanat (NH 4 OCN), som blev udført i 1828 af den fremragende tyske kemiker Friedrich Wöhler , er grænserne mellem livløse og levende stoffer blevet udvisket. Levende væsener producerer således mange uorganiske stoffer. På den anden side kan næsten alle organiske forbindelser syntetiseres i laboratoriet. Men opdelingen i forskellige områder af kemi er relevant og nødvendig, som før, da reaktionsmekanismerne, strukturen af ​​stoffer i uorganisk og organisk kemi er forskellige. Det gør det nemmere at systematisere forskningsmetoderne og -metoderne i hver af brancherne.

Klassificering af kemiske grundstoffer

Det periodiske system for kemiske grundstoffer ( Mendeleevs tabel ) er en klassificering af kemiske grundstoffer , der fastslår afhængigheden af ​​forskellige egenskaber af grundstoffer på ladningen af ​​atomkernen . Systemet er et grafisk udtryk for den periodiske lov , etableret af den russiske kemiker D. I. Mendeleev i 1869 . Dens originale version blev udviklet af D. I. Mendeleev i 1869-1871 og etablerede afhængigheden af ​​grundstoffernes egenskaber på deres atomvægt (i moderne termer af atommasse ). I alt er flere hundrede [3] varianter af repræsentationen af ​​det periodiske system (analytiske kurver, tabeller, geometriske figurer og så videre) blevet foreslået. I den moderne version af systemet er det meningen, at det skal reducere elementerne til en todimensionel tabel, hvor hver kolonne ( gruppe ) bestemmer de vigtigste fysiske og kemiske egenskaber, og rækkerne repræsenterer perioder , der ligner hinanden til en vist omfang.

Simple stoffer

De består af atomer af et kemisk grundstof (de er en form for dets eksistens i en fri tilstand). Afhængigt af hvad den kemiske binding mellem atomer er, er alle simple stoffer i uorganisk kemi opdelt i to hovedgrupper: metaller og ikke-metaller . Førstnævnte er kendetegnet ved henholdsvis en metallisk binding , mens sidstnævnte er kovalente . Det er dog værd at bemærke, at de førnævnte simple stoffer ikke har radikale og væsentlige forskelle fra hinanden. Der skelnes også mellem to tilstødende grupper - metallignende og ikke-metallignende stoffer. Der er fænomenet allotropi , som består i muligheden for dannelsen af ​​flere typer simple stoffer fra atomer af det samme element; hver af disse typer kaldes en allotrop modifikation. Hvis dette fænomen skyldes en anden molekylær sammensætning, så er det defineret som sammensætningens allotropi; hvis ved metoden til at arrangere molekyler og atomer i krystaller, så som en allotropi af form.

Metaller

Metaller (fra lat.  metallum  - mine, mine) - en gruppe af elementer med karakteristiske metalliske egenskaber , såsom høj termisk og elektrisk ledningsevne , positiv temperaturkoefficient for modstand , høj duktilitet og metallisk glans. Af de 118 [4] kemiske grundstoffer, der er opdaget i øjeblikket (ikke alle er officielt anerkendt), omfatter metaller:

Således tilhører 96 af alle opdagede grundstoffer metaller.

På grund af ejendommelighederne ved den metalliske atombinding (nemlig umættethed og ikke-retningsbestemthed) er metaller karakteriseret ved de mest tætte koordinationsgitter. De mest typiske for dem er kubiske ansigtscentrerede, kubiske kropscentrerede og sekskantede krystalgitre . Derudover udviser mange metaller polymorfi på grund af gitrenes energinærhed .

Ikke-metaller

Ikke -metaller  er kemiske grundstoffer med typisk ikke-metalliske egenskaber, der optager det øverste højre hjørne af det periodiske system . I molekylær form forekommer nitrogen , oxygen og svovl som simple stoffer i naturen . Oftere er ikke-metaller i en kemisk bundet form: disse er vand , mineraler , sten , forskellige silikater , fosfater , borater . Med hensyn til udbredelse i jordskorpen adskiller ikke-metaller sig væsentligt. De mest almindelige er ilt , silicium , brint ; de sjældneste er arsen , selen , jod . Et karakteristisk træk ved ikke-metaller er et større (sammenlignet med metaller ) antal elektroner ved deres atomers ydre energiniveau . Dette bestemmer deres større evne til at tilføje yderligere elektroner og udvise højere oxidativ aktivitet end metaller. Ikke-metaller omfatter også brint og helium .

Forbindelser

Kvantitativ klassifikation

Med antallet af grundstoffer, der udgør stoffet, adskiller binære, tre-elementforbindelser osv. sig.

Binære forbindelser

Binære forbindelser er forbindelser, der består af atomer af to grundstoffer. Deres klassificering er også lavet på basis af typen af ​​kemisk binding; udsender forbindelser ioniske , kovalente, metalliske og også karakteriseret ved en blandet type binding. Deres kemiske egenskaber varierer afhængigt af den kemiske natur af bestemte grundstoffer: forbindelser, der indeholder metalliske grundstoffer, er karakteriseret ved grundlæggende egenskaber, mens forbindelser af ikke-metalliske grundstoffer udviser sure egenskaber.

Tre-element forbindelser

Tre-elementforbindelser er de enkleste forbindelser i sammensætning, som dannes under interaktionen af, som regel, binære forbindelser, der adskiller sig væsentligt fra hinanden i kemisk natur. Ud fra kemisk bindings synspunkt er de opdelt i ionisk, kovalent og ionisk-kovalent. Afhængigt af stabiliteten af ​​ionerne i deres ydre sfære varierer stabiliteten af ​​anioniske komplekser, hvilket igen påvirker forbindelsens egenskaber og graden af ​​dens lighed med en binær.

Hvis de interagerende forbindelser afviger lidt fra hinanden i kemisk natur, opstår der som et resultat specielle varianter af stoffer: blandede forbindelser, faste opløsninger og eutektika . Den første af disse er polymerer , som er produktet af vekselvirkningen mellem forbindelser af grundstoffer, der er lige tilbøjelige til kompleksdannelse (f.eks. aluminiumoxid og magnesiumoxid ), den anden dannes, hvis elektropositive elementer kan danne lignende strukturelle enheder (som er, at de ikke har grundlæggende forskelle i dele af strukturen, størrelsen og stabiliteten), og den tredje er resultatet af vekselvirkningen mellem forbindelser af sådanne elementer, der er kemisk tæt på hinanden, men adskiller sig i strukturen eller størrelsen af ​​atomer . I sidstnævnte tilfælde forekommer kemisk interaktion strengt taget slet ikke - et mekanisk konglomerat af krystaller opstår.

Kvalitativ klassifikation

De fleste af de komplekse uorganiske stoffer (det vil sige bestående af to eller flere kemiske elementer) kan opdeles i følgende grupper:

Oxider

Oxid ( oxid , oxid ) er en binær forbindelse af et kemisk grundstof med oxygen i -2 oxidationstilstanden, hvor oxygen i sig selv kun er forbundet med et mindre elektronegativt grundstof. Det kemiske element oxygen er nummer to i elektronegativitet efter fluor , derfor hører næsten alle forbindelser af kemiske elementer med oxygen til oxider. Undtagelser omfatter for eksempel oxygendifluorid OF 2 . Oxider er en meget almindelig type forbindelser, der findes i jordskorpen og i universet generelt. Eksempler på sådanne forbindelser er rust , vand , sand , kuldioxid , en række farvestoffer. Oxider er en klasse af mineraler , som er forbindelser af et metal med oxygen.

Afhængigt af de kemiske egenskaber er der:

Salte

Salte  er en klasse af kemiske forbindelser, der omfatter stoffer bestående af metalkationer ( eller ammoniumkationer ; phosphonium- eller hydroxoniumsalte er kendte ) og anioner af en syrerest. Salttyper:

  • Gennemsnitlige (normale) salte  - alle brintatomer i syremolekyler er erstattet af metalatomer . Eksempel: , .
  • Syresalte  - brintatomer i syren er delvist erstattet af metalatomer. De opnås ved at neutralisere en base med et overskud af en syre. Eksempel:,.
  • Basiske salte  - hydroxogrupper i basen (OH - ) er delvist erstattet af syrerester. Eksempel: .
  • Dobbeltsalte  - de indeholder to forskellige kationer, de opnås ved krystallisation fra en blandet opløsning af salte med forskellige kationer, men de samme anioner. Eksempel:.
  • Blandede salte  - de indeholder to forskellige anioner. Eksempel: .
  • Hydrerede salte ( krystalhydrater ) - de omfatter molekyler af krystallisationsvand . Eksempel: .
  • Komplekse salte  - de inkluderer en kompleks kation eller kompleks anion. Eksempel:,.

En særlig gruppe består af salte af organiske syrer, hvis egenskaber adskiller sig væsentligt fra mineralsalte. Nogle af dem kan henføres til en særlig klasse af organiske salte, de såkaldte ioniske væsker eller med andre ord "flydende salte", organiske salte med et smeltepunkt under 100 ° C.

Fundamenter

Baser  er en klasse af kemiske forbindelser:

Syrer

Syrer  er komplekse stoffer , som normalt omfatter brintatomer , der kan erstattes af metalatomer , og en syrerest . Vandige opløsninger af syrer har en sur smag, har en irriterende virkning, er i stand til at ændre farven på indikatorer og adskiller sig i en række almindelige kemiske egenskaber.

Ud over opdelingen i Lewis-syrer og Bronsted-syrer klassificeres sidstnævnte normalt efter forskellige formelle kriterier:

Diverse

Der kan også skelnes mellem følgende grupper af uorganiske stoffer: karbider , nitrider , hydrider , intermetalliske forbindelser og andre der ikke passer ind i ovenstående klassificering (for flere detaljer, se Uorganisk stof ).

Karbider

Carbider  er forbindelser af metaller og ikke-metaller med kulstof . Traditionelt omfatter carbider forbindelser, hvor kulstof har en højere elektronegativitet end det andet grundstof (således er kulstofforbindelser såsom oxider, halogenider og lignende udelukket fra carbider). Carbider er ildfaste faste stoffer: carbider af bor og silicium ( B4C og SiC), titanium , wolfram , zirconium (henholdsvis TiC, WC og ZrC) har høj hårdhed, varmebestandighed og kemisk inerthed.

Carbider opdeles i følgende typer: saltlignende ( CaC 2 , Al 4 C 3 ); kovalent ( carborundum SiC); metallignende (med en ikke-støkiometrisk sammensætning, f.eks. cementit (Fe3C ) ).

Nitrider

Nitrider  er nitrogenforbindelser med mindre elektronegative grundstoffer, for eksempel med metaller (AlN; TiN x ; Na 3 N; Ca 3 N 2 ; Zn 3 N 2 ; osv.) og med en række ikke-metaller ( NH 3 , BN , Si 3N4 ) . _ Nitrogenforbindelser med metaller er oftest ildfaste og stabile ved høje temperaturer, såsom elbor . Nitridbelægninger giver produkter hårdhed, korrosionsbestandighed; bruges inden for energi- og rumteknologi.

Hydrider

Hydrider  er forbindelser af brint med metaller og med ikke-metaller med en lavere elektronegativitet end brint . Nogle gange inkluderer hydrider forbindelser af alle grundstoffer med brint . De mest almindelige er binære hydrider. De er opdelt i tre typer afhængigt af arten af ​​bindingen i forbindelsen: ioniske (hydrogen og alkali- eller jordalkalimetal), metalliske (overgangsmetal eller sjældne jordarters hydrider) og kovalente (molekylære) (ikke-metalhydrider eller Al, Be, Sn, Sb, As , Te, Ge) [6] .

Intermetallics

Metalforbindelser eller intermetalliske forbindelser er en af ​​de fire grundlæggende muligheder for interaktion mellem metaller (de andre tre er fuldstændig fravær af enhver påvirkning, gensidig opløsning i flydende tilstand og dannelse af eutektika i fast tilstand, såvel som dannelse af både flydende og faste opløsninger af enhver sammensætning). I modsætning til for eksempel faste opløsninger er intermetalliske forbindelser karakteriseret ved en kompleks krystalstruktur, i modsætning til strukturen af ​​de oprindelige stoffer; på samme måde kan de udvikle fysiske eller kemiske egenskaber, der ikke findes i deres rene bestanddele. Generelt er intermetalliske forbindelser karakteriseret ved en bred vifte af krystalstrukturer og typer af kemiske bindinger, hvilket igen er årsagen til den brede vifte af deres mulige fysiske og kemiske egenskaber.

Intermetalliske forbindelser har ligesom andre kemiske forbindelser et fast forhold mellem komponenterne. Intermetalliske forbindelser har som regel høj hårdhed og høj kemisk resistens. Meget ofte har intermetalliske forbindelser et højere smeltepunkt end ophavsmetallerne. Næsten alle intermetalliske forbindelser er sprøde, da bindingen mellem atomer i gitteret bliver kovalent eller ionisk (for eksempel i cæsiumaurid CsAu), snarere end metallisk. Nogle af dem har halvlederegenskaber , og jo tættere forholdet mellem elementer og støkiometri er, jo højere er den elektriske modstand. Titanium nikkelid, kendt under varemærket " nitinol ", har formhukommelse - efter hærdning kan produktet deformeres mekanisk, men vil tage sin oprindelige form med lidt opvarmning.

Ikke-støkiometriske forbindelser

Indtil begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev holdningen til konstansen af ​​sammensætningen af ​​visse stoffer, først udtrykt og formuleret et århundrede tidligere, betragtet som aksiomatisk. Den pågældende erklæring blev på samme måde kaldt loven om sammensætningens konstanthed , og den tilsvarende egenskab ved stoffer blev kaldt støkiometri. Efterfølgende viste undersøgelser udført af videnskabsmanden N. S. Kurnakov , at der også er forbindelser med variabel sammensætning, det vil sige ikke-støkiometriske, og samtidig er de karakteriseret ved en ret høj grad af prævalens i naturen. N. S. Kurnakov foreslog også at kalde forbindelser med konstant sammensætning daltonider og variable berthollider .

Til en vis grad er en variabel sammensætning karakteristisk for de stoffer, hvori der observeres enten en atom- eller ionstruktur. I dette tilfælde kan der opstå forskellige slags defekter i krystallen - enten mangel på atomer på bestemte steder eller et overskud af dem i hullerne mellem stederne. For eksempel en klar ikke-støkiometrisk karakteristik af jernoxid og sulfat (II) . Der er visse grænser, inden for hvilke afvigelser fra den støkiometriske sammensætning anses for acceptable; det tilsvarende område kaldes homogenitetsområdet. Til gengæld har stoffer med en molekylær struktur en konstant sammensætning; det skal dog bemærkes, at op til 95 % af uorganiske stoffer ikke har en sådan struktur og derfor er ikke-støkiometriske. Den langsigtede overvægt af ideer om sammensætningens konstans forklares af det faktum, at ændringer ofte ikke er signifikante nok til deres påvisning i løbet af kemisk analyse .

Se også

Noter

  1. ↑ Uorganiske carbonforbindelser omfatter normalt nogle salte ( carbonater , cyanider , cyanater , thiocyanater ) og deres tilsvarende syrer, samt carbonoxider , metalcarbonyler og carbider .
  2. ↑ Spencer L. Seager, Michael R. Slabaugh. Kemi for i dag: generel, organisk og biokemi . // Thomson Brooks / Cole, 2004. - S. 342. ISBN 0-534-39969-X
  3. ↑ I bogen af ​​V. M. Potapov, G. N. Khomchenko "Chemistry", M. 1982 (s. 26), hedder det, at der er mere end 400 af dem.
  4. ↑ International Chemical Union anerkendte det 112. kemiske grundstof . Dato for adgang: 21. marts 2012. Arkiveret fra originalen 6. februar 2012.
  5. ↑ 1 2 Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chemistry. Uorganisk kemi. 8. klasse. - 15. udg. - M . : Uddannelse, 2011. - S. 101. - ISBN 978-5-09-025532-5 .
  6. ↑ Hydrides  / A.I. Zhirov // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 bind]  / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.

Litteratur

  • Kapustinsky A.F. Essays om historien om uorganisk og fysisk kemi i Rusland. M.-L., 1949
  • Zhambulova M. Sh. Udvikling af uorganisk kemi (Historisk og metodisk aspekt). Alma-Ata, 1981.- 187 s.
  • Uorganisk materialevidenskab i USSR. Ed. I. V. Tananaeva - Kiev: Naukova Dumka, 1983. - 720 s.
  • Populært bibliotek af kemiske elementer. T. 1,2. / Ed. I. V. Petryanova-Sokolova - M .: Nauka, 1983. - 575 s., - 572 s.
  • Remy G. Kursus i uorganisk kemi. T. 1. M .: Forlag for udenlandsk litteratur, 1963. - 920 s.
  • Remy G. Kursus i uorganisk kemi. T. 2. M .: Mir, 1974. - 775 s.
  • Shriver E. Uorganisk kemi. T. 1,2. / E. Shriver, P. Atkins - M .: Mir, 2004. - 679 s., - 486 s.
  • Encyclopedia of Inorganic Materials / Ed. I. M. Fedorchenko. I 2 bind - Kiev: Ukr. ugler. Encyclopedia, 1977. - 1652 s.
  • Ablesimov N. E. Synopsis of Chemistry: Reference og lærebog om generel kemi - Khabarovsk: DVGUPS Publishing House, 2005. - 84 s. — http://www.neablesimov.narod.ru/pub04c.html Arkiveret 5. december 2009 på Wayback Machine
  • Ablesimov N.E. Hvor mange kemier er der i verden? del 1. // Kemi og liv - XXI århundrede. - 2009. - Nr. 5. - S. 49-52.
  • Akhmetov N.S. Generel og uorganisk kemi. - 4. udg., rettet. - Moskva: Higher School, Publishing Center "Academy", 2001. - S. 253-269. — 743 s. — 15.000 eksemplarer.  - ISBN 5-06-003363-5 , 5-7695-0704-7.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier