Anorganska kemija: pojam, pitanja i zadaci. Što proučava anorganska kemija

Tijek anorganske kemije sadrži mnogo posebnih uvjeta potrebnih za provođenje kvantitativnih proračuna. Razmotrimo detaljno neke od njegovih glavnih dijelova.

Posebne značajke

Anorganska kemija nastala je kako bi se odredile karakteristike tvari mineralnog podrijetla.

Među glavnim dijelovima ove znanosti su:

• analiza strukture, fizikalnih i kemijskih svojstava;
• odnos između strukture i reaktivnosti;
• stvaranje novih metoda za sintezu tvari;
• razvoj tehnologija za čišćenje mješavina;
• metode izrade materijala anorganskog tipa.

klasifikacija

Anorganska kemija je podijeljena u nekoliko dijelova koji se bave proučavanjem pojedinih fragmenata:

• kemijski elementi;
• klase anorganskih tvari;
• poluvodičke tvari;
• određeni (prolazni) spojevi.

međuodnos

Anorganska kemija je povezana s fizičkom i analitičkom kemijom, koja ima snažan skup alata koji omogućuju izvođenje matematičkih izračuna. Teoretski materijal koji se razmatra u ovom odjeljku koristi se u radiokemiji, geokemiji, agrokemiji, ali iu nuklearnoj kemiji.

Primijenjena anorganska kemija povezana je s metalurgijom, kemijskom tehnologijom, elektronikom, rudarstvom i preradom minerala, strukturnim i građevinskim materijalima, te čišćenjem industrijskih otpadnih voda.

Povijest razvoja

Opća i anorganska kemija razvila se zajedno s ljudskom civilizacijom, stoga uključuje nekoliko odvojenih odjeljaka. Početkom devetnaestog stoljeća Berzelius je objavio tablicu atomskih masa. To je razdoblje bio početak razvoja ove znanosti.

Temelj anorganske kemije bile su Avogadro i Gay-Lussac studije o svojstvima plinova i tekućina. Hess je uspio izvesti matematičku vezu između količine topline i agregatnog stanja tvari, što je značajno proširilo horizonte anorganske kemije. Na primjer, pojavila se atomsko-molekularna teorija, koja je odgovorila na mnoga pitanja.

Na početku devetnaestog stoljeća, Davy je bio u stanju elektrokemijski razgraditi. natrijevim hidroksidima i kalij, otvarajući nove mogućnosti za proizvodnju jednostavnih tvari elektrolizom. Faraday, utemeljen na Davyjevom djelu, izvodi zakone elektrokemije.

Od druge polovice 19. stoljeća značajno se proširio tijek anorganske kemije. Otkrića Vant-Hoffa, Arrheniusa, Oswalda uvela su nove trendove u teoriji rješenja. Upravo u tom razdoblju formuliran je zakon masovnog djelovanja, koji je omogućio provođenje različitih kvalitativnih i kvantitativnih izračuna.

Teorija valencije, koju su stvorili Würz i Kekule, omogućila je pronalaženje odgovora na mnoga pitanja anorganske kemije vezana uz postojanje različitih oblika oksida i hidroksida. Krajem devetnaestog stoljeća otkriveni su novi kemijski elementi: rutenij, aluminij, litij: vanadij, torij, lantan itd. To je postalo moguće nakon uvođenja tehnika spektralne analize u praksu. Inovacije koje su se pojavile u tom razdoblju u znanosti nisu samo objasnile kemijske reakcije u anorganskoj kemiji, već su i omogućile predviđanje svojstava dobivenih proizvoda, njihovo područje primjene.

Do kraja devetnaestog stoljeća poznato je 63 različita elementa, a informacije o različitim kemijskim tvarima. No, zbog nedostatka njihove potpune znanstvene klasifikacije, bilo je moguće nipošto riješiti sve zadatke u anorganskoj kemiji.

Mendelejev zakon

Periodični zakon, kojeg je stvorio Dmitrij Ivanović, postao je temelj za sistematizaciju svih elemenata. Zahvaljujući otkriću Mendeljejeva, kemičari su uspjeli ispraviti ideje o atomskim masama elemenata, predvidjeti svojstva onih tvari koje još nisu otkrivene. Teorija Mosleyja, Rutherforda, Bohra, davala je fizičku potvrdu periodičnom zakonu Mendelejeva.

Anorganska i teorijska kemija

Da biste razumjeli što studije kemije, morate uzeti u obzir osnovne koncepte uključene u ovaj kolegij.

Glavno teorijsko pitanje proučeno u ovom odjeljku je periodični zakon Mendelejeva. Anorganska kemija u tablicama, predstavljena u školskom tečaju, upoznaje mlade istraživače s glavnim klasama anorganskih tvari, njihovim međusobnim odnosom. Teorija kemijskog povezivanja uzima u obzir prirodu veze, njezinu duljinu, energiju, polarnost. Metoda molekularnih orbitala, valentnih veza, teorija kristalnog polja glavna su pitanja koja nam omogućuju da objasnimo strukturna svojstva i svojstva anorganskih tvari.

Kemijska termodinamika i kinetika, odgovarajući na pitanja o promjenama u energiji sustava, opisu elektronskih konfiguracija iona i atoma, njihovu transformaciju u složene tvari na temelju teorije supravodljivosti, doveli su do novog dijela - kemije poluvodičkih materijala.

Primijenjeni karakter

Anorganska kemija za lutke uključuje korištenje teorijskih pitanja u industriji. Ovaj dio kemije postao je temelj za razne industrije povezane s proizvodnjom amonijaka, sumporne kiseline, ugljičnog dioksida, mineralnih gnojiva, metala i legura. Uz pomoć kemijskih metoda u inženjerstvu dobivaju se legure željenih svojstava i svojstava.

Predmet i zadaci

Što studira kemija? To je znanost o supstancama, njihovim transformacijama i primjenama. U ovom vremenskom intervalu postoje pouzdane informacije o postojanju oko sto tisuća različitih anorganskih spojeva. Tijekom kemijskih transformacija dolazi do promjene sastava molekula, tvore se tvari s novim svojstvima.

Ako studirate anorgansku kemiju od nule, najprije se morate upoznati s njezinim teorijskim dijelovima, a tek nakon toga možete početi praktičnu uporabu stečenog znanja. Među mnogim pitanjima koja se obrađuju u ovom dijelu kemijske znanosti, potrebno je spomenuti atomsko-molekularnu teoriju.

Molekula u njoj se smatra najmanjom česticom tvari sa svojim kemijskim svojstvima. Ona je djeljiva na atome, koji su najmanje čestice materije. Molekule i atomi su u stalnom gibanju, karakterizirani su elektrostatičkim silama odbijanja i privlačnosti.

Anorganska kemija od nule treba se temeljiti na definiciji kemijskog elementa. Pod njime je uobičajeno označiti vrstu atoma s određenim nuklearnim nabojem, strukturu elektronskih ljuski. Ovisno o strukturi, oni mogu ući u različite interakcije, tvoreći tvari. Voljeti molekulu je električno neutralni sustav, tj. Potpuno je podložan svim zakonima koji postoje u mikrosustavima.

Za svaki element koji postoji u prirodi, možete odrediti broj protona, elektrona, neutrona. Kao primjer, dajemo natrij. Broj protona u njegovoj jezgri odgovara rednom broju, tj. 11, a jednak je broju elektrona. Za izračun broja neutrona potrebno je oduzeti njegov atomski broj od relativne atomske mase natrija (23), a za neke elemente identificirani su izotopi koji se razlikuju po broju neutrona u atomskoj jezgri.

Formuliranje valentnih formula

Što još karakterizira anorganska kemija? Teme obuhvaćene ovim odjeljkom podrazumijevaju formuliranje formula za tvari, provođenje kvantitativnih izračuna.

Za početak, analizirajmo značajke formulacije valentnih formula. Ovisno o tome koji će elementi biti uključeni u sastav tvari, postoje određena pravila za određivanje valencije. Počnimo s pripremom binarnih spojeva. Ovo se pitanje rješava u školskom tečaju anorganske kemije.

Za metale koji se nalaze u glavnim podskupinama periodnog sustava, indeks valencije odgovara broju skupine, a konstantna je vrijednost. Metali u sekundarnim podskupinama mogu imati različite valencije.

Postoje neke značajke u određivanju valencije nemetala. Ako se u spoju nalazi na kraju formule, ona pokazuje nižu valenciju. Prilikom izračunavanja, broj skupine u kojoj se taj element nalazi se oduzima od osam. Na primjer, u oksidima, kisik pokazuje valenciju od dva.

Ako se nemetal nalazi na početku formule, on pokazuje maksimalnu valenciju jednaku broju njene skupine.

Kako napraviti formulu tvari? Postoji određeni algoritam koji posjeduje čak i školska djeca. Prvo morate zapisati znakove elemenata koji se spominju u nazivu spoja. Element koji je posljednji naveden u imenu nalazi se prvi u formuli. Dalje, preko svakog od njih postavite, koristeći pravila, indeks valencije. Između vrijednosti određuje se najmanji ukupni višekratnik. Kada je podijeljen u valencije, dobiti indekse, koji se nalazi pod znakovima elemenata.

Navedimo primjer varijante formulacije ugljičnog monoksida (4). Prvo, postavljamo niz znakova ugljika i kisika, koji su dio ovog anorganskog spoja, dobivamo CO. Budući da prvi element ima varijabilnu valenciju, on je prikazan u zagradama, u kisiku se smatra da se oduzima od osam po šest (broj skupine), dobivaju se dva. Konačna formula predloženog oksida bit će u obliku CO2.

Među mnogim znanstvenim pojmovima koji se koriste u anorganskoj kemiji, alotropija je od posebnog interesa. Objašnjava postojanje nekoliko jednostavnih tvari koje se temelje na jednom kemijskom elementu, koje se razlikuju po svojim svojstvima i strukturi.

Klase anorganskih tvari

Postoje četiri glavne skupine anorganskih tvari koje zaslužuju detaljno razmatranje. Počnimo s kratkim opisom oksida. Ova klasa pretpostavlja binarne spojeve u kojima je nužno prisutan kisik. Ovisno o tome koji element započinje formulu, postoji njihova podjela na tri skupine: bazične, kisele, amfoterne.

Metali koji imaju valenciju veću od četiri, kao i svi ne-metali, formiraju kisele okside s kisikom. Među njihovim osnovnim kemijskim svojstvima primjećujemo sposobnost interakcije s vodom (iznimka je silicij), reakcije s osnovnim oksidima, alkalijama.

Metali čija valencija ne prelazi dva od osnovnih oksida. Među glavnim kemijskim svojstvima ove podvrste, odaberite stvaranje alkalija s vodom, soli s kiselim oksidima i kiselinama.

Za prijelazne metale (cink, berilij, aluminij) karakterizira se stvaranje amfoternih spojeva. Njihova glavna razlika je dvojnost svojstava: reakcije s alkalijama i kiselinama.

Temelji se nazivaju skala klasa anorganskih spojeva koji imaju sličnu strukturu i svojstva. Molekule takvih spojeva sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina. Sam pojam je primijenjen na one tvari koje formiraju soli kao rezultat interakcije. Alkali su baze koje imaju alkalno okruženje. To uključuje hidrokside prve i druge skupine glavnih podskupina periodne tablice.

U teoriji elektrolitička disocijacija baze su spojevi koji mogu disociirati u vodenoj otopini u hidroksidne ione i metalne katione. Za metale s varijabilnom valencijom, mora se naznačiti u nazivu spoja.

Brønstedova teorija protona objasnila je glavnu razliku između baza i kiselina. Prema toj teoriji, kiselina je tvar sposobna za oslobađanje protona. Baza je spoj koji prihvaća te protone. Kiselina i baza, koje sudjeluju u razmjeni, stvaraju kiselo-bazni par.

Od svojstava karakterističnih za alkalije bilježimo njihove reakcije s kiselinama i amfoterni oksidi, i mogućnost izmjene iona s kiselinama i solima. Netopljive baze, koje su slabi elektroliti, mogu se raspasti pri zagrijavanju na oksid odgovarajućeg metala i vode.

U anorganskoj kemiji posebno mjesto zauzimaju kiseline. Obično se klasificiraju u monobazne, dibazične, tribazične spojeve, uzimajući u obzir broj protona vodika u molekuli. Jake kiseline (nitratne, sumporne) sposobne su za prolazak metala osme skupine, ali vrlo dobro reagiraju s nisko aktivnim metalima, formirajući sol, vodu i plinoviti spoj (osim zlata i platine).

Sve kisele otopine lako reagiraju s aktivnim metalima, koji se nalaze u elektrokemijskom nizu Beketova do vodika. Osim toga, ova klasa je karakterizirana reakcijom s oksidima i hidroksidima, raznim solima.

Soli su velika klasa anorganskih tvari od posebne važnosti za praktičnu uporabu. Ovisno o njihovom sastavu, postoji nekoliko različitih tipova. U sastavu srednjih (normalnih) tvari postoje samo metalni kationi i anioni kiselinskog ostatka. Takve se soli smatraju najčešćim u prirodi. U svakodnevnom životu, na primjer, koristi se natrijev klorid (natrijev klorid).

U kiselim solima, osim metala i kiselinskog ostatka, postoje kationi vodika. Na primjer, natrij bikarbonat (soda bikarbona) je popularan spoj u konditorskoj industriji. Hidroksidni ioni nalaze se u glavnim solima umjesto kationa vodika. Dvostruke soli sastavni su dio mnogih prirodnih minerala. Dakle, natrijev klorid, kalij (sylvinite) je u zemljinoj kori. Ovaj spoj se koristi u industriji za izolaciju alkalnih metala.

U anorganskoj kemiji postoji poseban odjeljak koji se bavi proučavanjem kompleksnih soli. Ovi spojevi su aktivno uključeni u metaboličke procese koji se odvijaju u živim organizmima.

termokemija

Ovaj odjeljak pretpostavlja razmatranje svih kemijskih transformacija s gledišta gubitka energije ili stjecanja. Hess je uspio uspostaviti vezu između entalpije, entropije i izvesti zakon koji objašnjava promjenu temperature za svaku reakciju. Toplinski učinak, koji karakterizira količinu energije koja se oslobađa ili apsorbira u danoj reakciji, određuje se kao razlika između zbroja entalpija produkata reakcije i početnih tvari, uzimajući u obzir stereokemijske koeficijente. Hessov zakon je temelj u termokemiji i omogućuje kvantitativne izračune za svaku kemijsku transformaciju.

Koloidna kemija

Samo u dvadesetom stoljeću ovaj je dio kemije postao zasebna znanost koja se bavila raznim tekućim, krutim, plinovitim sustavima. Suspenzije, suspenzije, emulzije, koje se razlikuju po veličini čestica, kemijskim parametrima, detaljno su proučavane u koloidnoj kemiji. Rezultati brojnih studija aktivno se provode u farmaceutskoj, medicinskoj i kemijskoj industriji, omogućuju znanstvenicima i inženjerima da sintetiziraju tvari željenih kemijskih i fizičkih svojstava.

zaključak

Anorganska kemija je trenutno jedan od najvećih dijelova kemije, sadrži ogroman broj teorijskih i praktičnih pitanja, omogućujući da dobijemo predodžbu o sastavu tvari, njihovim fizikalnim svojstvima, kemijskim transformacijama, glavnim granama primjene. Ako posjedujete osnovne pojmove, zakone, možete sastaviti jednadžbe kemijskih reakcija, izvršiti ih različitim matematičkim izračunima. Djeci se na završnom ispitu nude svi dijelovi anorganske kemije vezani uz sastavljanje formula, zapisivanje jednadžbi reakcija, rješavanje problema za rješenja.