درس
شیمی در مدارس از کلاس هشتم با مطالعه مبانی عمومی علم آغاز می شود: انواع پیوندهای ممکن بین اتم ها، انواع شبکه های بلوری و رایج ترین مکانیسم های واکنش شرح داده شده است. این پایه و اساس مطالعه یک بخش مهم، اما خاص تر - مواد معدنی است.
این چیست
شیمی معدنی علمی است که اصول ساختار، خواص اساسی و واکنش پذیری همه عناصر جدول تناوبی را در نظر می گیرد. قانون تناوبی نقش مهمی در مواد معدنی ایفا می کند که طبقه بندی سیستماتیک مواد را با تغییر جرم، تعداد و نوع آنها ساده می کند.
این دوره همچنین ترکیباتی را که در اثر برهمکنش عناصر جدول تشکیل می شوند را پوشش می دهد (تنها استثنا ناحیه هیدروکربن ها است که در فصل های آلی در نظر گرفته شده است). وظایف در شیمی معدنی به شما امکان می دهد تا دانش نظری به دست آمده را در عمل به دست آورید.
علم در تاریخجنبه
نام "غیر آلی" بر اساس این ایده به وجود آمد که بخشی از دانش شیمیایی را در بر می گیرد که به فعالیت موجودات بیولوژیکی مرتبط نیست.
با گذشت زمان، ثابت شده است که بیشتر دنیای آلی می توانند ترکیبات "غیر زنده" تولید کنند و هیدروکربن ها از هر نوع در آزمایشگاه سنتز می شوند. بنابراین، از سیانات آمونیوم، که نمکی در شیمی عناصر است، دانشمند آلمانی ولر توانست اوره را سنتز کند.
برای جلوگیری از سردرگمی با نامگذاری و طبقه بندی انواع تحقیقات در هر دو علم، برنامه دروس مدرسه و دانشگاه، به دنبال شیمی عمومی، شامل مطالعه مواد معدنی به عنوان یک رشته اساسی است. دنیای علمی نیز توالی مشابهی دارد.
طبقه مواد معدنی
شیمی چنین ارائه ای از مواد را فراهم می کند که در آن فصل های مقدماتی مواد معدنی قانون تناوبی عناصر را در نظر می گیرند. این یک طبقه بندی از نوع خاصی است که بر این فرض استوار است که بارهای اتمی هسته ها بر خواص مواد تأثیر می گذارد و این پارامترها به صورت چرخه ای تغییر می کنند. در ابتدا، جدول به عنوان بازتابی از افزایش جرم اتمی عناصر ساخته شد، اما به زودی این توالی به دلیل ناهماهنگی آن در جنبه ای که مواد معدنی نیاز به توجه به این موضوع دارند، رد شد.
شیمی، علاوه بر جدول تناوبی، وجود حدود صد شکل، خوشه و نمودار را نشان می دهد که منعکس کننده تناوب خواص است.
در حال حاضر، یک نسخه تلفیقی از در نظر گرفتن چنین استمفاهیم به عنوان کلاس های شیمی معدنی. ستون‌های جدول عناصر را بسته به خواص فیزیکی و شیمیایی، در ردیف‌ها - دوره‌های مشابه یکدیگر نشان می‌دهند.
مواد ساده در مواد معدنی
یک علامت در جدول تناوبی و یک ماده ساده در حالت آزاد اغلب چیزهای متفاوتی هستند. در حالت اول، فقط نوع خاصی از اتم ها منعکس می شود، در مورد دوم - نوع اتصال ذرات و تأثیر متقابل آنها در اشکال پایدار.
پیوند شیمیایی در مواد ساده تقسیم آنها را به خانواده ها تعیین می کند. بنابراین، دو نوع گسترده از گروه های اتم را می توان متمایز کرد - فلزات و غیر فلزات. خانواده اول شامل 96 عنصر از 118 مورد مطالعه شده است.
فلزات
نوع فلزی دلالت بر وجود اتصال همنام بین ذرات دارد. این برهمکنش مبتنی بر اجتماعی شدن الکترون های شبکه است که با غیر جهت و غیر اشباع مشخص می شود. به همین دلیل است که فلزات گرما و بار را به خوبی هدایت می کنند، درخشش فلزی، چکش خواری و شکل پذیری دارند.
به طور معمول، هنگامی که یک خط مستقیم از بور به استاتین کشیده می شود، فلزات در سمت چپ جدول تناوبی قرار دارند. عناصر نزدیک به این خط اغلب ماهیت مرزی دارند و ویژگی‌های دوگانه را نشان می‌دهند (مثلاً ژرمانیوم).
فلزات عمدتاً ترکیبات اساسی را تشکیل می دهند. حالت های اکسیداسیون چنین موادی معمولاً از دو تجاوز نمی کند. در یک گروه، فلزی بودن افزایش می یابد، در حالی که در یک دوره کاهش می یابد. به عنوان مثال، فرانسیم رادیواکتیو خواص اساسی بیشتری نسبت به سدیم از خود نشان می دهد و دردر خانواده هالوژن، ید حتی درخشندگی فلزی دارد.
در غیر این صورت، وضعیت در دوره است - گازهای بی اثر سطوح فرعی را تکمیل می کنند که قبل از آن موادی با خواص مخالف وجود دارد. در فضای افقی جدول تناوبی، واکنش آشکار عناصر از بازی از آمفوتریک به اسیدی تغییر می کند. فلزات عوامل کاهنده خوبی هستند (هنگام تشکیل پیوندها الکترون ها را می پذیرند).
نافلزات
این نوع اتم ها در کلاس های اصلی شیمی معدنی قرار می گیرند. غیر فلزات سمت راست جدول تناوبی را اشغال می کنند و معمولاً خواص اسیدی را نشان می دهند. اغلب، این عناصر به شکل ترکیباتی با یکدیگر (به عنوان مثال، بورات ها، سولفات ها، آب) ظاهر می شوند. در حالت مولکولی آزاد، وجود گوگرد، اکسیژن و نیتروژن مشخص است. چندین گاز غیر فلزی دو اتمی نیز وجود دارد - علاوه بر دو مورد فوق، این گازها عبارتند از هیدروژن، فلوئور، برم، کلر و ید.
اینها رایج ترین مواد روی زمین هستند - سیلیکون، هیدروژن، اکسیژن و کربن به ویژه رایج هستند. ید، سلنیوم و آرسنیک بسیار نادر هستند (این همچنین شامل پیکربندی های رادیواکتیو و ناپایدار است که در آخرین دوره های جدول قرار دارند).
در ترکیبات، غیر فلزات عمدتاً به صورت اسیدی رفتار می کنند. آنها به دلیل توانایی اتصال تعداد اضافی الکترون برای تکمیل سطح، عوامل اکسید کننده قوی هستند.
مواد پیچیده در مواد معدنی
علاوه بر موادی که با یک گروه از اتم ها نشان داده می شوند،بین ترکیبات متشکل از چندین پیکربندی مختلف تمایز قائل شد. چنین موادی می توانند دوتایی (متشکل از دو ذره مختلف)، سه، چهار عنصر و غیره باشند.
مواد دو عنصری
شیمی اهمیت خاصی به دوتایی پیوندها در مولکول ها می دهد. طبقات ترکیبات معدنی نیز از نقطه نظر پیوند ایجاد شده بین اتم ها در نظر گرفته می شوند. این می تواند یونی، فلزی، کووالانسی (قطبی یا غیر قطبی) یا مخلوط باشد. به طور معمول، چنین موادی به وضوح کیفیت های بازی (در حضور فلز)، آمفورتریک (دوگانه - مخصوصاً مشخصه آلومینیوم) یا اسیدی (در صورت وجود عنصری با حالت اکسیداسیون +4 و بالاتر) را نشان می دهند.
همیاران سه عنصر
موضوعات شیمی معدنی در نظر گرفتن این نوع ادغام اتم ها را فراهم می کند. ترکیبات متشکل از بیش از دو گروه اتم (اغلب مواد معدنی با گونه های سه عنصری سروکار دارند) معمولاً با مشارکت اجزایی تشکیل می شوند که به طور قابل توجهی از نظر پارامترهای فیزیکوشیمیایی با یکدیگر تفاوت دارند.
انواع احتمالی پیوندها کووالانسی، یونی و مخلوط هستند. به طور معمول، مواد سه عنصری از نظر رفتار شبیه به مواد دوتایی هستند، زیرا یکی از نیروهای برهمکنش بین اتمی بسیار قوی تر از دیگری است: نیروی ضعیف به صورت ثانویه تشکیل می شود و توانایی تفکیک سریعتر در محلول را دارد.
کلاسهای شیمی معدنی
اکثریت قریب به اتفاق مواد مورد مطالعه در دوره معدنی را می توان با یک طبقه بندی ساده بسته به ترکیب و ترکیب آنها در نظر گرفت.خواص بنابراین، هیدروکسیدها، اسیدها، اکسیدها و نمکها متمایز می شوند. در نظر گرفتن رابطه آنها بهتر است با آشنایی با مفهوم اشکال اکسید شده شروع شود که تقریباً هر ماده معدنی می تواند ظاهر شود. شیمی چنین ترکیباتی در فصل های مربوط به اکسیدها مورد بحث قرار گرفته است.
اکسید
اکسید ترکیبی از هر عنصر شیمیایی با اکسیژن در حالت اکسیداسیون برابر 2- (به ترتیب در پراکسیدهای -1) است. تشکیل پیوند به دلیل پس زدگی و اتصال الکترون ها با کاهش O2 رخ می دهد (زمانی که اکسیژن الکترونگاتیوترین عنصر است).
بسته به گروه دوم اتم ها می تواند خواص اسیدی، آمفوتریک و بازی را از خود نشان دهد. اگر فلز باشد، در اکسید از حالت اکسیداسیون +2 تجاوز نمی کند، اگر غیرفلز باشد - از +4 و بالاتر. در نمونه هایی با ماهیت دوگانه پارامترها، مقدار +3.
اسیدها در مواد معدنی
ترکیبات اسیدی به دلیل محتوای کاتیون های هیدروژن واکنش متوسط کمتر از ۷ دارند که می تواند به محلول برود و متعاقباً با یک یون فلزی جایگزین شود. طبق طبقه بندی، آنها مواد پیچیده هستند. بیشتر اسیدها را می توان با رقیق کردن اکسیدهای مربوطه با آب به دست آورد، به عنوان مثال، در تشکیل اسید سولفوریک پس از هیدراتاسیون SO3.
شیمی معدنی پایه
خواص این نوع ترکیبات به دلیل وجود رادیکال هیدروکسیل OH است که واکنش محیط را بالای 7 می دهد. بازهای محلول نامیده می شوند.قلیایی ها، به دلیل تفکیک کامل (تجزیه به یون در مایع) قوی ترین در این دسته از مواد هستند. گروه OH در تشکیل نمک ها را می توان با باقی مانده های اسیدی جایگزین کرد.
شیمی معدنی یک علم دوگانه است که می تواند مواد را از دیدگاه های مختلف توصیف کند. در تئوری اولیه، بازها به عنوان پذیرنده کاتیون هیدروژن در نظر گرفته می شوند. این رویکرد مفهوم این دسته از مواد را گسترش می دهد و هر ماده ای را که بتواند پروتون را بپذیرد قلیایی می نامد.
نمک
این نوع ترکیبات بین بازها و اسیدها قرار دارند، زیرا محصول برهمکنش آنهاست. بنابراین، یک یون فلزی (گاهی اوقات آمونیوم، فسفونیوم یا هیدروکسونیوم) معمولاً به عنوان یک کاتیون عمل می کند و یک باقی مانده اسید به عنوان یک ماده آنیونی عمل می کند. هنگامی که یک نمک تشکیل می شود، هیدروژن با ماده دیگری جایگزین می شود.
بسته به نسبت تعداد معرفها و قدرت آنها نسبت به یکدیگر، منطقی است که چندین نوع محصول متقابل را در نظر بگیریم:
اگر گروه های هیدروکسیل به طور کامل جایگزین نشوند (چنین موادی دارای محیط واکنش قلیایی هستند) نمک های پایه به دست می آیند.
نمکهای اسیدی
شیمی معدنی علمی است که شاملتقسیم هر یک از کلاس ها به قطعاتی که در زمان های مختلف در نظر گرفته می شوند: برخی - زودتر، برخی دیگر - دیرتر. با یک مطالعه عمیق تر، 4 نوع نمک دیگر متمایز می شوند:
- Double حاوی یک آنیون منفرد در حضور دو کاتیون است. معمولاً چنین موادی از ادغام دو نمک با باقیمانده اسید یکسان، اما فلزات متفاوت به دست می‌آیند.
- نوع مخلوط برعکس نوع قبلی است: اساس آن یک کاتیون با دو آنیون متفاوت است.
- کریستال هیدرات - نمکهایی که در فرمول آنها آب به صورت کریستالیزه وجود دارد.
- کمپلکس ها موادی هستند که در آنها یک کاتیون، آنیون یا هر دوی آنها به شکل خوشه هایی با یک عنصر تشکیل دهنده ارائه می شوند. چنین نمک هایی را می توان عمدتاً از عناصر زیرگروه B بدست آورد.
سایر مواد موجود در کارگاه شیمی معدنی که می توانند به عنوان نمک ها یا به عنوان فصل های دانش جداگانه طبقه بندی شوند عبارتند از: هیدریدها، نیتریدها، کاربیدها و اینتر متالیدها (ترکیبات چند فلز که آلیاژ نیستند).
نتایج
شیمی معدنی علمی است که هر متخصص در این زمینه صرف نظر از علاقه ای که دارد مورد توجه است. شامل اولین فصل های مطالعه شده در مدرسه در این موضوع است. دوره شیمی معدنی سیستم‌بندی مقادیر زیادی از اطلاعات را مطابق با طبقه‌بندی ساده و قابل فهم فراهم می‌کند.
