شیمی معدنی بخشی از شیمی عمومی است. این مقاله به مطالعه خواص و رفتار ترکیبات معدنی - ساختار و توانایی آنها در واکنش با سایر مواد می پردازد. این جهت همه مواد را بررسی می‌کند، به استثنای آنهایی که از زنجیره‌های کربنی ساخته شده‌اند (اینها موضوع مطالعه شیمی آلی هستند).
شرح
شیمی یک علم پیچیده است. تقسیم بندی آن به دسته ها کاملاً دلخواه است. به عنوان مثال، شیمی معدنی و آلی توسط ترکیباتی به نام بیوان آلی به هم مرتبط هستند. اینها عبارتند از هموگلوبین، کلروفیل، ویتامین B12 و بسیاری از آنزیم ها.
خیلی اوقات، هنگام مطالعه مواد یا فرآیندها، باید روابط مختلف با علوم دیگر را در نظر گرفت. شیمی عمومی و معدنی مواد ساده و پیچیده را در بر می گیرد که تعداد آنها به 400000 می رسد. مطالعه خواص آنها اغلب شامل طیف گسترده ای از روش های شیمی فیزیک است، زیرا آنها می توانند خواص مشخصه علمی مانند ترکیب را با هم ترکیب کنند.فیزیک. کیفیت مواد تحت تأثیر رسانایی، فعالیت مغناطیسی و نوری، تأثیر کاتالیزورها و سایر عوامل "فیزیکی" است.
به طور کلی، ترکیبات معدنی بر اساس عملکردشان طبقه بندی می شوند:
- اسیدها;
- زمینه;
- اکسیدها;
- نمک.
اکسیدها اغلب به فلزات (اکسیدهای اساسی یا انیدریدهای بازی) و اکسیدهای غیر فلزی (اکسیدهای اسیدی یا انیدریدهای اسیدی) تقسیم می شوند.
منشا
تاریخ شیمی معدنی به چند دوره تقسیم می شود. در مرحله اولیه، دانش از طریق مشاهدات تصادفی انباشته شد. از زمان های قدیم، تلاش هایی برای تبدیل فلزات پایه به فلزات گرانبها انجام شده است. ایده کیمیاگری توسط ارسطو از طریق دکترین تبدیل پذیری عناصر ترویج شد.
در نیمه اول قرن پانزدهم، همه گیرها بیداد کردند. به خصوص مردم از آبله و طاعون رنج می بردند. آسکولاپیوس فرض می کرد که بیماری ها توسط مواد خاصی ایجاد می شوند و مبارزه با آنها باید با کمک مواد دیگر انجام شود. این منجر به آغاز دوره به اصطلاح پزشکی شیمیایی شد. در آن زمان شیمی به یک علم مستقل تبدیل شد.
ظهور علم جدید
در طول رنسانس، شیمی از یک رشته مطالعاتی کاملاً عملی شروع به "اکتساب" مفاهیم نظری کرد. دانشمندان سعی کردند فرآیندهای اساسی را که با مواد اتفاق می افتد توضیح دهند. در سال 1661، رابرت بویل مفهوم "عنصر شیمیایی" را معرفی کرد. در سال 1675 نیکلاس لمر عناصر شیمیایی را جدا کردمواد معدنی از گیاهان و جانوران، در نتیجه مطالعه شیمی ترکیبات معدنی جدا از ترکیبات آلی را شرط می کند.
بعدها، شیمیدانان سعی کردند پدیده احتراق را توضیح دهند. دانشمند آلمانی گئورگ استال نظریه فلوژیستون ها را ایجاد کرد که بر اساس آن یک جسم قابل احتراق ذره غیر گرانشی فلوژیستون را رد می کند. در سال 1756، میخائیل لومونوسوف به طور تجربی ثابت کرد که احتراق برخی فلزات با ذرات هوا (اکسیژن) مرتبط است. آنتوان لاووازیه همچنین نظریه فلوژیستون ها را رد کرد و پایه گذار نظریه مدرن احتراق شد. او همچنین مفهوم "ترکیب عناصر شیمیایی" را معرفی کرد.
توسعه
دوره بعدی با کار جان دالتون آغاز می شود و تلاش می کند تا قوانین شیمیایی را از طریق تعامل مواد در سطح اتمی (میکروسکوپی) توضیح دهد. اولین کنگره شیمیایی در کارلسروهه در سال 1860 مفاهیم اتم، ظرفیت، معادل و مولکول را تعریف کرد. به لطف کشف قانون تناوبی و ایجاد سیستم تناوبی، دیمیتری مندلیف ثابت کرد که نظریه اتمی-مولکولی نه تنها با قوانین شیمیایی، بلکه با خواص فیزیکی عناصر نیز مرتبط است.
مرحله بعدی در توسعه شیمی معدنی با کشف واپاشی رادیواکتیو در سال 1876 و روشن شدن طراحی اتم در سال 1913 مرتبط است. مطالعه آلبرشت کسل و گیلبرت لوئیس در سال 1916 مشکل ماهیت پیوندهای شیمیایی را حل می کند. بر اساس تئوری تعادل ناهمگن توسط ویلارد گیبز و هنریک روزب، در سال 1913 نیکولای کورناکوف یکی از روش های اصلی شیمی معدنی مدرن را ایجاد کرد.تجزیه و تحلیل فیزیکی و شیمیایی.
مبانی شیمی معدنی
ترکیبات غیر آلی به طور طبیعی به شکل مواد معدنی وجود دارند. خاک ممکن است حاوی سولفید آهن مانند پیریت یا سولفات کلسیم به شکل گچ باشد. ترکیبات معدنی نیز به عنوان بیومولکول وجود دارند. آنها برای استفاده به عنوان کاتالیزور یا معرف سنتز می شوند. اولین ترکیب معدنی مصنوعی مهم نیترات آمونیوم است که برای بارور کردن خاک استفاده می شود.
نمک
بسیاری از ترکیبات معدنی ترکیبات یونی هستند که از کاتیون ها و آنیون ها تشکیل شده اند. اینها به اصطلاح نمک ها هستند که موضوع تحقیق در شیمی معدنی هستند. نمونه هایی از ترکیبات یونی عبارتند از:
- کلرید منیزیم (MgCl2)، که حاوی Mg2+ کاتیون و Cl- آنیون.
- اکسید سدیم (Na2O)، که از کاتیون های Na+ و آنیون های O2- تشکیل شده است. .
در هر نمک، نسبت یون ها به گونه ای است که بارهای الکتریکی در تعادل هستند، یعنی ترکیب به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی است. یونها با حالت اکسیداسیون و سهولت تشکیل که از پتانسیل یونیزاسیون (کاتیونها) یا میل ترکیبی الکترونی (آنیونها) عناصری که از آنها تشکیل شده اند، توصیف می شوند.
نمک های غیر آلی شامل اکسیدها، کربنات ها، سولفات ها و هالیدها هستند. بسیاری از ترکیبات با نقطه ذوب بالا مشخص می شوند. نمک های معدنی معمولاً تشکیلات کریستالی جامد هستند. یکی دیگر از ویژگی های مهم آنها استحلالیت در آب و سهولت تبلور. برخی از نمک ها (به عنوان مثال NaCl) در آب بسیار محلول هستند، در حالی که برخی دیگر (مثلا SiO2) تقریبا نامحلول هستند.
فلزات و آلیاژها
فلزاتی مانند آهن، مس، برنز، برنج، آلومینیوم گروهی از عناصر شیمیایی در پایین سمت چپ جدول تناوبی هستند. این گروه شامل 96 عنصر است که با هدایت حرارتی و الکتریکی بالا مشخص می شود. آنها به طور گسترده ای در متالورژی استفاده می شوند. فلزات را می توان به صورت مشروط به آهنی و غیر آهنی، سنگین و سبک تقسیم کرد. ضمناً پرمصرف ترین عنصر آهن است که 95 درصد تولید جهانی را در بین انواع فلزات به خود اختصاص داده است.
آلیاژها مواد پیچیده ای هستند که از ذوب و اختلاط دو یا چند فلز در حالت مایع به دست می آیند. آنها از یک پایه (عناصر غالب بر حسب درصد: آهن، مس، آلومینیوم و غیره) با اجزای آلیاژی و اصلاح کننده کوچک تشکیل شده اند.
بشر از حدود 5000 نوع آلیاژ استفاده می کند. آنها مواد اصلی در ساخت و ساز و صنعت هستند. به هر حال، آلیاژهایی نیز بین فلزات و غیر فلزات وجود دارد.
طبقه بندی
در جدول شیمی معدنی، فلزات به چند گروه تقسیم می شوند:
عناصر
نافلزات
غیر فلزات می توانند هم عناصر شیمیایی و هم ترکیبات شیمیایی باشند. در حالت آزاد، مواد ساده با خواص غیرفلزی را تشکیل می دهند. در شیمی معدنی 22 عنصر متمایز می شود. اینها هیدروژن، بور، کربن، نیتروژن، اکسیژن، فلوئور، سیلیکون، فسفر، گوگرد، کلر، آرسنیک، سلنیوم و غیره هستند.
معمولی ترین غیر فلزات هالوژن هستند. در واکنش با فلزات، ترکیباتی را تشکیل می دهند که پیوند آنها عمدتاً یونی است، مانند KCl یا CaO. هنگام تعامل با یکدیگر، غیر فلزات می توانند ترکیبات پیوند کووالانسی ایجاد کنند (Cl3N، ClF، CS2، و غیره).
بازها و اسیدها
بازها مواد پیچیده ای هستند که مهمترین آنها هیدروکسیدهای محلول در آب هستند. هنگامی که حل می شوند، با کاتیون های فلزی و آنیون های هیدروکسید تجزیه می شوند و PH آنها بیشتر از 7 است. بازها را می توان از نظر شیمیایی مخالف اسیدها در نظر گرفت زیرا اسیدهای تجزیه کننده آب غلظت یون های هیدروژن (H3O+) را افزایش می دهند تا زمانی که باز کاهش یابد.
اسیدها موادی هستند که در واکنش های شیمیایی با بازها شرکت می کنند و از آنها الکترون می گیرند. اکثر اسیدهای دارای اهمیت عملی محلول در آب هستند. وقتی حل می شوند، از کاتیون های هیدروژن جدا می شوند(Н+) و آنیونهای اسیدی و pH آنها کمتر از 7 است.
