الكيمياء غير العضوية هي جزء من الكيمياء العامة. يتعامل مع دراسة خصائص وسلوك المركبات غير العضوية - هيكلها وقدرتها على التفاعل مع المواد الأخرى. يستكشف هذا الاتجاه جميع المواد ، باستثناء تلك المبنية من سلاسل الكربون (الأخيرة هي موضوع دراسة الكيمياء العضوية).
الوصف
الكيمياء علم معقد. تقسيمها إلى فئات هو تعسفي بحت. على سبيل المثال ، ترتبط الكيمياء العضوية وغير العضوية بمركبات تسمى bioinorganic. وتشمل هذه الهيموغلوبين والكلوروفيل وفيتامين ب12والعديد من الإنزيمات.
في كثير من الأحيان ، عند دراسة المواد أو العمليات ، يتعين على المرء أن يأخذ في الاعتبار العلاقات المختلفة مع العلوم الأخرى. تغطي الكيمياء العامة وغير العضوية المواد البسيطة والمعقدة ، والتي يقترب عددها من 400000. وغالبًا ما تتضمن دراسة خصائصها مجموعة واسعة من طرق الكيمياء الفيزيائية ، حيث يمكنها الجمع بين الخصائص المميزة لعلم مثلالفيزياء. تتأثر جودة المواد بالتوصيل والنشاط المغناطيسي والبصري وتأثير المحفزات والعوامل "الفيزيائية" الأخرى.
بشكل عام ، يتم تصنيف المركبات غير العضوية وفقًا لوظيفتها:
- أحماض ؛
- أسباب ؛
- أكاسيد ؛
- ملح
الأكاسيد غالبًا ما تنقسم إلى معادن (أكاسيد قاعدية أو أنهيدريدات قاعدية) وأكاسيد غير فلزية (أكاسيد حمضية أو أنهيدريدات حمضية).
النشأة
ينقسم تاريخ الكيمياء غير العضوية إلى عدة فترات. في المرحلة الأولية ، تراكمت المعرفة من خلال الملاحظات العشوائية. منذ العصور القديمة ، جرت محاولات لتحويل المعادن الأساسية إلى معادن ثمينة. روج أرسطو للفكرة الخيميائية من خلال مذهبه في قابلية تحويل العناصر.
في النصف الأول من القرن الخامس عشر ، تفشت الأوبئة. عانى السكان بشكل خاص من الجدري والطاعون. افترض Aesculapius أن الأمراض تسببها مواد معينة ، ويجب أن تتم مكافحتها بمساعدة مواد أخرى. أدى ذلك إلى بداية ما يسمى بفترة الطب الكيميائي. في ذلك الوقت ، أصبحت الكيمياء علمًا مستقلاً.
ظهور علم جديد
خلال عصر النهضة ، بدأت الكيمياء من مجال دراسة عملي بحت في "اكتساب" المفاهيم النظرية. حاول العلماء شرح العمليات الأساسية التي تحدث مع المواد. في عام 1661 ، قدم روبرت بويل مفهوم "العنصر الكيميائي". في 1675 قام نيكولاس ليمر بفصل العناصر الكيميائيةالمعادن من النباتات والحيوانات ، وبالتالي اشتراط دراسة كيمياء المركبات غير العضوية بشكل منفصل عن المركبات العضوية.
لاحقًا ، حاول الكيميائيون شرح ظاهرة الاحتراق. ابتكر العالم الألماني جورج ستال نظرية phlogistons ، والتي بموجبها يرفض الجسم القابل للاحتراق الجسيم غير الثقالي من phlogiston. في عام 1756 ، أثبت ميخائيل لومونوسوف تجريبياً أن احتراق بعض المعادن يرتبط بجزيئات الهواء (الأكسجين). كما دحض أنطوان لافوازييه نظرية فلوجيستون ، وأصبح مؤسس نظرية الاحتراق الحديثة. كما قدم مفهوم "مركب العناصر الكيميائية".
تطوير
تبدأ الفترة التالية بعمل جون دالتون وتحاول شرح القوانين الكيميائية من خلال تفاعل المواد على المستوى الذري (المجهري). حدد المؤتمر الكيميائي الأول في كارلسروه عام 1860 مفاهيم الذرة والتكافؤ والمكافئ والجزيء. بفضل اكتشاف القانون الدوري وإنشاء النظام الدوري ، أثبت ديمتري مندليف أن النظرية الجزيئية الذرية مرتبطة ليس فقط بالقوانين الكيميائية ، ولكن أيضًا بالخصائص الفيزيائية للعناصر.
ترتبط المرحلة التالية في تطوير الكيمياء غير العضوية باكتشاف الانحلال الإشعاعي في عام 1876 وتوضيح تصميم الذرة في عام 1913. حلت دراسة أجراها ألبريشت كيسيل وجيلبرت لويس في عام 1916 مشكلة طبيعة الروابط الكيميائية. استنادًا إلى نظرية التوازن غير المتجانس التي وضعها ويلارد جيبس وهنريك روززيب ، ابتكر نيكولاي كورناكوف في عام 1913 إحدى الطرق الرئيسية للكيمياء غير العضوية الحديثة -التحليل الفيزيائي والكيميائي
أساسيات الكيمياء غير العضوية
توجد المركبات غير العضوية بشكل طبيعي في شكل معادن. قد تحتوي التربة على كبريتيد الحديد مثل البيريت أو كبريتات الكالسيوم على شكل جبس. تحدث المركبات غير العضوية أيضًا كجزيئات حيوية. يتم تصنيعها لاستخدامها كمحفزات أو كواشف. أول مركب صناعي غير عضوي مهم هو نترات الأمونيوم ، وتستخدم لتخصيب التربة.
أملاح
العديد من المركبات غير العضوية هي مركبات أيونية تتكون من الكاتيونات والأنيونات. هذه هي ما يسمى الأملاح ، والتي هي موضوع البحث في الكيمياء غير العضوية. أمثلة على المركبات الأيونية:
- كلوريد المغنيسيوم (MgCl2) ، والذي يحتوي على Mg2 +الكاتيونات و Cl-الأنيونات.
- أكسيد الصوديوم (Na2O) ، والذي يتكون من الكاتيونات Na+والأنيونات O2-.
في كل ملح ، تكون نسب الأيونات بحيث تكون الشحنات الكهربائية في حالة توازن ، أي أن المركب ككل متعادل كهربائيًا. يتم وصف الأيونات من خلال حالة الأكسدة الخاصة بها وسهولة التكوين الناتج عن جهد التأين (الكاتيونات) أو تقارب الإلكترون (الأنيونات) للعناصر التي تتكون منها.
تشمل الأملاح غير العضوية الأكاسيد والكربونات والكبريتات والهاليدات. تتميز العديد من المركبات بنقاط انصهار عالية. عادة ما تكون الأملاح غير العضوية تكوينات بلورية صلبة. ميزة أخرى مهمة هيالذوبان في الماء وسهولة التبلور. بعض الأملاح (مثل كلوريد الصوديوم) قابلة للذوبان في الماء بشدة ، بينما البعض الآخر (مثل SiO2) غير قابل للذوبان تقريبًا.
معادن وسبائك
المعادن مثل الحديد والنحاس والبرونز والنحاس الأصفر والألمنيوم هي مجموعة من العناصر الكيميائية في أسفل يسار الجدول الدوري. تضم هذه المجموعة 96 عنصرًا تتميز بالتوصيل الحراري والكهربائي العالي. تستخدم على نطاق واسع في علم المعادن. يمكن تقسيم المعادن بشكل مشروط إلى حديدية وغير حديدية وثقيلة وخفيفة. بالمناسبة ، العنصر الأكثر استخدامًا هو الحديد ، فهو يحتل 95٪ من الإنتاج العالمي بين جميع أنواع المعادن.
السبائك عبارة عن مواد معقدة يتم الحصول عليها عن طريق صهر وخلط معادن أو أكثر في حالة سائلة. وهي تتكون من قاعدة (العناصر السائدة من حيث النسبة المئوية: الحديد ، والنحاس ، والألمنيوم ، وما إلى ذلك) مع إضافات صغيرة من مكونات السبائك والتعديل.
تستخدم البشرية حوالي 5000 نوع من السبائك. هم المواد الرئيسية في البناء والصناعة. بالمناسبة ، هناك أيضًا سبائك بين المعادن واللافلزات.
التصنيف
في جدول الكيمياء غير العضوية ، تنقسم المعادن إلى عدة مجموعات:
- 6 عناصر موجودة في المجموعة القلوية (الليثيوم ، البوتاسيوم ، الروبيديوم ، الصوديوم ، الفرانسيوم ، السيزيوم) ؛
- 4 - في الأرض القلوية (الراديوم ، الباريوم ، السترونتيوم ، الكالسيوم) ؛
- 40 - تمر بمرحلة انتقالية (تيتانيوم ، ذهب ، تنجستن ، نحاس ، منغنيز ،سكانديوم والحديد وما إلى ذلك) ؛
- 15 - اللانثانيدات (اللانثانم ، السيريوم ، الإربيوم ، إلخ) ؛
- 15 - الأكتينيدات (اليورانيوم ، الأكتينيوم ، الثوريوم ، الفرميوم ، إلخ) ؛
- 7 - نصف المعادن (الزرنيخ ، البورون ، الأنتيمون ، الجرمانيوم ، إلخ) ؛
- 7 - المعادن الخفيفة (الألمنيوم ، القصدير ، البزموت ، الرصاص ، إلخ).
اللافلزات
يمكن أن تكون اللافلزات عناصر كيميائية ومركبات كيميائية. في الحالة الحرة ، فإنها تشكل مواد بسيطة ذات خصائص غير معدنية. في الكيمياء غير العضوية ، يتم تمييز 22 عنصرًا. هذه هي الهيدروجين ، البورون ، الكربون ، النيتروجين ، الأكسجين ، الفلور ، السيليكون ، الفوسفور ، الكبريت ، الكلور ، الزرنيخ ، السيلينيوم ، إلخ.
الهالوجينات هي أكثر اللافلزات شيوعًا. في التفاعل مع المعادن ، فإنها تشكل مركبات تكون روابطها أيونية بشكل أساسي ، مثل KCl أو CaO. عند التفاعل مع بعضها البعض ، يمكن أن تشكل اللافلزات مركبات مرتبطة تساهميًا (Cl3N ، ClF ، CS2 ، إلخ).
القواعد والأحماض
القواعد مواد معقدة من أهمها الهيدروكسيدات الذائبة في الماء. عندما تذوب ، فإنها تتفكك مع الكاتيونات المعدنية وأنيونات الهيدروكسيد ، ويكون الرقم الهيدروجيني لها أكبر من 7. ويمكن اعتبار القواعد معاكسة كيميائيًا للأحماض لأن الأحماض التي تفكك الماء تزيد من تركيز أيونات الهيدروجين (H3O +) حتى تنخفض القاعدة.
الأحماض هي مواد تشارك في التفاعلات الكيميائية مع القواعد ، وتأخذ منها الإلكترونات. معظم الأحماض ذات الأهمية العملية قابلة للذوبان في الماء. عندما تذوب ، فإنها تنفصل عن كاتيونات الهيدروجين(Н+) والأنيونات الحمضية ، ودرجة حموضتها أقل من 7.
