Anorganska kemija: koncept, vprašanja in naloge. Kaj proučuje anorganska kemija

Tečaj anorganske kemije vsebuje veliko posebnih pogojev, ki so potrebni za izvajanje kvantitativnih izračunov. Oglejmo si podrobnosti nekaterih glavnih oddelkov.

Posebne lastnosti

Anorganska kemija je bila oblikovana za določanje lastnosti snovi mineralnega izvora.

Med glavnimi deli te znanosti so:

• analiza strukture, fizikalnih in kemijskih lastnosti;
• razmerje med strukturo in reaktivnostjo;
• oblikovanje novih metod za sintezo snovi;
• razvoj tehnologij za čiščenje mešanic;
• metode izdelave materialov anorganskega tipa.

Razvrstitev

Anorganska kemija je razdeljena na več odsekov, ki obravnavajo preučevanje nekaterih fragmentov:

• kemični elementi;
• razredi anorganskih snovi;
• polprevodniške snovi;
• nekatere (prehodne) spojine.

Medomrežno povezovanje

Anorganska kemija je povezana s fizično in analitično kemijo, ki ima močan nabor orodij, ki omogočajo matematične izračune. Teoretično gradivo, obravnavano v tem poglavju, se uporablja v radiokemiji, geokemiji, agrokemiji in tudi v jedrski kemiji.

Uporabljena anorganska kemija je povezana z metalurgijo, kemijsko tehnologijo, elektroniko, rudarstvom in predelavo mineralov, strukturnimi in gradbenimi materiali ter čiščenjem industrijskih odpadnih voda.

Razvojna zgodovina

Skupaj s človeško civilizacijo se je razvila splošna in anorganska kemija, zato vključuje več ločenih odsekov. V začetku devetnajstega stoletja je Berzelius objavil tabelo atomskih mas. To obdobje je bilo začetek razvoja te znanosti.

Osnove anorganske kemije so bile študije Avogadra in Gay-Lussac o lastnostih plinov in tekočin. Hess je uspel izvesti matematično povezavo med količino toplote in agregacijo snovi, ki je bistveno razširila obzorja anorganske kemije. Na primer, pojavila se je atomsko-molekularna teorija, ki je odgovorila na številna vprašanja.

V začetku devetnajstega stoletja se je Davy lahko elektrokemično razgradil. natrijevega hidroksida in kalija, kar odpira nove možnosti za proizvodnjo preprostih snovi z elektrolizo. Faraday je na podlagi Davyjevega dela izpeljal zakone elektrokemije.

Od druge polovice devetnajstega stoletja se je potek anorganske kemije znatno razširil. Odkritja Vant-Hoffa, Arrheniusa, Oswalda so uvedla nove trende v teoriji rešitev. V tem času je bil oblikovan zakon masovnega delovanja, ki je omogočil izvajanje različnih kvalitativnih in kvantitativnih izračunov.

Teorija valenc, ki so jo ustvarili Würz in Kekule, je omogočila iskanje odgovorov na številna vprašanja anorganske kemije, povezane z obstojem različnih oblik oksidov in hidroksidov. Konec devetnajstega stoletja so odkrili nove kemijske elemente: rutenij, aluminij, litij: vanadij, torij, lantan itd. To je postalo možno po uvedbi tehnik spektralne analize v prakso. Inovacije, ki so se v tem obdobju pojavile v znanosti, niso samo pojasnile kemijske reakcije v anorganski kemiji, temveč so omogočile tudi napovedovanje lastnosti pridobljenih proizvodov, njihovo področje uporabe.

Do konca devetnajstega stoletja je bilo znanih 63 različnih elementov in informacije o različnih kemičnih snoveh. Zaradi pomanjkanja popolne znanstvene klasifikacije pa ni bilo mogoče rešiti vseh nalog v anorganski kemiji.

Mendelejev zakon

Periodični zakon, ki ga je ustvaril Dmitry Ivanovich, je postal osnova za sistematizacijo vseh elementov. Zahvaljujoč odkritju Mendelejeva so kemiki uspeli popraviti ideje o atomskih masah elementov, da bi napovedali lastnosti snovi, ki še niso bile odkrite. Teorija Mosleyja, Rutherforda, Bohra, je fizično utemeljila periodični zakon Mendelejeva.

Anorganska in teoretična kemija

Da bi razumeli, kaj študij kemije, morate upoštevati osnovne koncepte, vključene v ta predmet.

Glavno teoretično vprašanje, obravnavano v tem poglavju, je periodični zakon Mendelejeva. Anorganska kemija v tabelah, predstavljena v šolskem tečaju, mlade raziskovalce uvaja v glavne razrede anorganskih snovi, njihovo medsebojno povezovanje. Teorija kemijske vezave upošteva naravo vezi, njeno dolžino, energijo, polarnost. Metoda molekularnih orbitalov, valentnih vezi, teorija kristalnega polja so glavna vprašanja, ki nam omogočajo, da razložimo strukturne značilnosti in lastnosti anorganskih snovi.

Kemijska termodinamika in kinetika, odgovarjanje na vprašanja o spremembah v energiji sistema, opis elektronskih konfiguracij ionov in atomov, njihova transformacija v kompleksne snovi, ki temeljijo na teoriji superprevodnosti, je privedla do novega dela - kemije polprevodniških materialov.

Uporabljen značaj

Anorganska kemija za lutke vključuje uporabo teoretičnih vprašanj v industriji. Ta del kemije je postal osnova za različne industrije, povezane s proizvodnjo amoniaka, žveplove kisline, ogljikovega dioksida, mineralnih gnojil, kovin in zlitin. S pomočjo kemijskih metod pri inženirstvu dobimo zlitine z želenimi lastnostmi in značilnostmi.

Predmet in naloge

Kaj je študij kemije? To je znanost o snoveh, njihovih transformacijah in aplikacijah. V tem časovnem intervalu so zanesljive informacije o obstoju približno sto tisoč različnih anorganskih spojin. Med kemičnimi transformacijami pride do spremembe sestave molekul, nastanejo snovi z novimi lastnostmi.

Če študirate anorgansko kemijo od začetka, se morate najprej seznaniti z njenimi teoretičnimi odseki in šele nato lahko začnete praktično uporabljati pridobljeno znanje. Med številnimi vprašanji, ki jih obravnavamo v tem delu kemijske znanosti, je treba omeniti atomsko-molekularno teorijo.

Molekula v njem velja za najmanjši delček snovi s svojimi kemijskimi lastnostmi. Je deljivo na atome, ki so najmanjši delci snovi. Molekule in atomi so v stalnem gibanju, karakterizirani so z elektrostatičnimi silami odbijanja in privlačnosti.

Anorganska kemija iz nič se mora opirati na definicijo kemičnega elementa. Pod njim je običajno pomeniti vrsto atomov z določenim jedrskim nabojem, strukturo elektronskih lupin. Glede na strukturo lahko vstopajo v različne interakcije, ki tvorijo snovi. Ljubiti molekulo je električno nevtralen sistem, to je v celoti podvržen vsem zakonom, ki obstajajo v mikrosistemih.

Za vsak element, ki obstaja v naravi, lahko določite število protonov, elektronov, nevtronov. Na primer, dajemo natrij. Število protonov v njenem jedru ustreza številu, to je 11, in je enako številu elektronov. Za izračun števila nevtronov je potrebno odšteti njegovo atomsko število iz relativne atomske mase natrija (23), dobili bomo 12. Za nekatere elemente smo identificirali izotope, ki se razlikujejo po številu nevtronov v atomskem jedru.

Oblikovanje valenčnih formul

Za kaj je značilna anorganska kemija? Teme, obravnavane v tem poglavju, vključujejo oblikovanje formul za snovi, izvajanje kvantitativnih izračunov.

Za začetek analiziramo značilnosti formulacije valenčnih formul. Glede na to, kateri elementi bodo vključeni v sestavo snovi, obstajajo določena pravila za določanje valence. Začnimo s pripravo binarnih spojin. To vprašanje je obravnavano v šolskem tečaju anorganske kemije.

Za kovine, ki se nahajajo v glavnih podskupinah periodne tabele, indeks valence ustreza številu skupine, je konstantna vrednost. Kovine v sekundarnih podskupinah lahko kažejo različne valence.

Obstajajo nekatere značilnosti pri določanju valence nekovin. Če se v spojini nahaja na koncu formule, potem ima nižjo valenco. Pri izračunu je od skupine odšteto število skupine, v kateri je ta element. Na primer, pri oksidih ima kisik valenco dveh.

Če se nekovina nahaja na začetku formule, prikaže največjo valenco, ki je enaka številu njene skupine.

Kako narediti formulo snovi? Obstaja določen algoritem, ki ga imajo celo učenci. Najprej morate zapisati znake elementov, navedenih v imenu spojine. Element, ki je naveden zadnji v imenu, je prvi v formuli. Nato nad vsakim od njih nastavite, z uporabo pravil, valenčni indeks. Med vrednostmi določimo najmanjšo skupno vrednost. Ko je razdeljen na valenci, dobite indekse, ki se nahajajo pod znaki elementov.

Naj navedemo primer različice formulacije ogljikovega monoksida (4). Najprej postavimo več znakov ogljika in kisika, ki so del te anorganske spojine, dobimo CO. Ker ima prvi element spremenljivo valenco, je prikazan v oklepajih, v kisiku se šteje, da je odštevan od osmih s šestimi (številka skupine), dobita se dva. Končna formula predlaganega oksida bo v obliki CO ₂ .

Med številnimi znanstvenimi pojmi, ki se uporabljajo v anorganski kemiji, je posebnega pomena alotropija. Pojasnjuje obstoj več preprostih snovi na podlagi enega kemičnega elementa, ki se razlikuje po svojih lastnostih in strukturi.

Razredi anorganskih snovi

Obstajajo štiri glavne skupine anorganskih snovi, ki si zaslužijo podrobno obravnavo. Začnimo s kratkim opisom oksidov. Ta razred predvideva binarne spojine, v katerih je nujno prisoten kisik. Glede na to, kateri element začne formulo, je njihova delitev na tri skupine: osnovna, kisla, amfoterna.

Kovine z valenco večjo od štirih, kot tudi vse nekovine, tvorijo kisik z oksidom. Med njihovimi osnovnimi kemičnimi lastnostmi ugotavljamo sposobnost interakcije z vodo (izjema je silicijev dioksid), reakcije z osnovnimi oksidi, alkalijami.

Kovine, katerih valenca ne presegajo dveh osnovnih oksidov. Med glavnimi kemičnimi lastnostmi te podvrste so voda, soli z kislinskimi oksidi in kisline.

Za prehodne kovine (cink, berilij, aluminij) je značilna tvorba amfoternih spojin. Njihova glavna razlika je dvojnost lastnosti: reakcije z alkalijami in kislinami.

Razlogi se imenujejo lestvica razred anorganskih spojin podobne strukture in lastnosti. Te molekule vsebujejo eno ali več hidroksilnih skupin. Sam izraz je bil uporabljen za tiste snovi, ki tvorijo soli zaradi interakcije. Alkalije so baze, ki imajo alkalno okolje. Med njimi so hidroksidi prve in druge skupine glavnih podskupin periodne tabele.

V teoriji elektrolitska disociacija baze so spojine, ki se lahko disociirajo v vodni raztopini v hidroksidne ione in kovinske katione. Za kovine, ki imajo spremenljivo valenco, jo je treba navesti v imenu spojine.

Brønstedova teorija protonov je pojasnila glavno razliko med bazami in kislinami. V skladu s to teorijo je kislina snov, ki je sposobna sproščanja protonov. Osnova je spojina, ki sprejema te protone. Kisline in baze, ki sodelujejo pri izmenjavi, ustvarita kislinsko-bazni par.

Od lastnosti, značilnih za alkalije, opazimo njihove reakcije s kislimi in amfoterni oksidi, in možnost izmenjave ionov s kislinami in solmi. Netopne baze, ki so šibki elektroliti, se lahko raztopijo, ko se segrejejo na oksid ustrezne kovine in vode.

V anorganski kemiji imajo posebno mesto kisline. Običajno se razvrščajo v monobazične, dibazične, tribazične spojine, ob upoštevanju števila protonov vodika v molekuli. Močne kisline (dušikove, žveplove) so sposobne prenašati kovine osme skupine, vendar se dobro odzivajo z nizko aktivnimi kovinami, tvorijo sol, vodo in tudi plinasto spojino (razen zlata in platine).

Vse kislinske raztopine lahko reagirajo z aktivnimi kovinami, ki se nahajajo v elektrokemičnem nizu Beketova do vodika. Poleg tega je ta razred označen z reakcijo z oksidi in hidroksidi, različnimi solmi.

Soli so velik razred anorganskih snovi, ki so še posebej pomembne za praktično uporabo. Glede na njihovo sestavo obstaja več različnih vrst. V sestavi srednjih (normalnih) snovi so samo kovinski kationi in anioni kislega ostanka. Take soli veljajo za najpogostejše v naravi. V vsakdanjem življenju se na primer uporablja natrijev klorid (natrijev klorid).

V kislih solih, poleg kovine in kislega ostanka, obstajajo tudi kationi vodika. Na primer, natrijev bikarbonat (pecilni soda) je priljubljena sestavina v slaščičarski industriji. Hidroksidni ioni najdemo v glavnih solih namesto kationov vodika. Dvojne soli so sestavni del mnogih naravnih mineralov. Torej, natrijev klorid, kalij (sylvinite) je v zemeljski skorji. Ta spojina se uporablja v industriji za izolacijo alkalnih kovin.

V anorganski kemiji obstaja poseben oddelek, ki obravnava proučevanje kompleksnih soli. Te spojine so aktivno vključene v presnovne procese, ki se pojavljajo v živih organizmih.

Termokemija

Ta oddelek predvideva upoštevanje vseh kemijskih transformacij z vidika izgube ali pridobivanja energije. Hess je uspel vzpostaviti odnos med entalpijo, entropijo in izvesti zakon, ki pojasnjuje temperaturno spremembo za vsako reakcijo. Toplotni učinek, ki označuje količino sproščene ali absorbirane energije v dani reakciji, se določi kot razlika med vsoto entalpij reakcijskih produktov in začetnih snovi, upoštevajoč stereokemične koeficiente. Zakon Hess je temelj termokemije in omogoča kvantitativne izračune za vsako kemijsko transformacijo.

Koloidna kemija

Samo v dvajsetem stoletju je ta del kemije postal ločena znanost, ki se ukvarja z različnimi tekočimi, trdnimi, plinastimi sistemi. Suspenzije, suspenzije, emulzije, ki se razlikujejo po velikosti delcev, kemijski parametri, so podrobno preučevane v koloidni kemiji. Rezultati številnih študij se aktivno izvajajo v farmacevtski, medicinski in kemični industriji, ki znanstvenikom in inženirjem omogočajo sintezo snovi z želenimi kemijskimi in fizikalnimi lastnostmi.

Zaključek

Anorganska kemija je trenutno eden največjih odsekov kemije, vsebuje veliko teoretičnih in praktičnih vprašanj, ki omogočajo spoznanje o sestavi snovi, njihovih fizikalnih lastnostih, kemijskih transformacijah, glavnih vejah uporabe. Če imate osnovne pojme, zakone, lahko sestavite enačbe kemijskih reakcij, uporabite različne matematične izračune. Otrokom so na zaključnem izpitu na voljo vsi odseki anorganske kemije, povezani s sestavljanjem formul, zapisovanjem reakcijskih enačb, reševanjem problemov za rešitve.