La chimie inorganique fait partie de la chimie générale. Il traite de l'étude des propriétés et du comportement des composés inorganiques - leur structure et leur capacité à réagir avec d'autres substances. Cette direction explore toutes les substances, à l'exception de celles qui sont construites à partir de chaînes carbonées (ces dernières font l'objet d'études en chimie organique).
Description
La chimie est une science complexe. Sa division en catégories est purement arbitraire. Par exemple, la chimie inorganique et organique est liée par des composés appelés bioinorganiques. Ceux-ci incluent l'hémoglobine, la chlorophylle, la vitamine B12 et de nombreuses enzymes.
Très souvent, lorsqu'on étudie des substances ou des processus, on doit tenir compte de diverses relations avec d'autres sciences. La chimie générale et inorganique couvre les substances simples et complexes, dont le nombre approche les 400 000. L'étude de leurs propriétés fait souvent appel à un large éventail de méthodes de chimie physique, car elles peuvent combiner des propriétés caractéristiques d'une science telle quela physique. La qualité des substances est affectée par la conductivité, l'activité magnétique et optique, l'effet des catalyseurs et d'autres facteurs "physiques".
Généralement, les composés inorganiques sont classés selon leur fonction:
- acides;
- motifs;
- oxydes;
- sel.
Les oxydes sont souvent divisés en métaux (oxydes basiques ou anhydrides basiques) et oxydes non métalliques (oxydes acides ou anhydrides acides).
Origine
L'histoire de la chimie inorganique est divisée en plusieurs périodes. Au stade initial, les connaissances ont été accumulées grâce à des observations aléatoires. Depuis l'Antiquité, des tentatives ont été faites pour transformer les métaux de base en métaux précieux. L'idée alchimique a été promue par Aristote à travers sa doctrine de la convertibilité des éléments.
Dans la première moitié du XVe siècle, les épidémies sévissent. Surtout la population a souffert de la variole et de la peste. Esculape a supposé que les maladies sont causées par certaines substances et que la lutte contre elles doit être menée à l'aide d'autres substances. Cela a conduit au début de la période dite médico-chimique. À cette époque, la chimie est devenue une science indépendante.
L'émergence d'une nouvelle science
Durant la Renaissance, la chimie d'un domaine d'étude purement pratique a commencé à "acquérir" des concepts théoriques. Les scientifiques ont tenté d'expliquer les processus sous-jacents qui se produisent avec les substances. En 1661, Robert Boyle introduit le concept d'"élément chimique". En 1675 Nicholas Lemmer sépare les éléments chimiquesminéraux provenant de plantes et d'animaux, stipulant ainsi l'étude de la chimie des composés inorganiques séparément des composés organiques.
Plus tard, des chimistes ont tenté d'expliquer le phénomène de la combustion. Le scientifique allemand Georg Stahl a créé la théorie des phlogistons, selon laquelle un corps combustible rejette une particule non gravitationnelle de phlogiston. En 1756, Mikhail Lomonosov a prouvé expérimentalement que la combustion de certains métaux est associée à des particules d'air (oxygène). Antoine Lavoisier a également réfuté la théorie des phlogistons, devenant le fondateur de la théorie moderne de la combustion. Il a également introduit le concept de "composé d'éléments chimiques".
Développement
La période suivante commence avec les travaux de John D alton et tente d'expliquer les lois chimiques par l'interaction des substances au niveau atomique (microscopique). Le premier congrès de chimie à Karlsruhe en 1860 a défini les concepts d'atome, de valence, d'équivalent et de molécule. Grâce à la découverte de la loi périodique et à la création du système périodique, Dmitry Mendeleev a prouvé que la théorie atomo-moléculaire est liée non seulement aux lois chimiques, mais aussi aux propriétés physiques des éléments.
La prochaine étape du développement de la chimie inorganique est associée à la découverte de la désintégration radioactive en 1876 et à l'élucidation de la conception de l'atome en 1913. Une étude d'Albrecht Kessel et Gilbert Lewis en 1916 résout le problème de la nature des liaisons chimiques. Basé sur la théorie de l'équilibre hétérogène de Willard Gibbs et Henrik Roszeb, Nikolai Kurnakov a créé en 1913 l'une des principales méthodes de la chimie inorganique moderne -analyse physique et chimique.
Fondements de la chimie inorganique
Les composés inorganiques se présentent naturellement sous forme de minéraux. Le sol peut contenir du sulfure de fer tel que de la pyrite ou du sulfate de calcium sous forme de gypse. Les composés inorganiques se présentent également sous forme de biomolécules. Ils sont synthétisés pour être utilisés comme catalyseurs ou réactifs. Le premier composé inorganique artificiel important est le nitrate d'ammonium, utilisé pour fertiliser le sol.
Sels
De nombreux composés inorganiques sont des composés ioniques composés de cations et d'anions. Ce sont les soi-disant sels, qui font l'objet de recherches en chimie inorganique. Des exemples de composés ioniques sont:
- Chlorure de magnésium (MgCl2), qui contient des cations Mg2+ et des anions Cl-.
- Oxyde de sodium (Na2O), composé de cations Na+ et d'anions O2- .
Dans chaque sel, les proportions d'ions sont telles que les charges électriques sont en équilibre, c'est-à-dire que le composé dans son ensemble est électriquement neutre. Les ions sont décrits par leur état d'oxydation et la facilité de formation qui découle du potentiel d'ionisation (cations) ou de l'affinité électronique (anions) des éléments à partir desquels ils sont formés.
Les sels inorganiques comprennent les oxydes, les carbonates, les sulfates et les halogénures. De nombreux composés sont caractérisés par des points de fusion élevés. Les sels inorganiques sont généralement des formations cristallines solides. Une autre caractéristique importante est leursolubilité dans l'eau et facilité de cristallisation. Certains sels (par exemple NaCl) sont très solubles dans l'eau, tandis que d'autres (par exemple SiO2) sont presque insolubles.
Métaux et alliages
Les métaux tels que le fer, le cuivre, le bronze, le laiton, l'aluminium sont un groupe d'éléments chimiques en bas à gauche du tableau périodique. Ce groupe comprend 96 éléments caractérisés par une conductivité thermique et électrique élevée. Ils sont largement utilisés en métallurgie. Les métaux peuvent être conditionnellement divisés en ferreux et non ferreux, lourds et légers. Soit dit en passant, l'élément le plus utilisé est le fer, il occupe 95 % de la production mondiale parmi tous les types de métaux.
Les alliages sont des substances complexes obtenues par fusion et mélange de deux ou plusieurs métaux à l'état liquide. Ils sont constitués d'une base (éléments dominants en termes de pourcentage: fer, cuivre, aluminium, etc.) avec de petits ajouts de composants d'alliage et de modification.
L'humanité utilise environ 5000 types d'alliages. Ce sont les principaux matériaux utilisés dans la construction et l'industrie. Soit dit en passant, il existe également des alliages entre les métaux et les non-métaux.
Classement
Dans le tableau de la chimie inorganique, les métaux sont divisés en plusieurs groupes:
- 6 éléments sont dans le groupe alcalin (lithium, potassium, rubidium, sodium, francium, césium);
- 4 - dans les alcalino-terreux (radium, baryum, strontium, calcium);
- 40 - en transition (titane, or, tungstène, cuivre, manganèse,scandium, fer, etc.);
- 15 – lanthanides (lanthane, cérium, erbium, etc.);
- 15 – actinides (uranium, actinium, thorium, fermium, etc.);
- 7 – semi-métaux (arsenic, bore, antimoine, germanium, etc.);
- 7 - métaux légers (aluminium, étain, bismuth, plomb, etc.).
Non-métaux
Les non-métaux peuvent être à la fois des éléments chimiques et des composés chimiques. A l'état libre, ils forment des substances simples aux propriétés non métalliques. En chimie inorganique, 22 éléments sont distingués. Ce sont l'hydrogène, le bore, le carbone, l'azote, l'oxygène, le fluor, le silicium, le phosphore, le soufre, le chlore, l'arsenic, le sélénium, etc.
Les non-métaux les plus courants sont les halogènes. En réaction avec les métaux, ils forment des composés dont la liaison est principalement ionique, comme KCl ou CaO. Lorsqu'ils interagissent les uns avec les autres, les non-métaux peuvent former des composés liés par covalence (Cl3N, ClF, CS2, etc.).
Bases et acides
Les bases sont des substances complexes, dont les plus importantes sont les hydroxydes solubles dans l'eau. Une fois dissous, ils se dissocient avec les cations métalliques et les anions hydroxyde, et leur pH est supérieur à 7. Les bases peuvent être considérées comme chimiquement opposées aux acides car les acides dissociant l'eau augmentent la concentration des ions hydrogène (H3O+) jusqu'à ce que la base soit réduite.
Les acides sont des substances qui participent à des réactions chimiques avec des bases, leur enlevant des électrons. La plupart des acides d'importance pratique sont solubles dans l'eau. Une fois dissous, ils se dissocient des cations hydrogène(Н+) et des anions acides, et leur pH est inférieur à 7.
