Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Неорганическая химия описывает свойства и поведение неорганических соединений, включая металлы, минералы и металлоорганические соединения. В то время как органическая химия изучает все углеродсодержащие соединения, к неорганической относятся оставшиеся подмножества других соединений. Существуют также вещества, которые изучаются сразу обоими разделами химии, например, металлоорганические соединения, которые содержат металл или металлоид, связанный с углеродом.

Неорганическую химию можно разделить на несколько подразделов:

• области изучения неорганических соединений, например, солей или их ионных соединений;
• геохимия – изучение химии окружающей природной среды Земли, что имеет большое значение для понимания планеты или управления ее ресурсами;
• добыча неорганических веществ (металлические руды) для промышленности;
• бионеорганическая химия – изучение отдельных элементов (природные ископаемые), которые необходимы для жизни и образуют важные биологические молекулы, участвующие в биологических системах, а также понимание химии токсических веществ;
• синтетическая химия изучает вещества, которые могут быть получены или очищены без участия природы путем синтеза на промышленных заводах или лабораториях;
• промышленная химия – это работа с веществами в различных масштабных процессах или научно-исследовательских областях.

Где применяется неорганическая химия?

Неорганические соединения используются в качестве катализаторов, пигментов, покрытий, поверхностно-активных веществ, лекарственных препаратов, топлива и прочих продуктов, которыми мы пользуемся каждый день. Они часто имеют высокие температуры плавления и конкретные высокие или низкие электрические свойства проводимости, которые делают их полезными для определенных целей.

Например:

• аммиак является источником азота в удобрении, а также одним из основных неорганических химических веществ, используемых в производстве нейлона, волокон, пластмасс, полиуретанов (используются в жестких химически стойких покрытиях, клее, пенах), гидразина (используется в изготовлении ракетного топлива) и взрывчатых веществ;
• хлор используется в производстве поливинилхлорида (для изготовления труб, одежды, мебели), агрохимикатов (удобрения, инсектициды), а также фармацевтических препаратов и химических веществ для очистки воды или стерилизации;
• диоксид титана используется в виде белого порошка при изготовлении пигмента краски, покрытий, пластика, бумаги, чернил, волокон, продуктов питания и косметики. Диоксид титана также имеет хорошие свойства сопротивления ультрафиолетовому свету, поэтому применим в производстве фотокатализаторов.

Неорганическая химия является весьма практичной научно-бытовой отраслью. Особенно для экономики страны имеет значение производство серной кислоты, которая является одной из наиболее важных элементов, используемых в качестве промышленного сырья.

Что изучают в неорганической химии?

Специалисты в области неорганической химии имеют широкий спектр областей деятельности, от добычи сырья до создания микрочипов. Их работа основана на понимании поведения и поиска аналогов неорганических элементов. Главная задача узнать, как эти материалы могут быть изменены, разделены и использованы. Работа неорганических химиков включает в себя разработку методов для восстановления металлов из отходов и анализ добытых руд на молекулярном уровне. Общий акцент делается на освоение связей между физическими свойствами и функциями.

Индивидуальный подход к ценообразованию для каждого клиента!

Неорганическая химия.

Неорганическая химия — раздел химии, в котором изучают свойства различных химических элементов и соединения, которые они образуют, за исключением углеводородов (химических соединений углерода и водорода) и продуктов их замещения, представляющих собой так называемые органические молекулы.

Первые исследования в области неорганической химии были посвящены минералам. Ставилась цель извлечь из них различные химические элементы. Эти исследования позволили разделить все вещества на две большие категории: химические элементы и соединения.

Химические элементы — вещества, состоящие из одинаковых атомов (например, Fe, из которого состоит железный прут, или РЬ, из которого сделана свинцовая труба).

Химические соединения — это вещества, состоящие из различных атомов. Например, вода Н20, сульфат натрия Na2S04, гидроокись аммония NH4OH…

Атомы, входящие в состав химических элементов и соединений, делят на два класса — атомы металлов и атомы неметаллов.

Атомы неметаллов (азот N, кислород О, сера S, хлор CI.) имеют способность присоединять к себе электроны, забирая их у других атомов. Поэтому атомы неметаллов называют «электроотрицательными».

Атомы металлов, напротив, имеют тенденцию отдавать электроны другим атомам. Поэтому атомы металлов называют электроположительными. Это, например, железо Fe, свинец РЬ, медь Cu, цинк Zn. Вещества, состоящие из двух различных химических элементов обычно содержат атомы металла одного вида (обозначение соответствующего атолла помещается в начало химической формулы) и атомы неметалла также одного вида (в химической формуле обозначение соответствующего атома помещается после атома металла). Например, хлорид натрия NaCI. Если вещество не содержит атом металла, то в начало химической формулы помещается наименее электроотрицательный элемент, например аммиак NH3.

Система наименований неорганических химических соединений была утверждена в 1960 году Международным союзом IUPAC. Неорганические химические соединения называют, произнося сначала наименование наиболее электроотрицательного элемента (обычно неметалла). Например, соединение с химической формулой KCI называют хлоридом калия. Вещество H2S называется сероводородом, а СаО — оксидом кальция.

Органическая химия.

В начале своего развития эта химия исследовала вещества, входящие в живые организмы — растения и животные (белки, жиры, сахара), либо вещества разложившейся живой материи (нефть). Все эти вещества называли органическими.

Встречающиеся в природе органические вещества относят к различным группам: нефть и ее составляющие, белки, углеводы, жиры, гормоны, витамины и другие.

В начале 19 века были синтезированы первые искусственные органические молекулы. Используя неорганическую соль цианат аммония, Велер в 1828 году получил мочевину. Уксусная кислота была синтезирована Кольбе в 1845 году. Бертло получил этиловый спирт и муравьиную кислоту (1862 год).

Со временем химики научились синтезировать все большее и большее количество природных органических веществ. Были получены глицерин, ванилин, кофеин, никотин, холестерин.

Многие из синтезированных органических веществ не существуют в природе. Это пластмассы, моющие средства, искусственные волокна, многочисленные лекарства, красители, инсектициды.

Углерод образует больше соединений, чем какой либо другой элемент. Имея стабильную внешнюю электронную оболочку, углерод весьма мало склонен становиться положительно или отрицательно заряженным ионом. Эта электронная оболочка возникает в результате образования четырех связей, направленных к вершинам тетраэдра, в центре которого находится ядро атома углерода. Именно поэтому органические молекулы имеют специфическую структуру.

В органических молекулах атом углерода всегда участвует в четырех химических связях. Атомы углерода способны легко объединяться друг с другом, образуя длинные цепи или циклические структуры.

Атомы углерода в органических молекулах могут быть соединены между собой одинарными связями (так называемые насыщенные углеводороды) или кратными, точнее двойными, а также тройными связями (углеводороды ненасыщенные).

Международный союз IUPAC разработал систему наименований органических соединений. Эта система выявляет наиболее длинную неразветвленную углеродную цепь, тип химической связи между атомами углерода, а также наличие различных групп атомов (заместителей), прикрепленных к главной углеродной цепи.

Группы атомов углерода придают органическим молекулам, в которых они содержатся, специфические свойства. Последние позволяют различать многочисленные классы органических соединений, например: углеводороды (вещества из атомов углерода и водорода), спирты, органические кислоты.

Неорганическая химия - часть общей химии. Она занимается изучением свойств и поведения неорганических соединений - их структуры и способности реагировать с другими веществами. Данное направление исследует все вещества, за исключением тех, которые построены из углеродных цепочек (последние являются предметом изучения органической химии).

Описание

Химия - это комплексная наука. Ее деление на категории чисто условно. Например, неорганическую и органическую химию связывают соединения, называемые бионеорганическими. К ним относятся гемоглобин, хлорофилл, витамин B 12 и многие ферменты.

Очень часто при изучении веществ или процессов приходится учитывать различные взаимосвязи с прочими науками. Общая и неорганическая химия охватывает простые и число которых приближается к 400 000. Изучение их свойств часто включает в себя широкий спектр методов физической химии, поскольку они могут сочетать свойства, характерные для такой науки, как физика. На качества веществ влияют проводимость, магнитная и оптическая активность, воздействие катализаторов и прочие «физические» факторы.

Как правило, неорганические соединения классифицируются в соответствии с их функцией:

• кислоты;
• основания;
• оксиды;
• соли.

Оксиды часто делятся на металлы (основные оксиды или основные ангидриды) и неметаллические оксиды (кислотные оксиды или ангидриды кислот).

Зарождение

История неорганической химии делится на несколько периодов. На первоначальном этапе происходило накопление знаний посредством случайных наблюдений. С древних времен предпринимались попытки трансформировать неблагородные металлы в драгоценные. Алхимическая идея пропагандировалась еще Аристотелем через его учение об конвертируемости элементов.

В первой половине пятнадцатого века свирепствовали эпидемии. Особенно население страдало от оспы и чумы. Эскулапы предполагали, что заболевания вызваны определенными веществами, и борьба с ними должна осуществляться с помощью других веществ. Это привело к началу так называемого медико-химического периода. В то время химия стала самостоятельной наукой.

Становление новой науки

Во время Возрождения химия из чисто практической области исследования стала «обрастать» теоретическими понятиями. Ученые пытались объяснить глубинные процессы, происходящие с веществами. В 1661 году Роберт Бойл вводит понятие «химический элемент». В 1675 году Николас Леммер отделяет химические элементы минералов от растений и животных, тем самым обусловив изучение химией неорганических соединений отдельно от органических.

Позже химики пытались объяснить явление горения. Немецкий ученый Георг Сталь создал теорию флогистонов, согласно которой сгораемое тело отторгает негравитационную частицу флогистона. В 1756 году Михаил Ломоносов экспериментально доказал, что горение некоторых металлов связано с частицами воздуха (кислорода). Антуан Лавуазье также опроверг теорию флогистонов, став родоначальником современной теории горения. Им же введено понятие «соединение химических элементов».

Развитие

Следующий период начинается с работ и попыток объяснить химические законы посредством взаимодействия веществ на атомарном (микроскопическом) уровне. Первый химический конгресс в Карлсруэ в 1860 году дал определения понятий атома, валентности, эквивалента и молекулы. Благодаря открытию периодического закона и созданию периодической системы Дмитрий Менделеев доказал, что атомно-молекулярная теория связана не только с химическими законами, но и с физическими свойствами элементов.

Следующий этап в развитии неорганической химии связан с обнаружением радиоактивного распада в 1876 году и выяснением конструкции атома в 1913-м. Исследование Альбрехта Кесселя и Гильберта Льюиса в 1916 году решает проблему природы химических связей. Основываясь на теории гетерогенного равновесия Уилларда Гиббса и Хенрика Росзеба, Николай Курнаков в 1913 году создал один из основных методов современной неорганической химии - физико-химический анализ.

Основы неорганической химии

Неорганические соединения в природе встречаются в виде минералов. Почва может содержать сульфид железа, такой как пирит, или сульфат кальция в виде гипса. Неорганические соединения также встречаются как биомолекулы. Они синтезируются для использования в качестве катализаторов или реагентов. Первым важным искусственным неорганическим соединением является нитрат аммония, используемый для удобрения почвы.

Соли

Многие неорганические соединения представляют собой ионные соединения, состоящие из катионов и анионов. Это так называемые соли, являющиеся объектом исследований неорганической химии. Примерами ионных соединений являются:

• Хлорид магния (MgCl 2), в состав которого входят катионы Mg 2+ и анионы Cl - .
• Оксид натрия (Na 2 O), который состоит из катионов Na + и анионов O 2- .

В каждой соли пропорции ионов таковы, что электрические заряды равновесны, то есть соединение в целом является электрически нейтральным. Ионы описываются степенью окисления и легкостью образования, которая следует из потенциала ионизации (катионы) или электронного сродства (анионы) элементов, из которых они образуются.

К неорганическим солям относятся оксиды, карбонаты, сульфаты и галогениды. Многие соединения характеризуются высокой температурой плавления. Неорганические соли обычно представляют собой твердые кристаллические образования. Другой важной особенностью является их растворимость в воде и легкость кристаллизации. Некоторые соли (например, NaCl) хорошо растворимы в воде, в то время как другие (например, SiO2) почти не растворяются.

Металлы и сплавы

Металлы, такие как железо, медь, бронза, латунь, алюминий, представляют собой группу химических элементов в нижней левой части периодической таблицы. К этой группе относятся 96 элементов, которые характеризуются высокой теплопроводностью и электропроводностью. Они широко используются в металлургии. Металлы могут быть условно разделены на черные и цветные, тяжелые и легкие. Кстати, наиболее используемым элементом является железо, оно занимает 95 % мирового производства среди всех видов металлов.

Сплавы представляют собой сложные вещества, получаемые путем плавления и смешивания двух или более металлов в жидком состоянии. Они состоят из основания (доминирующих элементов в процентном соотношении: железа, меди, алюминия и т. д.) с небольшими добавками легирующих и модифицирующих компонентов.

Человечеством применяется около 5000 типов сплавов. Они являются основными материалами в строительстве и промышленности. Кстати, существуют также сплавы между металлами и неметаллами.

Классификация

В таблице неорганической химии металлы распределены по нескольким группам:

• 6 элементов находятся в щелочной группе (литий, калий, рубидий, натрий, франций, цезий);
• 4 - в щелочноземельной (радий, барий, стронций, калий);
• 40 - в переходной (титан, золото, вольфрам, медь, марганец, скандий, железо и др.);
• 15 - лантаноиды (лантан, церий, эрбий и др.);
• 15 - актиноиды (уран, актиний, торий, фермий и др.);
• 7 - полуметаллы (мышьяк, бор, сурьма, германий и др.);
• 7 - легкие металлы (алюминий, олово, висмут, свинец и др.).

Неметаллы

Неметаллы могут быть как химическими элементами, так и химическими соединениями. В свободном состоянии они образуют простые вещества с неметаллическими свойствами. В неорганической химии различают 22 элемента. Это водород, бор, углерод, азот, кислород, фтор, кремний, фосфор, сера, хлор, мышьяк, селен и др.

Наиболее типичными неметаллами являются галогены. В реакции с металлами они образуют которых в основном ионная, например KCl или CaO. При взаимодействии друг с другом неметаллы могут образовывать ковалентно-связанные соединения (Cl3N, ClF, CS2 и т. д.).

Основания и кислоты

Основания - сложные вещества, наиболее важными из которых являются водорастворимые гидроксиды. При растворении они диссоциируют с катионами металлов и анионами гидроксидов, а их рН больше 7. Основания можно рассматривать как химически противоположные кислотам, потому что водо-диссоциирующие кислоты увеличивают концентрацию ионов водорода (H3O+), пока основание не уменьшится.

Кислоты - это вещества, которые участвуют в химических реакциях с основаниями, забирая у них электроны. Большинство кислот, имеющих практическое значение, являются водорастворимыми. При растворении они диссоциируют из катионов водорода (Н +) и кислых анионов, а их рН меньше 7.

Неорганическая химия изучает химические элементы, их простые и сложные вещества (кроме органических соединений углерода), а также закономерности превращения этих веществ. На данный момент в мире насчитывается около 400000 неорганических веществ.

Исторически название неорганическая химия происходит от представления о части химии, которая занимается исследованием элементов, соединений, а также реакций веществ, которые не образованы живыми существами. Однако со времен синтеза мочевины из неорганического соединения Цианаты аммония (NH4OCN), который совершил в 1828 году выдающийся немецкий химик Фридрих Велер, стираются границы между веществами неживой и живой природы, поскольку живые существа производят много неорганических веществ, а почти все органические соединения можно синтезировать в лаборатории. Однако деление на различные области химии является актуальным и нужным как и раньше, поскольку механизмы реакций, структура веществ в неорганической и органической химии различаются. Это позволяет проще систематизировать методы и способы исследования в каждой из отраслей.

Важнейшая задача неорганической химии состоит в разработке и научном обосновании способов создания новых материалов с нужными для современной техники свойствами. Теоретическим фундаментом неорганической химии является периодический закон и основанная на нем периодическая система химических элементов.

В тексте лекций нашли отражение современные представления о строении веществ и их свойства. Особое внимание уделено установлению связей между строением веществ и их преобразованиями в неорганических системах для различных элементов периодической системы. В конспекте лекций сначала рассматривается химия водорода и р-элементов главных подгрупп VII – III групп периодической системы Д.И. Менделеева, затем приводится общая характеристика металлов и рассматриваются s-элементы ИА и ПА групп, дальше – свойства переходных d- и f-элементов. Завершается конспект лекций описанием химических свойств инертных газов.

Каждый раздел начинается с общей характеристики подгруппы – анализа электронной конфигурации, возможных степеней окисления и выявление общих закономерностей в изменении окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств соединений, затем приводится характеристика простых веществ, соединений элементов данной группы. Подробная внимание уделяется использованию веществ (которое систематизированы подано по отраслям промышленности); биологической роли и токсикологии. Заканчивается каждый раздел перечнем контрольных вопросов для самопроверки, которые помогают студентам систематизировать и обобщить полученные знания.

Фундаментальные труды, связанные с изучением строения, свойств и способности реагировать химические элементы и их соединения, были объединены в раздел неорганической химии. Сегодня общее число известных неорганических веществ равно 400 тысячам.

Виды химических соединений

Ионы и нейтральные молекулы, образующиеся в процессе присоединения к комплексообразующим частицам нейтральных лигандов, которыми именуются другие ионы или молекулы, называются комплексные соединения. Они могут иметь внешнюю сферу, диссоциирующую на катион комплексного малодиссоциирующего типа, или же нерастворимые водой соединения без внешней сферы. Также стоит отметить , к которым относится большая часть соединений, исключающих наличие углерода.

Диссоциация подразумевает под собой распад химических соединений на отдельные самостоятельные элементы. Так, к примеру, гидроксид аммония и щелочные металлы, именуемые еще как щелочи, относят к себе легкорастворимые основания в воде.

Следующий класс химических соединений металлов и некоторых неметаллов представляют собой сульфиды.

Химические элементы 17-й группы, имею хорошую реакцию со всеми веществами простого типа, за исключением немногих неметаллов. Они являются энергичными окислителями, это служит причиной, почему данные химические элементы встречаются в природе только в виде соединений.

Важнейший биогенный элемент с электронной структурой, обеспечивающей мгновенное разрушение и образование связей химического вида с биологической молекулой, образует соединения фосфора. Если они имеют степень окисления 5+, значит, соединение преобразуется как фосфорная кислота.

Грауберова или горькая соль, колчедан и цинковая обманка — важнейшие соединения серы, которые в природе могут встречаться как в чистом виде, так и входить в состав нефти, живых организмов как аминокислоты. Серу из горных пород добывают с помощью водяного пара, еще доступно ее получение в лабораторных условиях путем окислительно-восстановительной реакции.

Свойства химических реакций и процессов

Простое вещество, которое состоит из атомов единственного элемента, может образовывать некоторое число химических связей с частицами остальных элементов. Данный процесс называется , он может менять молекулярное строение вещества, с которым тесно связана такая электроизоляционная черта, как проводимость материала. Наиболее известным методом нахождения коэффициента в уравнениях реакций окислительно-восстановительного типа выступаетэлектронный баланс.Геометрический образ, который вводится для анализа кристаллов, имеющих сходство с канвой, называется кристаллическая решетка.

Изменения количества и качества реагирующего вещества за определенный промежуток времени понимается какскорость химической реакции,чья величина всегда положительная. Химический процесс, способствующий выделению через электроды частей растворных веществ, является конечным результатом электродной вторичной реакции, которая возникает во время прохождения электричества, образуя расплавов. Вещество, проводящее электричество в результате ионной диссоциации или передвижении частиц по кристаллической решетке, служит примером раствора электролитов.

Рассматривая химические свойства оксидов,стоит указать, что они могут взаимодействовать с водой, с дальнейшим образованием щелочи или основания, с кислотами, образовывая воду или солевой раствор, а также с кислотными оксидами.