Անօրգանական քիմիան ընդհանուր քիմիայի մի մասն է։ Այն զբաղվում է անօրգանական միացությունների հատկությունների և վարքագծի ուսումնասիրությամբ՝ նրանց կառուցվածքով և այլ նյութերի հետ փոխազդելու կարողությամբ։ Այս ուղղությունը ուսումնասիրում է բոլոր նյութերը, բացառությամբ այն նյութերի, որոնք կառուցված են ածխածնային շղթաներից (վերջիններս օրգանական քիմիայի ուսումնասիրության առարկա են):
Նկարագրություն
Քիմիան բարդ գիտություն է։ Դրա բաժանումը կատեգորիաների զուտ կամայական է: Օրինակ, անօրգանական և օրգանական քիմիան կապված են միացություններով, որոնք կոչվում են կենսաօրգանական: Դրանք ներառում են հեմոգլոբին, քլորոֆիլ, վիտամին B12 և բազմաթիվ ֆերմենտներ:
Շատ հաճախ նյութեր կամ գործընթացներ ուսումնասիրելիս պետք է հաշվի առնել տարբեր փոխհարաբերությունները այլ գիտությունների հետ։ Ընդհանուր և անօրգանական քիմիան ներառում է պարզ և բարդ նյութեր, որոնց թիվը մոտենում է 400000-ի: Նրանց հատկությունների ուսումնասիրությունը հաճախ ներառում է ֆիզիկական քիմիայի մեթոդների լայն շրջանակ, քանի որ դրանք կարող են համատեղել այնպիսի գիտությանը բնորոշ հատկություններ, ինչպիսիք են.ֆիզիկա. Նյութերի որակի վրա ազդում են հաղորդունակությունը, մագնիսական և օպտիկական ակտիվությունը, կատալիզատորների ազդեցությունը և այլ «ֆիզիկական» գործոններ։
Առհասարակ, անօրգանական միացությունները դասակարգվում են ըստ իրենց ֆունկցիայի՝
- թթուներ;
- հիմք;
- օքսիդներ;
- աղ.
Օքսիդները հաճախ բաժանվում են մետաղների (հիմնական օքսիդներ կամ հիմնային անհիդրիդներ) և ոչ մետաղական օքսիդների (թթվային օքսիդներ կամ թթու անհիդրիդներ):
Ծագում
Անօրգանական քիմիայի պատմությունը բաժանված է մի քանի ժամանակաշրջանների. Սկզբնական փուլում գիտելիքը կուտակվել է պատահական դիտարկումների միջոցով։ Հնագույն ժամանակներից փորձեր են արվել թանկարժեք մետաղները վերածել։ Ալքիմիական գաղափարը առաջ է քաշվել Արիստոտելի կողմից տարրերի փոխակերպման մասին իր վարդապետության միջոցով:
Տասնհինգերորդ դարի առաջին կեսին մոլեգնում էին համաճարակները։ Հատկապես բնակչությունը տուժել է ջրծաղիկից և ժանտախտից։ Էսկուլապիոսը ենթադրում էր, որ հիվանդությունները պայմանավորված են որոշակի նյութերով, և դրանց դեմ պայքարը պետք է իրականացվի այլ նյութերի օգնությամբ։ Սա հանգեցրեց այսպես կոչված բժշկաքիմիական շրջանի սկզբին։ Այդ ժամանակ քիմիան դարձավ անկախ գիտություն։
Նոր գիտության առաջացումը
Վերածննդի դարաշրջանում զուտ գործնական ուսումնասիրության բնագավառից քիմիան սկսեց «ձեռք բերել» տեսական հասկացություններ։ Գիտնականները փորձել են բացատրել այն գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում նյութերի հետ կապված: 1661 թվականին Ռոբերտ Բոյլը ներկայացնում է «քիմիական տարր» հասկացությունը։ 1675 թվականին Նիկոլաս Լեմմերը առանձնացնում է քիմիական տարրերըհանքանյութեր բույսերից և կենդանիներից՝ դրանով իսկ սահմանելով անօրգանական միացությունների քիմիայի ուսումնասիրությունը օրգանականներից առանձին։
Հետագայում քիմիկոսները փորձեցին բացատրել այրման երեւույթը։ Գերմանացի գիտնական Գեորգ Ստալը ստեղծել է ֆլոգիստոնների տեսությունը, ըստ որի՝ այրվող մարմինը մերժում է ֆլոգիստոնի ոչ գրավիտացիոն մասնիկը։ 1756 թվականին Միխայիլ Լոմոնոսովը փորձնականորեն ապացուցեց, որ որոշ մետաղների այրումը կապված է օդի մասնիկների (թթվածնի) հետ։ Անտուան Լավուազեն նույնպես հերքեց ֆլոգիստոնների տեսությունը՝ դառնալով այրման ժամանակակից տեսության հիմնադիրը։ Նա նաև ներկայացրեց «քիմիական տարրերի միացություն» հասկացությունը։
Զարգացում
Հաջորդ շրջանը սկսվում է Ջոն Դալթոնի աշխատությամբ և փորձում է բացատրել քիմիական օրենքները ատոմային (մանրադիտակային) մակարդակում նյութերի փոխազդեցության միջոցով: 1860 թվականին Կարլսրուեի առաջին քիմիական կոնգրեսը սահմանեց ատոմ, վալենտություն, համարժեք և մոլեկուլ հասկացությունները։ Պարբերական օրենքի հայտնաբերման և պարբերական համակարգի ստեղծման շնորհիվ Դմիտրի Մենդելեևն ապացուցեց, որ ատոմային-մոլեկուլային տեսությունը կապված է ոչ միայն քիմիական օրենքների, այլև տարրերի ֆիզիկական հատկությունների հետ։
Անօրգանական քիմիայի զարգացման հաջորդ փուլը կապված է 1876 թվականին ռադիոակտիվ քայքայման հայտնաբերման և 1913 թվականին ատոմի նախագծման պարզաբանման հետ։ 1916 թվականին Ալբրեխտ Քեսելի և Գիլբերտ Լյուիսի կատարած ուսումնասիրությունը լուծում է քիմիական կապերի բնույթի խնդիրը։ Հիմնվելով Ուիլարդ Գիբսի և Հենրիկ Ռոսզեբի տարասեռ հավասարակշռության տեսության վրա՝ 1913 թվականին Նիկոլայ Կուրնակովը ստեղծեց ժամանակակից անօրգանական քիմիայի հիմնական մեթոդներից մեկը.ֆիզիկական և քիմիական վերլուծություն.
Անօրգանական քիմիայի հիմունքներ
Անօրգանական միացությունները բնականորեն հանդիպում են հանքանյութերի տեսքով: Հողը կարող է պարունակել երկաթի սուլֆիդ, օրինակ՝ պիրիտ կամ կալցիումի սուլֆատ՝ գիպսի տեսքով: Անօրգանական միացությունները նույնպես առաջանում են որպես կենսամոլեկուլներ։ Դրանք սինթեզվում են որպես կատալիզատորներ կամ ռեակտիվներ օգտագործելու համար։ Առաջին կարևոր արհեստական անօրգանական միացությունը ամոնիումի նիտրատն է, որն օգտագործվում է հողը պարարտացնելու համար։
Աղեր
Շատ անօրգանական միացություններ իոնային միացություններ են՝ կազմված կատիոններից և անիոններից։ Սրանք այսպես կոչված աղեր են, որոնք հետազոտության առարկա են հանդիսանում անօրգանական քիմիայում։ Իոնային միացությունների օրինակներ են՝
- Մագնեզիումի քլորիդ (MgCl2), որը պարունակում է Mg2+ կատիոններ և Cl- անիոններ.
- Նատրիումի օքսիդ (Na2O), որը բաղկացած է Na+ և անիոններից O2- .
Յուրաքանչյուր աղի մեջ իոնների համամասնություններն այնպիսին են, որ էլեկտրական լիցքերը գտնվում են հավասարակշռության մեջ, այսինքն՝ միացությունն ամբողջությամբ էլեկտրականորեն չեզոք է: Իոնները նկարագրվում են իրենց օքսիդացման վիճակով և ձևավորման հեշտությամբ, որը բխում է այն տարրերի իոնացման ներուժից (կատիոններից) կամ էլեկտրոնների մերձեցումից (անիոններ), որոնցից նրանք ձևավորվել են:
Անօրգանական աղերը ներառում են օքսիդներ, կարբոնատներ, սուլֆատներ և հալոգենիդներ: Շատ միացություններ բնութագրվում են բարձր հալման կետերով: Անօրգանական աղերը սովորաբար պինդ բյուրեղային գոյացություններ են։ Մեկ այլ կարևոր հատկանիշ նրանցջրի մեջ լուծելիություն և բյուրեղացման հեշտություն: Որոշ աղեր (օրինակ՝ NaCl) շատ լուծելի են ջրում, իսկ մյուսները (օրինակ՝ SiO2) գրեթե անլուծելի են։
Մետաղներ և համաձուլվածքներ
Մետաղները, ինչպիսիք են երկաթը, պղինձը, բրոնզը, արույրը, ալյումինը, պարբերական համակարգի ներքևի ձախ մասում գտնվող քիմիական տարրերի խումբ են: Այս խումբը ներառում է 96 տարր, որոնք բնութագրվում են բարձր ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակությամբ: Լայնորեն կիրառվում են մետաղագործության մեջ։ Մետաղները պայմանականորեն կարելի է բաժանել գունավոր և գունավոր, ծանր և թեթև: Ի դեպ, ամենաշատ օգտագործվող տարրը երկաթն է, այն զբաղեցնում է համաշխարհային արտադրության 95%-ը բոլոր տեսակի մետաղների մեջ։
Համահալվածքները բարդ նյութեր են, որոնք ստացվում են հեղուկ վիճակում երկու կամ ավելի մետաղներ հալեցնելով և խառնելով։ Դրանք բաղկացած են հիմքից (տոկոսային արտահայտությամբ գերիշխող տարրեր՝ երկաթ, պղինձ, ալյումին և այլն)՝ լեգիրող և փոփոխող բաղադրիչների փոքր հավելումներով։
Մարդկությունն օգտագործում է մոտ 5000 տեսակի համաձուլվածքներ։ Դրանք հիմնական նյութերն են շինարարության և արդյունաբերության մեջ։ Ի դեպ, մետաղների և ոչ մետաղների միջև կան նաև համաձուլվածքներ։
Դասակարգում
Անօրգանական քիմիայի աղյուսակում մետաղները բաժանվում են մի քանի խմբի՝
- 6 տարրերը գտնվում են ալկալային խմբում (լիթիում, կալիում, ռուբիդիում, նատրիում, ֆրանցիում, ցեզիում);
- 4 - ալկալային հողում (ռադիում, բարիում, ստրոնցիում, կալցիում);
- 40 - անցումային փուլում (տիտան, ոսկի, վոլֆրամ, պղինձ, մանգան,սկանդիում, երկաթ և այլն);
- 15 – լանթանիդներ (լանթան, ցերիում, էրբիում և այլն);
- 15 – ակտինիդներ (ուրան, ակտինիում, թորիում, ֆերմիում և այլն);
- 7 – կիսամետաղներ (մկնդեղ, բոր, անտիմոն, գերմանիում և այլն);
- 7 - թեթև մետաղներ (ալյումին, անագ, բիսմութ, կապար և այլն):
Ոչմետաղներ
Ոչ մետաղները կարող են լինել և՛ քիմիական տարրեր, և՛ քիմիական միացություններ: Ազատ վիճակում ձևավորում են ոչ մետաղական հատկություններով պարզ նյութեր։ Անօրգանական քիմիայում առանձնանում են 22 տարր. Դրանք են՝ ջրածինը, բորը, ածխածինը, ազոտը, թթվածինը, ֆտորը, սիլիցիումը, ֆոսֆորը, ծծումբը, քլորը, մկնդեղը, սելենը և այլն։
Ամենաբնորոշ ոչ մետաղները հալոգեններն են: Մետաղների հետ ռեակցիայի մեջ նրանք ձևավորում են միացություններ, որոնց կապը հիմնականում իոնային է, օրինակ՝ KCl կամ CaO։ Իրար հետ փոխազդելու ժամանակ ոչ մետաղները կարող են առաջացնել կովալենտային կապով միացություններ (Cl3N, ClF, CS2 և այլն):
Հիմքեր և թթուներ
Հիմքերը բարդ նյութեր են, որոնցից գլխավորը ջրում լուծվող հիդրօքսիդներն են։ Երբ լուծարվում են, դրանք տարանջատվում են մետաղի կատիոնների և հիդրօքսիդի անիոնների հետ, և նրանց pH-ը 7-ից մեծ է։
Թթուները նյութեր են, որոնք մասնակցում են հիմքերի հետ քիմիական ռեակցիաներին՝ դրանցից էլեկտրոններ վերցնելով։ Գործնական նշանակություն ունեցող թթուների մեծ մասը ջրում լուծվող են։ Երբ լուծարվում են, դրանք տարանջատվում են ջրածնի կատիոններից(Н+) և թթվային անիոններ, և նրանց pH-ը 7-ից պակաս է:
