כימיה אי-אורגנית היא חלק מהכימיה הכללית. הוא עוסק בחקר התכונות וההתנהגות של תרכובות אנאורגניות - מבנהן ויכולתן להגיב עם חומרים אחרים. כיוון זה חוקר את כל החומרים, למעט אלו הבנויים משרשרות פחמן (האחרונים הם נושא למחקר של כימיה אורגנית).
Description
כימיה היא מדע מורכב. החלוקה שלו לקטגוריות היא שרירותית גרידא. לדוגמה, כימיה אנאורגנית ואורגנית מקושרות על ידי תרכובות הנקראות ביו-אורגניות. אלה כוללים המוגלובין, כלורופיל, ויטמין B12 ואנזימים רבים.
לעתים קרובות מאוד, כאשר לומדים חומרים או תהליכים, יש לקחת בחשבון קשרים שונים עם מדעים אחרים. כימיה כללית ואי-אורגנית מכסה חומרים פשוטים ומורכבים, שמספרם מתקרב ל-400,000. חקר תכונותיהם כרוך לרוב במגוון רחב של שיטות כימיה פיזיקלית, שכן הן יכולות לשלב תכונות האופייניות למדע כגוןפיזיקה. איכות החומרים מושפעת ממוליכות, מפעילות מגנטית ואופטית, מהשפעת זרזים וגורמים "פיזיקליים" אחרים.
בדרך כלל, תרכובות אנאורגניות מסווגות לפי תפקידן:
- acids;
- grounds;
- oxides;
- מלח.
תחמוצות מחולקות לעתים קרובות למתכות (תחמוצות בסיסיות או אנהידרידים בסיסיים) ולתחמוצות שאינן מתכתיות (תחמוצות חומציות או אנהידרידים חומציים).
מקור
ההיסטוריה של הכימיה האנאורגנית מחולקת למספר תקופות. בשלב הראשוני, הידע נצבר באמצעות תצפיות אקראיות. מאז ימי קדם, נעשו ניסיונות להפוך מתכות בסיס למתכות יקרות. את הרעיון האלכימי קידם אריסטו באמצעות משנתו בדבר המרת היסודות.
במחצית הראשונה של המאה החמש עשרה השתוללו מגיפות. במיוחד האוכלוסייה סבלה מאבעבועות שחורות ומגיפה. אסקולפיוס הניח שמחלות נגרמות מחומרים מסוימים, והמאבק בהן צריך להתבצע בעזרת חומרים אחרים. זה הוביל לתחילתה של התקופה הרפואית-כימית כביכול. באותה תקופה, הכימיה הפכה למדע עצמאי.
הופעתו של מדע חדש
בתקופת הרנסנס, כימיה מתחום לימודים מעשי גרידא החלה "לרכוש" מושגים תיאורטיים. מדענים ניסו להסביר את התהליכים הבסיסיים המתרחשים עם חומרים. בשנת 1661, רוברט בויל מציג את המושג "יסוד כימי". בשנת 1675 ניקולס למר מפריד בין היסודות הכימייםמינרלים מצמחים ובעלי חיים, ובכך קובעים את חקר הכימיה של תרכובות אנאורגניות בנפרד מאלו אורגניות.
מאוחר יותר, כימאים ניסו להסביר את תופעת הבעירה. המדען הגרמני גאורג סטאל יצר את תורת הפלוגיסטונים, לפיה גוף דליק דוחה חלקיק לא גרביטציוני של פלוגיסטון. בשנת 1756, מיכאיל לומונוסוב הוכיח בניסוי כי בעירה של מתכות מסוימות קשורה חלקיקי אוויר (חמצן). אנטואן לבואזיה גם הפריך את תורת הפלוגיסטונים, והפך למייסד תורת הבעירה המודרנית. הוא גם הציג את המושג "תרכובת של יסודות כימיים".
Development
התקופה הבאה מתחילה בעבודתו של ג'ון דלטון ומנסה להסביר חוקים כימיים באמצעות אינטראקציה של חומרים ברמה האטומית (מיקרוסקופית). הקונגרס הכימי הראשון בקרלסרוהה בשנת 1860 הגדיר את המושגים של אטום, ערכיות, שווה ערך ומולקולה. הודות לגילוי החוק המחזורי ויצירת המערכת המחזורית, דמיטרי מנדלייב הוכיח שהתאוריה האטומית-מולקולרית קשורה לא רק לחוקים כימיים, אלא גם לתכונות הפיזיקליות של יסודות.
השלב הבא בפיתוח הכימיה האנאורגנית קשור לגילוי ההתפרקות הרדיואקטיבית ב-1876 והבהרת עיצוב האטום ב-1913. מחקר של אלברכט קסל וגילברט לואיס ב-1916 פותר את בעיית טבעם של קשרים כימיים. בהתבסס על תיאוריית שיווי המשקל ההטרוגני מאת ווילארד גיבס והנריק רוז'ב, בשנת 1913 ניקולאי קורנאקוב יצר את אחת השיטות העיקריות של הכימיה האי-אורגנית המודרנית -ניתוח פיסיקלי וכימי.
יסודות של כימיה אנאורגנית
תרכובות אי-אורגניות מתרחשות באופן טבעי בצורה של מינרלים. האדמה עשויה להכיל גופרית ברזל כגון פיריט או סידן גופרתי בצורת גבס. תרכובות אנאורגניות מופיעות גם בתור ביומולקולות. הם מסונתזים לשימוש כזרזים או ריאגנטים. התרכובת האנאורגנית המלאכותית החשובה הראשונה היא חנקתי אמוניום, המשמשת לדישון האדמה.
מלחים
תרכובות אנאורגניות רבות הן תרכובות יוניות המורכבות מקטיונים ואניונים. אלו הם מה שנקרא מלחים, שהם מושא למחקר בכימיה אי-אורגנית. דוגמאות לתרכובות יוניות הן:
- מגנזיום כלוריד (MgCl2), המכיל Mg2+ קטיונים ו-Cl- אניונים.
- תחמוצת נתרן (Na2O), המורכב מקטיונים Na+ ואניונים O2- .
בכל מלח, הפרופורציות של היונים הן כאלה שהמטענים החשמליים נמצאים בשיווי משקל, כלומר התרכובת בכללותה היא ניטרלית חשמלית. יונים מתוארים לפי מצב החמצון שלהם וקלות היווצרותם הנובעת מפוטנציאל היינון (קטיונים) או זיקת האלקטרונים (אניונים) של היסודות שמהם הם נוצרים.
מלחים אנאורגניים כוללים תחמוצות, קרבונטים, סולפטים והלידים. תרכובות רבות מאופיינות בנקודות התכה גבוהות. מלחים אנאורגניים הם בדרך כלל תצורות גבישיות מוצקות. תכונה חשובה נוספת היא שלהםמסיסות במים וקלות התגבשות. מלחים מסוימים (למשל NaCl) מסיסים מאוד במים, בעוד שאחרים (למשל SiO2) כמעט בלתי מסיסים.
מתכות וסגסוגות
מתכות כגון ברזל, נחושת, ברונזה, פליז, אלומיניום הן קבוצה של יסודות כימיים בפינה השמאלית התחתונה של הטבלה המחזורית. קבוצה זו כוללת 96 אלמנטים המאופיינים במוליכות תרמית וחשמלית גבוהה. הם נמצאים בשימוש נרחב במטלורגיה. ניתן לחלק מתכות באופן מותנה לברזליות ולא ברזליות, כבדות וקלות. אגב, היסוד הכי בשימוש הוא ברזל, הוא תופס 95% מהייצור העולמי מבין כל סוגי המתכות.
סגסוגות הן חומרים מורכבים המתקבלים על ידי התכה וערבוב של שתי מתכות או יותר במצב נוזלי. הם מורכבים מבסיס (אלמנטים דומיננטיים באחוזים: ברזל, נחושת, אלומיניום וכו') עם תוספות קטנות של רכיבי סגסוג ושינויים.
האנושות משתמשת בכ-5000 סוגי סגסוגות. הם החומרים העיקריים בבנייה ובתעשייה. אגב, יש גם סגסוגות בין מתכות ללא מתכות.
Classification
בטבלת הכימיה האנאורגנית, מתכות מחולקות למספר קבוצות:
- 6 יסודות נמצאים בקבוצה הבסיסית (ליתיום, אשלגן, רובידיום, נתרן, פרנציום, צסיום);
- 4 - באדמה אלקליין (רדיום, בריום, סטרונציום, סידן);
- 40 - במעבר (טיטניום, זהב, טונגסטן, נחושת, מנגן,סקנדיום, ברזל וכו');
- 15 – לנתאנידים (לנתנום, צריום, ארביום וכו');
- 15 – אקטינידים (אורניום, אקטיניום, תוריום, פרמיום וכו');
- 7 – מתכות למחצה (ארסן, בורון, אנטימון, גרמניום וכו');
- 7 - מתכות קלות (אלומיניום, פח, ביסמוט, עופרת וכו').
ללא מתכות
ללא מתכות יכולות להיות גם יסודות כימיים וגם תרכובות כימיות. במצב חופשי, הם יוצרים חומרים פשוטים בעלי תכונות לא מתכתיות. בכימיה אנאורגנית, 22 יסודות נבדלים. אלו הם מימן, בורון, פחמן, חנקן, חמצן, פלואור, סיליקון, זרחן, גופרית, כלור, ארסן, סלניום וכו'.
הלא-מתכות האופייניות ביותר הן הלוגנים. בתגובה עם מתכות, הם יוצרים תרכובות שהקשר ביניהן הוא בעיקר יוני, כמו KCl או CaO. בעת אינטראקציה זו עם זו, לא-מתכות יכולות ליצור תרכובות הקשורות קוולנטיות (Cl3N, ClF, CS2 וכו').
בסיסים וחומצות
בסיסים הם חומרים מורכבים, שהחשובים שבהם הם הידרוקסידים מסיסים במים. כאשר הם מומסים, הם מתנתקים עם קטיוני מתכת ואניוני הידרוקסיד, וה-pH שלהם גדול מ-7. בסיסים יכולים להיחשב מנוגדים לחומצות מבחינה כימית מכיוון שחומצות מתפרקות מים מעלות את ריכוז יוני המימן (H3O+) עד להפחתת הבסיס.
חומצות הן חומרים המשתתפים בתגובות כימיות עם בסיסים, ולוקחים מהם אלקטרונים. רוב החומצות בעלות חשיבות מעשית מסיסות במים. כאשר הם מומסים, הם מתנתקים מקטיוני מימן(Н+) ואניונים חומציים, וה-pH שלהם נמוך מ-7.
