תרכובות בינאריות הן חומרים שנוצרים על ידי שני יסודות כימיים שונים. מונח זה משמש לציון ההרכב האיכותי והכמותי של תרכובות אנאורגניות.
תרכובות כימיות בינאריות נחשבות לאובייקט חשוב בחקר טבעם של חומרים. כאשר מתארים אותם, נעשה שימוש במושגים הבאים: קיטוב הקשר, מצב חמצון, ערכיות. מונחים כימיים אלו מאפשרים להבין את מהות היווצרותו של קשר כימי, התכונות המבניות של חומרים אנאורגניים.
בואו נשקול את המחלקות העיקריות של תרכובות בינאריות, את התכונות של המבנה הכימי שלהן ותכונותיהן, כמה תחומים של היישום התעשייתי שלהן.
Oxides
סוג זה של חומרים אנאורגניים הוא הנפוץ ביותר בטבע. בין הנציגים הידועים של קבוצת תרכובות זו, אנו בודקים:
- תחמוצת סיליקון (חול נהר);
- תחמוצת מימן (מים);
- פחמן דו חמצני;
- חימר (תחמוצת אלומיניום);
- עפרת ברזל (תחמוצות ברזל).
תרכובות בינאריות כאלה הן חומרים מורכבים, המכילים בהכרח חמצן, המציגים מצב חמצון של -2.
צברמצב תחמוצות
תרכובות של נחושת, סידן, ברזל הם מוצקים גבישיים. באותו מצב צבירה יש תחמוצות של כמה לא מתכות, כגון גופרית משושה, זרחן מחומש, סיליקון. הנוזל בתנאים רגילים הוא מים. הרוב המכריע של תרכובות החמצן שאינן מתכות הן גזים.
תכונות החינוך
תרכובות חמצן בינאריות רבות נוצרות בטבע. לדוגמה, במהלך בעירה של דלק, נשימה, ריקבון של חומר אורגני, פחמן דו חמצני (פחמן חד חמצני 4) נוצר. באוויר, תכולת הנפח שלו היא בערך 0.03 אחוז.
תרכובות בינאריות דומות הן תוצר של פעילות הר געש, כמו גם חלק בלתי נפרד ממים מינרליים. פחמן דו חמצני אינו תומך בעירה, ולכן תרכובת כימית זו משמשת לכיבוי שריפות.
תרכובות מימן נדיפות
תרכובות בינאריות כאלה הן קבוצה חשובה של חומרים המכילים מימן. בין הנציגים בעלי החשיבות התעשייתית נציין מתאן, מים, מימן גופרתי, אמוניה וכן הלידי מימן.
חלק מתרכובות מימן נדיפות קיים במי הקרקע, באורגניזמים חיים, כך שנוכל לדבר על תפקידם הגיאוכימי והביוכימי.
כדי ליצור תרכובות בינאריות מהסוג הזה, מימן, שיש לו ערכיות, מונח במקום הראשון. היסוד השני הוא לא מתכת עם מצב חמצון שלילי.
ליצירת אינדקסבתרכובת בינארית בין ערכיות נקבעת הכפולה הפחות משותפת. מספר האטומים של כל יסוד נקבע על ידי חלוקתו בערכיות של כל יסוד המרכיב את התרכובת.
הידרוכלוריד
שקול את הנוסחאות של תרכובות בינאריות: מימן כלורי ואמוניה. החומרים הללו הם החשובים לתעשייה הכימית המודרנית. HCl בתנאים רגילים הוא תרכובת גזית, מסיס מאוד במים. המסת גז מימן כלורי מייצרת חומצה הידרוכלורית, המשמשת בתהליכים כימיים רבים ושרשראות ייצור.
תרכובת בינארית זו נמצאת במיץ קיבה של בני אדם ובעלי חיים, היא מהווה מחסום לחיידקים פתוגניים שנכנסים לקיבה עם מזון.
בין תחומי היישום העיקריים של חומצה הידרוכלורית, אנו מדגישים את ייצור כלורידים, סינתזה של מוצרים המכילים כלור, כבישת מתכות, ניקוי צינורות מתחמוצות וקרבונטים, ייצור עורות.
אמוניה, בעל הנוסחה NH3, הוא גז חסר צבע עם ריח חריף ספציפי. מסיסותו הבלתי מוגבלת במים מאפשרת להשיג אמוניה, המבוקשת ברפואה. בטבע, תרכובת בינארית זו נוצרת במהלך ריקבון של מוצרים אורגניים, המכילים חנקן.
סיווג של תחמוצות
תרכובת בינארית המכילה חמצן של מתכת בעלת ערכיות של 1 או 2 היא העיקריתתַחמוֹצֶת. לדוגמה, קבוצה זו כוללת תחמוצות של מתכות אלקליות ואדמה אלקליות.
תחמוצות של לא-מתכות, כמו גם מתכות בעלות ערכיות גדולה מ-4, הן תרכובות חומציות.
בהתאם לתכונות הכימיות של נציגי המחלקה הזו מחולקים לקבוצות יוצרות מלח ולא יוצרות מלח.
בין הנציגים האופייניים לקבוצה השנייה, נציין פחמן חד חמצני (CO), תחמוצת חנקן 1 (NO).
יצירת שמות שיטתיים של תרכובות
בין המשימות המוצעות לבוגרים שניגשים לבחינה הממלכתית בכימיה, יש את זה: "הכן את הנוסחאות המולקולריות של תרכובות חמצן בינאריות אפשריות של גופרית (חנקן, זרחן)". על מנת להתמודד עם המשימה, יש צורך לקבל מושג לא רק לגבי האלגוריתם, אלא גם לגבי התכונות של המינוח של מחלקה זו של חומרים אנאורגניים.
כאשר יוצרים שם של תרכובת בינארית, ציין תחילה את האלמנט שנמצא בצד ימין בנוסחה, תוך הוספת הסיומת "id". לאחר מכן, ציין את שם האלמנט הראשון. לתרכובות קוולנטיות מתווספות קידומות שבאמצעותן ניתן לקבוע יחס כמותי בין החלקים המרכיבים של תרכובת בינארית
לדוגמה, SO3 הוא טריאוקסיד גופרית, N2O4 הוא דיניטרוגן tetroxide, I2CL6 – דיודה hexachloride.
אם תרכובת בינארית מכילה יסוד כימי המסוגל להציג מצבי חמצון שונים, מצב החמצון מצוין בסוגריים אחרי שם התרכובת.
לדוגמה, שתי תרכובות ברזלשונים בשם: FeCL3 - תחמוצת ברזל (3), FeCL2 - תחמוצת ברזל (2).
עבור הידידים, במיוחד אלמנטים לא מתכתיים, השתמש בשמות טריוויאליים. אז, H2O הוא מים, HCL הוא מימן כלורי, HI הוא מימן יודיד, HF הוא חומצה הידרופלואורית.
Cations
יונים חיוביים של אותם יסודות שמסוגלים ליצור רק יון יציב אחד מקבלים את אותם שמות כמו הסמלים עצמם. אלה כוללים את כל נציגי הקבוצה הראשונה והשנייה של המערכת המחזורית של מנדלייב.
לדוגמה, קטיונים של נתרן ומגנזיום נראים כך: Na+, Mg2+. רכיבי מעבר מסוגלים ליצור מספר סוגים של קטיונים, לכן השם חייב לציין את הערכיות המופיעה בכל מקרה בודד.
אניונים
אניונים פשוטים (מונטומיים) ומורכבים (פוליאטומיים) משתמשים בסיומת -id.
הסיומת -am היא אוקסוניון נפוץ של יסוד מסוים. עבור אוקסוניון של יסוד שנמצא בנוסחה עם מצב חמצון נמוך יותר, משתמשים בסיומת -it. הקידומת hypo- משמשת למצב החמצון המינימלי, ו-per- משמשת לערך המקסימלי. לדוגמה, היון O2- הוא יון תחמוצת, ו-O- הוא מי חמצן.
ישנם שמות טריוויאליים שונים להידרידים. לדוגמה, N2H4 נקרא הידרזין, ו-PH3 נקרא פוספין.
אוקסוניונים המכילים גופרית יש את השמות הבאים:
- SO42- - סולפט;
- S2O32- - thiosulfate;
- NCS- - thiocyanate.
מלחים
מבחנים אחרונים רבים בכימיה מציעים את המשימה הבאה: "ליצור נוסחאות לתרכובות בינאריות של מתכות." אם תרכובות כאלה מכילות אניונים של כלור, ברום, יוד, תרכובות כאלה נקראות הלידים ושייכות לקבוצת המלחים. בעת ניסוח תרכובות בינאריות אלה, המתכת מונחת תחילה, ואחריה יון ההלידי המתאים.
כדי לקבוע את מספר האטומים של כל יסוד, מצא את הכפולה הקטנה ביותר בין הערכיות, כאשר מחלקים, קבל מדדים.
לתרכובות כאלה יש נקודות התכה ורתיחה גבוהות, מסיסות טובה במים, בתנאים רגילים הן מוצקות. לדוגמה, כלורי נתרן ואשלגן הם חלק ממי הים.
מלח שולחן נמצא בשימוש על ידי אנשים מאז ימי קדם. נכון לעכשיו, השימוש בתרכובת בינארית זו אינו מוגבל לאכילה. אלקטרוליזה של תמיסה מימית של נתרן כלוריד מייצרת מתכת נתרן וגז כלור. מוצרים אלה משמשים בתהליכי ייצור שונים כגון נתרן הידרוקסיד, מימן כלורי.
משמעות של תרכובות בינאריות
קבוצה זו כוללת מספר עצום של חומרים, כך שאנו יכולים לומר בביטחון על היקף השימוש בהם בתחומים שונים של פעילות אנושית. אמוניה משמשת בתעשייה הכימית בתור אמבשר בייצור חומצה חנקתית, ייצור דשנים מינרליים. תרכובת בינארית זו היא המשמשת בסינתזה אורגנית עדינה ושימשה בקירור במשך זמן רב.
בשל הקשיות הייחודית של טונגסטן קרביד, תרכובת זו מצאה יישום בייצור של מגוון כלי חיתוך. האדישות הכימית של תרכובת בינארית זו מאפשרת להשתמש בה בסביבות אגרסיביות: ציוד מעבדה, תנורים.
"גז צחוק" (תחמוצת חנקן 1) מעורבב עם חמצן משמש ברפואה להרדמה כללית.
לכל התרכובות הבינאריות יש אופי קוולנטי או יוני של הקשר הכימי, סריג גביש מולקולרי, יוני או אטומי.
מסקנה
בעת יצירת נוסחאות לתרכובות בינאריות, יש צורך לעקוב אחר אלגוריתם מסוים של פעולות. היסוד המציג מצב חמצון חיובי (בעל ערך שליליות חשמלית נמוך יותר) נכתב ראשון. כאשר קובעים את הערך של מצב החמצון של היסוד השני, מספר הקבוצה שבה הוא נמצא מופחת משמונה. אם המספרים שהתקבלו שונים זה מזה, נקבעת הכפולה המשותפת הפחותה, ואז המדדים מחושבים.
בנוסף לתחמוצות, תרכובות אלה כוללות קרבידים, סיליקידים, פרוקסידים, הידרידים. אלומיניום וסידן קרבידים משמשים לייצור מעבדתי של מתאן ואצטילן, פרוקסידים משמשים בתעשייה הכימית כמחמצנים חזקים.
הליד כמו מימן פלואוריד(חומצה הידרופלואורית), המשמשת בהנדסת חשמל להלחמה. בין התרכובות הבינאריות החשובות ביותר, שבלעדיהם קשה לדמיין את קיומם של אורגניזמים חיים, המים נמצאים בראש. המאפיינים המבניים של תרכובת אנאורגנית זו נלמדות בפירוט בקורס הכימיה בבית הספר. על הדוגמה שלה, החבר'ה מקבלים מושג על רצף הפעולות בעת הידור נוסחאות לתרכובות בינאריות.
לסיכום, נציין שקשה למצוא תחום כזה של תעשייה מודרנית, תחום של חיי אדם, בכל מקום שבו נעשה שימוש בתרכובות בינאריות שונות.
