Неорганическая химия

Неоргани́ческая хи́мия в раздел химии, связанный с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений. Это область охватывает все химические соединения, за исключением органических веществ (класса соединений, в которые входит углерод, за исключением нескольких простейших соединений, обычно относящихся к неорганическим). Различие между органическими и неорганическими соединениями, содержащими углерод, являются по некоторым представлениям произвольными. Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме органических соединений). Обеспечивает создание материалов новейшей техники. Число неорганических веществ приближается к 400 тысячам.

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

В России исследованиями в области неорганической химии занимаются Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН, Новосибирск), Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова (ИОНХ РАН, Москва), Институт физико-химических проблем керамических материалов (ИФХПКМ, Москва), Научно-технический центр «Сверхтвердые материалы» (НТЦ СМ, Троицк) и ряд других учреждений. Результаты исследований публикуются в журналах («Журнал неорганической химии» и др.).

История определения

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 цианата аммония (NH₄OCN), который совершил в 1828 году выдающийся немецкий химик Фридрих Вёлер, стираются границы между веществами неживой и живой природы. Так, живые существа производят много неорганических веществ. С другой стороны, почти все органические соединения можно синтезировать в лаборатории. Однако деление на различные области химии является актуальным и необходимым, 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.

Классификация химических элементов

Почтовая марка Россия, 2009: Периодическая система Д. И. Менделеева, 1871 год.

Дополнительные сведения: Периодический закон

Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов (табли́ца Менделе́ева) в классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869в1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и так далее). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

Простые вещества

Состоят из атомов одного химического элемента (являются формой его существования в свободном состоянии). Все простые вещества в неорганической химии делятся на две большие группы: Металлы в Неметаллы.

Металлы

Мета́ллы (от лат. metallum в шахта, рудник) в группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

• 6 элементов в группе щелочных металлов,
• 6 в группе щёлочноземельных металлов,
• 38 в группе переходных металлов,
• 11 в группе лёгких металлов,
• 7 в группе полуметаллов,
• 14 в группе лантаноиды + лантан,
• 14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
• вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых.

Неметаллы

Немета́ллы в химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы. В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера. Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода, минералы, горные породы, различные силикаты, фосфаты, бораты. По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются. Наиболее распространёнными являются кислород, кремний, водород; наиболее редкими - мышьяк, селен, иод. Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их бо́льшую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов. К неметаллам также относят водород и гелий.

Сложные вещества

Большую часть сложных неорганических веществ (то есть состоящих из двух и более химических элементов) можно разделить на следующие группы:

• Оксиды,
• Соли,
• Основания,
• Кислоты.

Оксиды

Окси́д (о́кисел, о́кись) в бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления в2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF₂. Оксиды в весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами называется класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом.

Соли

Со́ли в класс химических соединений, к которому относятся вещества, состоящие из катионов металла (или катионов аммония $~\mathrm{NH_4^+}$; известны соли фосфония $~\mathrm{PH_4^+ }$ или гидроксония $~\mathrm{H_3O^+}$) и анионов кислотного остатка. Типы солей:

• Средние (нормальные) соли в все атомы водорода в молекулах кислоты замещены на атомы металла. Пример: $~\mathrm{Na_2CO_3}$, $~\mathrm{K_3PO_4}$.
• Кислые соли в атомы водорода в кислоте замещены атомами металла частично. Они получаются при нейтрализации основания избытком кислоты. Пример: $~\mathrm{NaHCO_3}$, $~\mathrm{K_2HPO_4}$.
• Осно́вные соли в гидроксогруппы основания (OH^в) частично замещены кислотными остатками. Пример: $~\mathrm{(CuOH)_2CO_3}$.
• Двойные соли в в их составе присутствует два различных катиона, получаются кристаллизацией из смешанного раствора солей с разными катионами, но одинаковыми анионами. Пример: $~\mathrm{KAl(SO_4)_2 \cdot 12 \ H_2O}$.
• Смешанные соли в в их составе присутствует два различных аниона. Пример: $~\mathrm{Ca(OCl)Cl}$.
• Гидратные соли (кристаллогидраты) в в их состав входят молекулы кристаллизационной воды. Пример: $~\mathrm{Na_2SO_4 \cdot 10 \ H_2O}$.
• Комплексные соли в в их состав входит комплексный катион или комплексный анион. Пример: $~\mathrm{K_3[Fe(CN)_6]}$, $~\mathrm{[Cu(NH_3)_4](OH)_2}$.

Особую группу составляют соли органических кислот, свойства которых значительно отличаются от свойств минеральных солей. Некоторые из них можно отнести к особенному классу органических солей, так называемых ионных жидкостей или по-другому «жидких солей», органических солей с температурой плавления ниже 100 °C.

Основания

Основа́ния в класс химических соединений:

• Основания (осно́вные гидрокси́ды) в сложные вещества, которые состоят из атомов металла или иона аммония и гидроксогруппы (-OH). В водном растворе диссоциируют с образованием катионов и анионов ОН^в. Название основания обычно состоит из двух слов: «гидроксид металла/аммония». Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами.
• Согласно другому определению, основания в один из основных классов химических соединений, вещества, молекулы которых являются акцепторами протонов.

Кислоты

Кисло́ты в сложные вещества, в состав которых обычно входят атомы водорода, способные замещаться на атомы металлов, и кислотный остаток. Водные растворы кислот имеют кислый вкус, обладают раздражающим действием, способны менять окраску индикаторов, отличаются рядом общих химических свойств.

Также можно выделить следующие группы неорганических веществ: карбиды, нитриды, гидриды, интерметаллиды и другие, которые не укладываются в приведённую выше классификацию (более подробно см. Неорганическое вещество).

Карбиды

Карби́ды в соединения металлов и неметаллов с углеродом. Традиционно к карбидам относят соединения, в которых углерод имеет большую электроотрицательность, чем второй элемент (таким образом из карбидов исключаются такие соединения углерода, как оксиды, галогениды и тому подобные). Карбиды в тугоплавкие твёрдые вещества: карбиды бора и кремния (В₄С и SiC), титана, вольфрама, циркония (TiC, WC и ZrC соответственно) обладают высокой твёрдостью, жаростойкостью, химической инертностью.

Нитриды

Нитри́ды в соединения азота с менее электроотрицательными элементами, например, с металлами (AlN;TiN_x;Na₃N;Ca₃N₂;Zn₃N₂; и т. д.) и с рядом неметаллов (NH₃, BN, Si₃N₄). Соединения азота с металлами чаще всего являются тугоплавкими и устойчивыми при высоких температурах веществами, например, эльбор. Нитридные покрытия придают изделиям твёрдость, коррозионную стойкость; находят применение в энергетике, космической технике.

Гидриды

Гидри́ды в соединения водорода с металлами и с имеющими меньшую электроотрицательность, чем водород, неметаллами. Иногда к гидридам причисляют соединения всех элементов с водородом.

Интерметаллиды

Интерметалли́д (интерметаллическое соединение) в химическое соединение из двух или более металлов. Интерметаллиды, как и другие химические соединения, имеют фиксированное соотношение между компонентами. Интерметаллиды обладают, как правило, высокой твёрдостью и высокой химической стойкостью. Очень часто интерметаллиды имеют более высокую температуру плавления, чем исходные металлы. Почти все интерметаллиды хрупки, так как связь между атомами в решётке становится ковалентной или ионной (например, в ауриде цезия CsAu), а не металлической. Некоторые из них имеют полупроводниковые свойства, причём, чем ближе к стехиометрии соотношение элементов, тем выше электрическое сопротивление. Никелид титана, известный под маркой «нитинол», обладает памятью формы в после закалки изделие может быть деформировано механически, но примет исходную форму при небольшом нагреве.

См. также

• Органическая химия

Литература

• Капустинский А. Ф. Очерки по истории неорганической и физической химии в России. М.-Л., 1949
• Жамбулова М. Ш. Развитие неорганической химии (Историко-методологический аспект). Алма-Ата, 1981.- 187 с.
• Неорганическое материаловедение в СССР. Под ред. И. В. Тананаева в Киев: Наукова думка, 1983. в 720 с.
• Популярная библиотека химических элементов. Т. 1,2. / Под ред. И. В. Петрянова-Соколова в М.: Наука, 1983. в 575 с., в 572 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 1. М.: Изд-во иностранной ли-тературы, 1963. в 920 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 2. М.: Мир, 1974. в 775 с.
• Шрайвер Э. Неорганическая химия. Т. 1,2. / Э. Шрайвер, П. Эткинс в М.: Мир, 2004. в 679 с., в 486 с.
• Энциклопедия неорганических материалов / Под ред. И. М. Федорчен-ко. В 2-х т. в Киев: Укр. сов. энциклопедия, 1977. в 1652 с.
• Аблесимов Н. Е. Синопсис химии: Справочно-учебное пособие по общей химии в Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. в 84 с. в http://www.neablesimov.narod.ru/pub04c.html
• Аблесимов Н. Е. Сколько химий на свете? ч. 1. // Химия и жизнь в XXI век. в 2009. в в„– 5. в С. 49-52.

Ссылки

• Неорганическая химия

Разделы химии

 

Периодическая система химических элементов
Основные разделы	Неорганическая химия   Теоретическая химия   Координационная химия   Прикладная неорганическая химия   Неорганический синтез Органическая химия   Биохимия Нейрохимия   Функциональная биохимия   Медицинская биохимия Химия полимеров   Биоорганическая химия   Металлоорганическая химия   Стереохимия   Химия одноуглеродных молекул Аналитическая химия   Вычислительная химия   Хемоинформатика   Молекулярное моделирование   Компьютерная химия   Математическая химия   Хемометрика Методы аналитической химии   Качественный анализ   Количественный анализ Элементный анализ Рентгеноспектральный анализ   Радиоактивационный анализ   Масс-спектрометрия Другие методы анализа Титрование   Объёмный анализ   Гравиметрия   Кулонометрия   Колориметрия   Фотометрия   Капельный анализ   Кристаллография   Спектрофотометрия Физическая химия   Коллоидная химия   Кристаллохимия   Радиохимия   Термохимия   Учение о строении атома   Учение о коррозии металлов   Учение о растворах   Химическая кинетика   Фотохимия   Химическая термодинамика   Физико-химический анализ   Теория реакционной способности химических соединений   Химия высоких энергий   Лазерная химия   Радиационная химия   Ядерная химия   Электрохимия   Звукохимия   Структурная химия
Другие разделы	Космохимия  Супрамолекулярная химия  Нанохимия  Теоретическая химия  Квантовая химия
Прикладная химия	Химия окружающей среды   Геохимия   Гидрохимия   Зелёная химия   Экологическая химия   Химия почв   Атмосферная химия Агрохимия  Косметическая химия  Нефтехимия  Токсикологическая химия
Связанные науки	Химическая метрология  Химическая физика  Биоинформатика  Минералогия  Материаловедение  Фармацевтика
См. также	Общая химия
Портал «Химия»   Законы и теории химии