არაორგანული ქიმია

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -   ჩვენ ვიკლევთ სამყაროს აგებულებას და მისი ბუნებას - We understand the structure of the universe and its nature

                        არაორგანული ქიმია

იონური ჩარჩოს სტრუქტურა კალიუმის ოქსიდში, K2O

არაორგანული ქიმია ეხება არაორგანული და ორგანული მეტალის ნაერთების სინთეზს და ქცევას. ეს ველი მოიცავს ქიმიურ ნაერთებს, რომლებიც არ არის ნახშირბადის დაფუძნებული, რომლებიც ორგანული ქიმიის საგნებია. განსხვავება ორ დისციპლინას შორის შორს არის აბსოლუტურისგან, რადგან არსებობს დიდი გადახურვა ორგანული ქიმიის ქვედისციპლინაში. მას აქვს აპლიკაციები ქიმიური მრეწველობის ყველა ასპექტში, მათ შორის კატალიზი, მასალების მეცნიერება, პიგმენტები, ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები, საფარები, მედიკამენტები, საწვავი და სოფლის მეურნეობა.

ძირითადი ცნებები

ბევრი არაორგანული ნაერთი არის იონური ნაერთები, რომლებიც შედგება კათიონებისა და ანიონებისგან, რომლებიც გაერთიანებულია იონური კავშირით. მარილების მაგალითები (რომლებიც წარმოადგენენ იონურ ნაერთებს) არის მაგნიუმის ქლორიდი MgCl2, რომელიც შედგება მაგნიუმის კათიონებისგან Mg2+ და ქლორიდის ანიონებისგან Cl−; ან ნატრიუმის ოქსიდი Na2O, რომელიც შედგება ნატრიუმის კათიონებისგან Na+ და ოქსიდის ანიონებისგან O2−. ნებისმიერ მარილში იონების პროპორციები ისეთია, რომ ელექტრული მუხტები იშლება, ასე რომ ნაყარი ელექტრული ნეიტრალურია. იონები აღწერილია მათი დაჟანგვის მდგომარეობით და მათი წარმოქმნის სიმარტივე შეიძლება დავასკვნათ იონიზაციის პოტენციალისგან (კატიონებისთვის) ან ძირითადი ელემენტების ელექტრონების აფინურობიდან (ანიონები).

არაორგანული ნაერთების მნიშვნელოვანი კლასებია ოქსიდები, კარბონატები, სულფატები და ჰალოიდები. ბევრი არაორგანული ნაერთი ხასიათდება მაღალი დნობის წერტილებით. ბევრ არაორგანულ ნაერთს აქვს მაღალი დნობის წერტილი და კრისტალიზაციის სიმარტივე. ზოგიერთი მარილი (მაგალითად, NaCl) წყალში ძალიან ხსნადია, ზოგი კი (მაგ. FeS) არა.

უმარტივესი არაორგანული რეაქცია არის ორმაგი გადაადგილება, როდესაც ორი მარილის შერევისას იონები იცვლება ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილების გარეშე. რედოქს რეაქციებში ერთი რეაქტანტი, ოქსიდანტი, აქვეითებს მის ჟანგვის მდგომარეობას, ხოლო მეორე რეაგენტს, რედუქტანტს, აქვს მისი დაჟანგვის მდგომარეობა გაზრდილი. წმინდა შედეგი არის ელექტრონების გაცვლა. ელექტრონების გაცვლა შეიძლება მოხდეს ირიბად, მაგალითად, ბატარეებში, რაც მთავარი კონცეფციაა ელექტროქიმიაში.

როდესაც ერთი რეაგენტი შეიცავს წყალბადის ატომებს, რეაქცია შეიძლება მოხდეს პროტონების გაცვლით მჟავა-ფუძის ქიმიაში. უფრო ზოგადი განმარტებით, ნებისმიერ ქიმიურ სახეობას, რომელსაც შეუძლია დაუკავშირდეს ელექტრონულ წყვილებს, ეწოდება ლუისის მჟავა; საპირისპიროდ, ნებისმიერ მოლეკულას, რომელიც მიდრეკილია ელექტრონული წყვილის გაცემას, მოიხსენიება როგორც ლუისის ბაზა. როგორც მჟავა-ტუტოვანი ურთიერთქმედების დახვეწა, HSAB თეორია ითვალისწინებს იონების პოლარიზებას და ზომას.

არაორგანული ნაერთები ბუნებაში მინერალების სახით გვხვდება. ნიადაგი შეიძლება შეიცავდეს რკინის სულფიდს, როგორც პირიტს, ან კალციუმის სულფატს, როგორც თაბაშირს. არაორგანული ნაერთები ასევე გვხვდება როგორც ბიომოლეკულები, როგორც ელექტროლიტები (ნატრიუმის ქლორიდი), ენერგიის შესანახად (ATP) ან მშენებლობაში (პოლიფოსფატის ხერხემალი დნმ-ში).

პირველი მნიშვნელოვანი ადამიანის მიერ შექმნილი არაორგანული ნაერთი იყო ამონიუმის ნიტრატი ნიადაგის განაყოფიერებისთვის ჰაბერის პროცესის მეშვეობით. არაორგანული ნაერთები სინთეზირებულია გამოსაყენებლად კატალიზატორებად, როგორიცაა ვანადიუმის (V) ოქსიდი და ტიტანის (III) ქლორიდი, ან რეაგენტებად ორგანულ ქიმიაში, როგორიცაა ლითიუმის ალუმინის ჰიდრიდი.

არაორგანული ქიმიის ქვედანაყოფებია ორგანული ქიმია, კასეტური ქიმია და ბიოორგანული ქიმია. ეს სფეროები არაორგანული ქიმიის კვლევის აქტიური სფეროა, რომელიც მიმართულია ახალი კატალიზატორების, სუპერგამტარებისა და თერაპიისკენ.

სამრეწველო არაორგანული ქიმია

არაორგანული ქიმია მეცნიერების უაღრესად პრაქტიკული სფეროა. ტრადიციულად, ქვეყნის ეკონომიკის მასშტაბები შეიძლება შეფასდეს გოგირდმჟავას პროდუქტიულობით. სასუქების წარმოება, რომელიც ხშირად იწყება ჰაბერ-ბოშის პროცესით, არის სამრეწველო არაორგანული ქიმიის კიდევ ერთი პრაქტიკული გამოყენება.

იხ. ვიდეო - Introduction to Inorganic and Organometallic Chemistry

აღწერითი არაორგანული ქიმია

აღწერილობითი არაორგანული ქიმია ფოკუსირებულია ნაერთების კლასიფიკაციაზე მათი თვისებების მიხედვით. ნაწილობრივ კლასიფიკაცია ყურადღებას ამახვილებს ნაერთში ყველაზე მძიმე ელემენტის (ელემენტის ყველაზე მაღალი ატომური წონის) პოზიციაზე პერიოდულ სისტემაში, ნაწილობრივ ნაერთების სტრუქტურული მსგავსების მიხედვით დაჯგუფებით.

EDTA ახდენს ოქტაედრულად კოორდინირებულ Co3+ იონს [Co(EDTA)]-ში.

ინტერმეტალიდები

მთავარი სტატია: ინტერმეტალიკები

ლითონის ნაერთები, ან მეტალთაშორისი ნაერთები, არის მეტალებს შორის ურთიერთქმედების ოთხი ძირითადი ვარიანტიდან ერთ-ერთი (დანარჩენი სამი არის რაიმე გავლენის სრული არარსებობა, ურთიერთდაშლა თხევად მდგომარეობაში და ევტექტიკის წარმოქმნა მყარ მდგომარეობაში, ასევე ნებისმიერი შემადგენლობის თხევადი და მყარი ხსნარების წარმოქმნა). მაგალითად, მყარი ხსნარებისგან განსხვავებით, მეტალთაშორის ნაერთებს ახასიათებთ რთული კრისტალური სტრუქტურა, განსხვავებით ორიგინალური ნივთიერებების სტრუქტურისგან; ანალოგიურად, მათ შეიძლება განუვითარდეთ ფიზიკური ან ქიმიური მახასიათებლები, რომლებიც არ გვხვდება მათ სუფთა შემადგენელ კომპონენტებში. ზოგადად, მეტალთაშორის ნაერთებს ახასიათებთ კრისტალური სტრუქტურების მრავალფეროვნება და ქიმიური შეკავშირების ტიპები, რაც, თავის მხრივ, არის მათი შესაძლო ფიზიკური და ქიმიური თვისებების ფართო სპექტრის მიზეზი.

ინტერმეტალებს, ისევე როგორც სხვა ქიმიურ ნაერთებს, აქვთ კომპონენტებს შორის ფიქსირებული თანაფარდობა. მეტალთაშორის ნაერთებს, როგორც წესი, აქვთ მაღალი სიმტკიცე და მაღალი ქიმიური წინააღმდეგობა. ძალიან ხშირად, მეტალთაშორის ნაერთებს უფრო მაღალი დნობის წერტილი აქვთ, ვიდრე ძირითად ლითონებს. თითქმის ყველა მეტალთაშორისი ნაერთები მყიფეა, რადგან ბადეში ატომებს შორის კავშირი ხდება კოვალენტური ან იონური (მაგალითად, ცეზიუმის აურიდში CsAu), ვიდრე მეტალიკი. ზოგიერთ მათგანს აქვს ნახევარგამტარული თვისებები და რაც უფრო ახლოს არის ელემენტების თანაფარდობა სტოქიომეტრიასთან, მით უფრო მაღალია ელექტრული წინააღმდეგობა. ტიტანის ნიკელიდს, რომელიც ცნობილია საფირმო სახელწოდებით "ნიტინოლი", აქვს ფორმის მეხსიერება - გამკვრივების შემდეგ პროდუქტი შეიძლება მექანიკურად დეფორმირებული იყოს, მაგრამ მცირე გაცხელებით მიიღებს პირვანდელ ფორმას.

არასტოქიომეტრიული ნაერთები

მე-20 საუკუნის დასაწყისამდე, პოზიცია გარკვეული ნივთიერებების შემადგენლობის მუდმივობის შესახებ, რომელიც პირველად იყო გამოხატული და ჩამოყალიბებული ერთი საუკუნის წინ, აქსიომურად ითვლებოდა. განსახილველ განცხადებას ანალოგიურად ეწოდა შემადგენლობის მუდმივობის კანონი და ნივთიერებების შესაბამისი თვისება, როგორც სტოქიომეტრიული. შემდგომში, მეცნიერის ნ. ნ.ს. კურნაკოვმა ასევე შესთავაზა მუდმივი შემადგენლობის ნაერთებს ეწოდოს დალტონიდები და ცვლადი შემადგენლობის ნაერთები ბერთოლიდები.

გარკვეულწილად, ცვლადი შემადგენლობა დამახასიათებელია იმ ნივთიერებებისთვის, რომლებშიც შეინიშნება ატომური ან იონური სტრუქტურა. ამ შემთხვევაში, კრისტალში შეიძლება გამოჩნდეს სხვადასხვა სახის დეფექტები - ან ატომების ნაკლებობა გარკვეულ ადგილებში, ან მათი სიჭარბე უბნებს შორის ხარვეზებში. მაგალითად, რკინის(II) ოქსიდისა და სულფატისთვის დამახასიათებელია მკაფიო არასტოქიომეტრიული ხასიათი. არსებობს გარკვეული საზღვრები, რომლის ფარგლებშიც მისაღებია გადახრები სტოქიომეტრიული შემადგენლობიდან; შესაბამის დიაპაზონს ჰომოგენურობის რეგიონს უწოდებენ. თავის მხრივ, მოლეკულური სტრუქტურის მქონე ნივთიერებებს აქვთ მუდმივი შემადგენლობა; თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ არაორგანული ნივთიერებების 95%-მდე ასეთი სტრუქტურა არ არის და, შესაბამისად, არასტოქიომეტრიულია. კომპოზიციის მუდმივობის შესახებ იდეების გრძელვადიანი უპირატესობა აიხსნება იმით, რომ ხშირად ცვლილებები არ არის საკმარისად მნიშვნელოვანი ქიმიური ანალიზის დროს მათი გამოვლენისთვის.

იხ. ვიდეო -  ორგანული ქიმია: შესავალი, ნახშირბადატომის თავისებურება, იზომერია