این علم نام دیگری نیز داشت که اکنون تقریباً فراموش شده است: شیمی معدنی. کاملاً به وضوح محتوای علم را تعریف می کند: مطالعه مواد، عمدتاً مواد جامد، که جهان طبیعت بی جان را تشکیل می دهند. تجزیه و تحلیل طبیعی نه مواد آلی، عمدتاً مواد معدنی، در قرون 18-19 مجاز بودند. باز کن تعداد زیادی ازعناصر موجود در زمین و هر کشفی از این دست، شیمی معدنی را به ارمغان آورد مواد جدید، تعداد اشیاء را برای تحقیقات خود گسترش داد.
نام "غیر آلی" زمانی که به شدت شروع به توسعه کرد در زبان علمی به طور محکم تثبیت شد شیمی ارگانیک، که مواد آلی طبیعی و مصنوعی را مطالعه کرد. تعداد آنها در قرن نوزدهم. هر سال به سرعت رشد کرد، زیرا برای سنتز جدید ترکیبات آلیسبک تر و ساده تر از غیر آلی بود. و اساس نظری شیمی آلی برای مدت طولانی محکم تر بود: کافی است نظریه باتلروف در مورد ساختار شیمیایی ترکیبات آلی را نام ببریم. در نهایت، طبقه بندی تنوع مواد آلی آسان تر است.
همه اینها در ابتدا منجر به تمایز موضوعات تحقیق بین دو شاخه اصلی علم شیمی شد. شیمی آلی به عنوان رشته ای از شیمی که مواد حاوی کربن را مطالعه می کند، تعریف شد. سرنوشت مواد معدنی آگاهی از خواص همه ترکیبات شیمیایی دیگر بود. این تفاوت در تعریف مدرن شیمی معدنی حفظ شده است: علم عناصر شیمیایی و ترکیبات شیمیایی ساده و پیچیده آنها. همه عناصر به جز کربن درست است، آنها همیشه این موضوع را قید می کنند که برخی از ترکیبات کربنی ساده - اکسیدها و مشتقات آنها، کاربیدها و برخی دیگر - باید به عنوان مواد معدنی طبقه بندی شوند.
با این حال، آشکار شد که هیچ تمایز دقیقی بین مواد معدنی و آلی وجود ندارد. در واقع، چنین دسته‌های گسترده‌ای از مواد به‌عنوان ترکیبات آلی (به ویژه آلی فلزی) و ترکیبات هماهنگ (پیچیده) شناخته می‌شوند که به راحتی نمی‌توان آنها را به طور واضح به شیمی آلی یا معدنی نسبت داد.
تاریخ شیمی علمی با مواد معدنی آغاز شد. و بنابراین جای تعجب نیست که در جریان اصلی شیمی معدنی بود که به وجود آمد مهمترین مفاهیمو ایده های نظری که به طور کلی به توسعه شیمی کمک کرد. بر اساس مواد شیمی معدنی، نظریه احتراق اکسیژن ایجاد شد، قوانین اساسی استوکیومتری ایجاد شد (به استوکیومتری مراجعه کنید)، و در نهایت، نظریه اتمی-مولکولی ایجاد شد. مطالعه تطبیقی خواص عناصر و ترکیبات آنها و الگوهای تغییر این خواص با افزایش جرم اتمی منجر به کشف قانون تناوبی و ساختن سیستم تناوبی عناصر شیمیایی شد که به مهمترین آنها تبدیل شد. مبنای نظریشیمی معدنی پیشرفت آن نیز با توسعه تولید بسیاری از مواد مهم عملی - اسیدها، سودا، تسهیل شد. کودهای معدنی. اعتبار شیمی معدنی پس از اجرای سنتز صنعتی آمونیاک به طور قابل توجهی افزایش یافت.
ترمز توسعه شیمی به طور کلی، و شیمی معدنی به طور خاص، فقدان ایده های دقیق در مورد ساختار اتم ها بود. ایجاد نظریه ساختار اتمی برای او اهمیت زیادی داشت. این نظریه دلیل تغییرات دوره ای در خواص عناصر را توضیح داد، به پیدایش نظریه های ظرفیت و ایده هایی در مورد ماهیت پیوندهای شیمیایی در ترکیبات معدنی، مفهوم پیوندهای یونی و کووالانسی کمک کرد. درک عمیق تری از ماهیت پیوندهای شیمیایی در چارچوب شیمی کوانتومی به دست آمده است.
بنابراین، شیمی معدنی به یک رشته نظری دقیق تبدیل شد. اما تکنیک تجربی به طور مداوم بهبود می یافت. جدید تجهیزات آزمایشگاهیمجاز به استفاده برای سنتز شیمیایی ترکیبات معدنیدمای چند هزار درجه و نزدیک به صفر مطلق; از فشارهای صدها هزار اتمسفر استفاده کنید و برعکس، در شرایط خلاء عمیق واکنش‌ها را انجام دهید. اثر تخلیه الکتریکی و تشعشعات با شدت بالا نیز توسط شیمیدانان معدنی پذیرفته شد. سنتز معدنی کاتالیزوری موفقیت زیادی به دست آورده است.
تقریباً تمام عناصر شیمیایی شناخته شده، نه تنها در زمین وجود دارند، بلکه در واکنش های هسته ای نیز به دست می آیند استفاده عملی. به عنوان مثال، پلوتونیوم به سوخت هسته ای اصلی تبدیل شده است و شیمی آن احتمالاً به طور کامل تر از بسیاری از عناصر دیگر سیستم مندلیف مورد مطالعه قرار گرفته است. اما به منظور تمرین برای یافتن امکان استفاده از هر کدام عنصر شیمیایی، شیمیدانان معدنی ابتدا باید به طور جامع خواص آن را درک می کردند. این به ویژه برای عناصر به اصطلاح کمیاب صادق است.
شیمی معدنی مدرن با دو چالش اصلی روبرو است. موضوعات مورد مطالعه اولین آنها اتم و مولکول هستند: دانستن اینکه چگونه خواص مواد با ساختار اتم ها و مولکول ها مرتبط است مهم است. در اینجا، روش های مختلف تحقیق فیزیکی کمک ارزشمندی را ارائه می دهند (به شیمی فیزیک مراجعه کنید). ایده ها و مفاهیم شیمی فیزیک از دیرباز توسط شیمیدانان معدنی مورد استفاده قرار گرفته است.
وظیفه دوم توسعه است مبانی علمیبه دست آوردن مواد و مواد معدنی با خواص از پیش تعیین شده. چنین ترکیبات معدنی برای فناوری جدید ضروری هستند. او به مواد مقاوم در برابر حرارت، استحکام مکانیکی بالا، مقاوم در برابر تهاجمی ترین معرف های شیمیایی و همچنین موادی نیاز دارد که بسیار مقاوم باشند. درجه بالاخلوص، مواد نیمه هادی، و غیره. آزمایش ها در اینجا با محاسبات نظری دقیق و پیچیده انجام می شوند و رایانه های الکترونیکی اغلب برای انجام آنها استفاده می شوند. در بسیاری از موارد در شیمی معدنی می توان به درستی پیش بینی کرد که آیا محصول مورد نظر از سنتز دارای خواص مطلوب خواهد بود یا خیر.
حجم تحقیقات در شیمی معدنی اکنون به حدی است که بخش های مستقلی در آن شکل گرفته است: شیمی عناصر منفرد (مثلاً شیمی نیتروژن، شیمی فسفر، شیمی اورانیوم، شیمی پلوتونیوم) یا ترکیبات خاص آنها (شیمی فلزات واسطه، شیمی عناصر خاکی کمیاب، شیمی عناصر فرااورانیوم). را می توان به عنوان موضوعات مستقل تحقیق در نظر گرفت کلاس های مختلفترکیبات معدنی (مثلاً، شیمی هیدریدها، شیمی کاربیدها). اکنون تک نگاری های ویژه ای به این "شاخه ها" و "شاخه های" منفرد "درخت" قدرتمند شیمی معدنی اختصاص داده شده است. و البته بخشهای جدیدی از این علم کهن و همیشه جوان در حال ظهور است و خواهد آمد. بنابراین، در دهه های اخیر، شیمی نیمه هادی ها و شیمی گازهای بی اثر پدید آمده است.
شیمی معدنی عناصر شیمیایی، مواد ساده و پیچیده آنها (به جز ترکیبات کربن آلی)، و همچنین الگوهای تبدیل این مواد را مطالعه می کند. بر این لحظهحدود 400000 ماده معدنی در جهان وجود دارد.
از نظر تاریخی، نام شیمی معدنی از ایده بخشی از شیمی است که به مطالعه عناصر، ترکیبات و واکنش‌های موادی می‌پردازد که توسط موجودات زنده تشکیل نمی‌شوند. با این حال، از زمان سنتز اوره از ترکیب غیر آلی آمونیوم سیانات (NH4OCN)، که در سال 1828 توسط شیمیدان برجسته آلمانی فردریش ولر انجام شد، مرزهای بین مواد بی جان و طبیعت زنده مبهم شده است، زیرا موجودات زنده مواد معدنی زیادی تولید می کنند. ، و تقریباً تمام ترکیبات آلی را می توان در آزمایشگاه سنتز کرد. با این حال، تقسیم به حوزه های مختلف شیمی مانند قبل مرتبط و ضروری است، زیرا مکانیسم های واکنش و ساختار مواد در شیمی معدنی و آلی متفاوت است. این امر سیستماتیک کردن روش ها و روش های تحقیق در هر صنعت را آسان تر می کند.
مهمترین وظیفه شیمی معدنی توسعه و مبنای علمیراه های ایجاد مواد جدید با لازم برای فن آوری پیشرفتهخواص اساس نظری شیمی معدنی قانون تناوبی و سیستم تناوبی عناصر شیمیایی بر اساس آن است.
متن سخنرانی ها منعکس شده است ایده های مدرندر مورد ساختار مواد و خواص آنها. توجه ویژه ای به ایجاد ارتباط بین ساختار مواد و تبدیل آنها در سیستم های معدنی برای عناصر مختلف جدول تناوبی می شود. یادداشت های سخنرانی ابتدا به بررسی شیمی هیدروژن و عناصر p زیرگروه های اصلی VII - III از گروه های سیستم تناوبی D.I می پردازد. مندلیف، سپس مشخصات کلی فلزات داده می شود و عناصر s گروه های IA و PA در نظر گرفته می شوند، سپس خواص عناصر انتقالی d- و f در نظر گرفته می شوند. یادداشت های سخنرانی با توضیح پایان می یابد خواص شیمیاییگازهای بی اثر
هر بخش با شروع می شود ویژگی های عمومیزیر گروه ها - تجزیه و تحلیل پیکربندی الکترونیکی، حالت های اکسیداسیون احتمالی و شناسایی الگوهای عمومیدر تغییر خواص ردوکس و اسید-باز ترکیبات، سپس مشخص می شود مواد ساده، اتصالات عناصر این گروه. توجه دقیق به استفاده از مواد (که توسط صنعت سیستماتیک شده است) می شود. نقش بیولوژیکیو سم شناسی هر بخش با فهرستی از سوالات خودآزمایی به پایان می رسد که به دانش آموزان کمک می کند تا دانشی را که به دست آورده اند را نظام مند و تعمیم دهند.
شیمی معدنی خواص و رفتار ترکیبات معدنی از جمله فلزات، مواد معدنی و ترکیبات آلی فلزی را توصیف می کند. در حالی که شیمی آلی همه ترکیبات حاوی کربن را مطالعه می کند، شیمی معدنی زیرمجموعه های باقی مانده از ترکیبات دیگر را پوشش می دهد. همچنین موادی وجود دارند که توسط هر دو شاخه شیمی به طور همزمان مورد مطالعه قرار می گیرند، به عنوان مثال، ترکیبات آلی فلزی، که حاوی یک فلز یا متالوئید متصل به کربن هستند.
شیمی معدنی را می توان به چند زیر بخش تقسیم کرد:
- زمینه های مطالعه ترکیبات معدنی، به عنوان مثال، نمک ها یا ترکیبات یونی آنها.
- ژئوشیمی - مطالعه شیمی محیطی محیط طبیعیزمینی که دارد پراهمیتبرای درک سیاره یا مدیریت منابع آن؛
- استخراج مواد معدنی (سنگ های فلزی) برای صنعت.
- شیمی بیوان آلی - مطالعه عناصر فردی (فسیل های طبیعی) که برای زندگی ضروری هستند و مولکول های بیولوژیکی مهمی را تشکیل می دهند که در سیستم های بیولوژیکی دخیل هستند و همچنین درک شیمی مواد سمی.
- شیمی مصنوعی موادی را مطالعه می کند که می توانند بدون مشارکت طبیعت از طریق سنتز در کارخانه ها یا آزمایشگاه های صنعتی به دست آیند یا خالص شوند.
- شیمی صنعتی کار با مواد در فرآیندهای مختلف یا حوزه های تحقیقاتی در مقیاس بزرگ است.
شیمی معدنی کجا استفاده می شود؟
ترکیبات غیر آلی به عنوان کاتالیزور، رنگدانه، پوشش، سورفکتانت، داروها، سوخت و سایر محصولاتی که ما هر روز از آنها استفاده می کنیم. اغلب دارند دمای بالاذوب و بتن بالا یا پایین خواص الکتریکیرسانایی هایی که آنها را برای اهداف خاصی مفید می کند.
مثلا:
- آمونیاک منبع نیتروژن در کود است و همچنین یک ماده شیمیایی معدنی اصلی است که در تولید نایلون، الیاف، پلاستیک، پلی یورتان ها (مورد استفاده در پوشش های مقاوم در برابر مواد شیمیایی، چسب ها، فوم ها)، هیدرازین (مورد استفاده در ساخت سوخت موشک) و مواد منفجره؛
- کلر در تولید پلی وینیل کلراید (برای ساخت لوله، پوشاک، مبلمان)، مواد شیمیایی کشاورزی (کود، حشره کش)، و همچنین داروها و مواد شیمیایی برای تصفیه یا استریل کردن آب استفاده می شود.
- دی اکسید تیتانیوم به شکل پودر سفید در ساخت رنگدانه رنگ، پوشش، پلاستیک، کاغذ، جوهر، فیبر، مواد غذایی و لوازم آرایشی استفاده می شود. دی اکسید تیتانیوم نیز دارد خواص خوبمقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، بنابراین در تولید فوتوکاتالیست ها قابل استفاده است.
شیمی معدنی یک شاخه علمی و خانگی بسیار کاربردی است. تولید اسید سولفوریک که یکی از مهم ترین عناصر مورد استفاده به عنوان مواد اولیه صنعتی است، برای اقتصاد کشور اهمیت ویژه ای دارد.
در شیمی معدنی چه می خوانید؟
متخصصان در زمینه شیمی معدنی دارند طیف گسترده ایحوزه های فعالیت، از استخراج مواد خام تا ایجاد ریزتراشه ها. کار آنها بر اساس درک رفتار و جستجوی آنالوگ عناصر غیر آلی است. وظیفه اصلی یادگیری نحوه تغییر، تقسیم و استفاده از این مواد است. کار شیمیدانان معدنی شامل توسعه روشهایی برای بازیابی فلزات از زباله و تجزیه و تحلیل سنگ معدنهای استخراج شده در سطح مولکولی است. تاکید کلی بر تسلط بر روابط بین خواص فیزیکی و توابع است.
رویکرد فردی به قیمت گذاری برای هر مشتری!
علم شیمی- علم مواد، قوانین تبدیل آنها (خواص فیزیکی و شیمیایی) و کاربرد.
در حال حاضر بیش از 100 هزار ترکیب معدنی و بیش از 4 میلیون ترکیب آلی شناخته شده است.
پدیده های شیمیایی: برخی از مواد به مواد دیگری تبدیل می شوند که از نظر ترکیب و خواص با مواد اولیه متفاوت هستند، در حالی که ترکیب هسته اتم تغییر نمی کند.
پدیده های فیزیکی: متفاوت است حالت فیزیکیمواد (تبخیر، ذوب، هدایت الکتریکی، تابش گرما و نور، چکش‌خواری و غیره) یا مواد جدید با تغییر در ترکیب هسته‌های اتمی تشکیل می‌شوند.
علم اتمی-مولکولی.
1. همه مواد از مولکول تشکیل شده اند.
مولکول - کوچکترین ذره یک ماده که دارای خواص شیمیایی است.
2. مولکول ها از اتم ها تشکیل شده اند.
اتم - کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی که تمام خواص شیمیایی خود را حفظ می کند. عناصر مختلف اتم های متفاوتی دارند.
3. مولکول ها و اتم ها در حرکت مداوم هستند. بین آنها نیروهای جاذبه و دافعه وجود دارد.
عنصر شیمیایی - این یک نوع اتم است که با بارهای هسته ای خاص و ساختار پوسته های الکترونیکی مشخص می شود. در حال حاضر، 118 عنصر شناخته شده است: 89 مورد از آنها در طبیعت (روی زمین) یافت می شود، بقیه به طور مصنوعی به دست می آیند. اتم ها در حالت آزاد، در ترکیباتی با اتم های همان عناصر یا عناصر دیگر وجود دارند و مولکول هایی را تشکیل می دهند. توانایی اتم ها برای برهم کنش با اتم های دیگر و تشکیل ترکیبات شیمیایی توسط ساختار آن تعیین می شود. اتم ها از یک هسته با بار مثبت و الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده اند که در اطراف آن حرکت می کنند و یک سیستم الکتریکی خنثی را تشکیل می دهند که از قوانین مشخصه ریزسیستم ها پیروی می کند.
هسته اتمی - قسمت مرکزی اتم، متشکل از Zprotons و N نوترون ها که بخش عمده ای از اتم ها در آنها متمرکز شده اند.
شارژ اصلی - مثبت، از نظر ارزش برابر با تعداد پروتون های هسته یا الکترون های یک اتم خنثی و منطبق با عدد اتمی عنصر در جدول تناوبی است.
مجموع پروتون ها و نوترون ها هسته اتمیعدد جرمی نامیده می شودآ = Z+N.
ایزوتوپ ها
- عناصر شیمیایی با بارهای هسته ای یکسان، اما تعداد جرمی متفاوت به دلیل تعداد نوترون های مختلف در هسته.
|
جرم |
آ |
63 |
مس و |
65 |
35 |
Cl و |
37 |
فرمول شیمیایی - این یک نماد متعارف از ترکیب یک ماده با استفاده از نمادهای شیمیایی است (پیشنهاد شده در سال 1814 توسط J. Berzelius) و شاخص ها (شاخص عددی است که در سمت راست پایین نماد قرار دارد. تعداد اتم های موجود در مولکول را نشان می دهد). فرمول شیمیایینشان می دهد که کدام اتم های کدام عناصر و در چه رابطه ای در یک مولکول به یکدیگر متصل هستند.
آلوتروپی - پدیده تشکیل چندین ماده ساده توسط یک عنصر شیمیایی که از نظر ساختار و خواص متفاوت است. مواد ساده - مولکول ها از اتم های یک عنصر تشکیل شده اند.
سیمواد کاذب - مولکول ها از اتم های عناصر شیمیایی مختلف تشکیل شده اند.
ثابت جرم اتمی برابر با 1/12 جرم ایزوتوپ 12 استسی - ایزوتوپ اصلی کربن طبیعی.
m u = 1/12متر (12 C ) = 1 a.u.m = 1.66057 10 -24 گرم
جرم اتمی نسبی (A r) - کمیت بی بعد برابر با نسبت میانگین جرم یک اتم یک عنصر (با در نظر گرفتن درصد ایزوتوپ های موجود در طبیعت) به 1/12 جرم اتم 12سی.
میانگین جرم اتمی مطلق (م) برابر با جرم اتمی نسبی ضربدر amu.
Ar(Mg) = 24.312
m (Mg) = 24.312 1.66057 10 -24 = 4.037 10 -23 گرم
وزن مولکولی نسبی (آقای) - یک کمیت بی بعد که نشان می دهد چند برابر جرم یک مولکول یک ماده معین از 1/12 جرم اتم کربن 12 بیشتر است.سی.
Mg = m g / (1/12 m a (12 C))
آقای - جرم یک مولکول یک ماده داده شده؛
m a (12 C) - جرم یک اتم کربن 12 C.
M g = S A g (e). جرم مولکولی نسبی یک ماده با در نظر گرفتن شاخص ها برابر است با مجموع جرم اتمی نسبی همه عناصر.
مثال ها.
M g (B 2 O 3) = 2 A r (B) + 3 A r (O) = 2 11 + 3 16 = 70
M g (KAl(SO 4) 2) = 1 A r (K) + 1 A r (Al) + 1 2 A r (S) + 2 4 A r (O) =
= 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4
16 = 258
جرم مولکولی مطلق برابر با جرم مولکولی نسبی ضرب در آمو. تعداد اتم ها و مولکول ها در نمونه های معمولی مواد بسیار زیاد است، بنابراین، هنگام مشخص کردن مقدار یک ماده، از یک واحد اندازه گیری ویژه - مول استفاده می شود.
مقدار ماده، مول . به معنی تعداد معینی از عناصر ساختاری (مولکول، اتم، یون). تعیین شده استn ، بر حسب مول اندازه گیری می شود. مول مقدار ماده ای است که به تعداد اتم های موجود در 12 گرم کربن دارای ذرات است.
شماره آووگادرو (N A ). تعداد ذرات در 1 مول از هر ماده یکسان است و برابر با 6.02 10 23 است. (ثابت آووگادرو دارای بعد - mol -1 است).
مثال.
در 6.4 گرم گوگرد چند مولکول وجود دارد؟
وزن مولکولی گوگرد 32 گرم بر مول است. مقدار g/mol ماده را در 6.4 گرم گوگرد تعیین می کنیم:
n (s) = m(s)/M(s ) = 6.4 گرم / 32 گرم / مول = 0.2 مول
بیایید تعداد واحدهای ساختاری (مولکول ها) را با استفاده از ثابت تعیین کنیمآووگادرو N A
N(s) = n (ها)N A = 0.2 6.02 10 23 = 1.2 10 23
جرم مولی جرم 1 مول یک ماده را نشان می دهدم).
M = m / n
جرم مولی یک ماده برابر است با نسبت جرم ماده به مقدار متناظر آن ماده.
جرم مولی یک ماده از نظر عددی برابر با جرم مولکولی نسبی آن است، اما کمیت اول دارای بعد g/mol است و کمیت دوم بدون بعد است.
M = N A m (1 مولکول) = N A M g 1 amu = (N A 1 amu) M g = M g
به این معنی که اگر جرم یک مولکول خاص مثلاً 80 amu باشد. ( SO 3 ) سپس جرم یک مول مولکول برابر با 80 گرم است. ثابت آووگادرو ضریب تناسبی است که انتقال از روابط مولکولی به روابط مولی را تضمین می کند. تمام عبارات مربوط به مولکول ها برای مول ها معتبر می مانند (در صورت لزوم، amu با g جایگزین می شود). به عنوان مثال، معادله واکنش: 2 Na + Cl 2 2 NaCl ، یعنی دو اتم سدیم با یک مولکول کلر واکنش می دهند یا دو مول سدیم با یک مول کلر واکنش می دهند.
درس شیمی معدنی شامل بسیاری از اصطلاحات ویژه است که برای انجام محاسبات کمی لازم است. اجازه دهید برخی از بخش های اصلی آن را با جزئیات در نظر بگیریم.
ویژگی های خاص
شیمی معدنی به منظور تعیین ویژگی های مواد با منشاء معدنی ایجاد شد.
از جمله بخش های اصلی این علم عبارتند از:
- تجزیه و تحلیل ساختار، خواص فیزیکی و شیمیایی؛
- رابطه بین ساختار و واکنش پذیری؛
- ایجاد روشهای جدید برای سنتز مواد؛
- توسعه فن آوری برای تصفیه مخلوط ها؛
- روش های تولید مواد معدنی
طبقه بندی
شیمی معدنی به چند بخش تقسیم می شود که به مطالعه قطعات خاصی می پردازد:
- عناصر شیمیایی؛
- طبقات مواد معدنی؛
- مواد نیمه هادی؛
- ترکیبات معین (انتقالی).
ارتباط
شیمی معدنی با فیزیکی و شیمی تجزیه، که دارای مجموعه ای قدرتمند از ابزارها هستند که به شما امکان انجام محاسبات ریاضی را می دهند. مطالب نظریکه در این بخش مورد بحث قرار گرفت، در رادیوشیمی، ژئوشیمی، شیمی کشاورزی و همچنین در شیمی هسته ای استفاده می شود.
شیمی معدنی در نسخه کاربردی خود با متالورژی، فناوری شیمیایی، الکترونیک، استخراج و فرآوری مواد معدنی، ساختار و مصالح ساختمانی، تصفیه فاضلاب صنعتی.
تاریخ توسعه
شیمی عمومی و معدنی همراه با تمدن بشری توسعه یافته است و بنابراین شامل چندین بخش مستقل است. در آغاز قرن نوزدهم، برزلیوس جدولی از توده های اتمی منتشر کرد. این دوره بود که آغاز توسعه این علم بود.
اساس شیمی معدنی تحقیقات آووگادرو و گی لوساک در مورد ویژگی‌های گازها و مایعات بود. هس موفق شد یک ارتباط ریاضی بین مقدار گرما و حالت تجمع یک ماده بدست آورد که به طور قابل توجهی افق های شیمی معدنی را گسترش داد. به عنوان مثال، نظریه اتمی-مولکولی ظاهر شد که به بسیاری از سوالات پاسخ داد.
در آغاز قرن نوزدهم، دیوی توانست هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم را به صورت الکتروشیمیایی تجزیه کند و فرصت‌های جدیدی را برای تولید مواد ساده از طریق الکترولیز ایجاد کند. فارادی، بر اساس کار دیوی، قوانین الکتروشیمی را استخراج کرد.
از نیمه دوم قرن نوزدهم، دوره شیمی معدنی به طور قابل توجهی گسترش یافته است. اکتشافات وانت هاف، آرنیوس و اسوالد روندهای جدیدی را در نظریه راه حل ها معرفی کرد. در این دوره زمانی بود که قانون عمل توده ای تدوین شد که امکان انجام محاسبات کیفی و کمی مختلف را فراهم کرد.
دکترین ظرفیت که توسط Wurtz و Kekule ایجاد شد، یافتن پاسخ بسیاری از سؤالات در شیمی معدنی مربوط به وجود را ممکن ساخت. اشکال مختلفاکسیدها، هیدروکسیدها در پایان قرن نوزدهم، عناصر شیمیایی جدیدی کشف شد: روتنیوم، آلومینیوم، لیتیوم: وانادیم، توریم، لانتانیم و غیره. این امر پس از معرفی تکنیک‌های آنالیز طیفی در عمل امکان‌پذیر شد. نوآوری هایی که در آن دوره در علم ظاهر شد، نه تنها واکنش های شیمیایی در شیمی معدنی را توضیح داد، بلکه امکان پیش بینی خواص محصولات حاصل و زمینه های کاربرد آنها را نیز فراهم کرد.
تا پایان قرن نوزدهم، وجود 63 عنصر مختلف شناخته شده بود و اطلاعاتی در مورد انواع مختلف مواد شیمیایی. اما به دلیل فقدان طبقه بندی علمی کامل آنها، همه مسائل در شیمی معدنی قابل حل نبود.
قانون مندلیف
قانون تناوبی که توسط دیمیتری ایوانوویچ ایجاد شد، مبنایی برای نظام‌بندی همه عناصر شد. به لطف کشف مندلیف، شیمیدانان توانستند ایده های خود را در مورد جرم اتمی عناصر تصحیح کنند و خواص موادی را که هنوز کشف نشده بودند، پیش بینی کنند. نظریه موزلی، رادرفورد و بور مبنایی فیزیکی به قانون تناوبی مندلیف داد.
شیمی معدنی و نظری
برای درک اینکه شیمی چه چیزی تدریس می شود، باید مفاهیم اولیه موجود در دوره را مرور کنید.
موضوع نظری اصلی مورد بررسی در این بخش، قانون تناوبی مندلیف است. شیمی معدنی در جداول ارائه شده در درس مدرسه، محققان جوان را با طبقات اصلی مواد معدنی و روابط آنها آشنا می کند. نظریه پیوند شیمیایی ماهیت پیوند، طول، انرژی و قطبیت آن را در نظر می گیرد. روش اوربیتال های مولکولی، پیوندهای ظرفیتی، نظریه میدان کریستالی موضوعات اصلی هستند که توضیح ویژگی های ساختاری و خواص مواد معدنی را ممکن می سازند.
ترمودینامیک و سینتیک شیمیایی، پاسخ به سؤالات مربوط به تغییرات انرژی یک سیستم، شرح تنظیمات الکترونیکی یون ها و اتم ها، تبدیل آنها به مواد پیچیده بر اساس تئوری ابررسانایی، بخش جدیدی را ایجاد کرد - شیمی مواد نیمه هادی. .
ماهیت کاربردی
شیمی معدنی برای آدمک ها شامل استفاده از مسائل نظری در صنعت است. این بخش از شیمی بود که مبنایی برای انواع صنایع مرتبط با تولید آمونیاک، اسید سولفوریک، دی اکسید کربن، کودهای معدنی، فلزات و آلیاژها شد. با استفاده از روش های شیمیایی در مهندسی مکانیک، آلیاژهایی با خواص و ویژگی های مشخص به دست می آید.
موضوع و وظایف
شیمی چه چیزی را مطالعه می کند؟ این علم مواد، دگرگونی های آنها و همچنین زمینه های کاربرد است. در این بازه زمانی اطلاعات موثقی در مورد وجود حدود صد هزار ترکیب معدنی مختلف وجود دارد. در طی دگرگونی های شیمیایی، ترکیب مولکول ها تغییر می کند و موادی با خواص جدید تشکیل می شوند.
اگر شیمی معدنی را از ابتدا مطالعه می کنید، ابتدا باید با بخش های نظری آن آشنا شوید و تنها پس از آن می توانید دانش به دست آمده را عملی کنید. از جمله موضوعات متعددی که در این بخش از علم شیمی مورد توجه قرار می گیرد، باید به نظریه اتمی- مولکولی اشاره کرد.
یک مولکول کوچکترین ذره یک ماده است که دارای خواص شیمیایی آن است. به اتم ها که کوچکترین ذرات ماده هستند قابل تقسیم است. مولکول ها و اتم ها در حرکت ثابت هستند و با نیروهای دافعه و جاذبه الکترواستاتیکی مشخص می شوند.
شیمی معدنی از ابتدا باید بر اساس تعریف یک عنصر شیمیایی باشد. منظور ما از آن معمولاً نوع اتم هایی است که بار هسته ای خاصی دارند، ساختار پوسته های الکترونیکی. بسته به ساختار آنها، آنها قادر به ورود به فعل و انفعالات مختلف، تشکیل مواد هستند. مولکول دوست داشتنی یک سیستم الکتریکی خنثی است، یعنی به طور کامل از تمام قوانین موجود در میکروسیستم ها پیروی می کند.
برای هر عنصری که در طبیعت وجود دارد، می توان تعداد پروتون، الکترون و نوترون را تعیین کرد. بیایید سدیم را به عنوان مثال در نظر بگیریم. تعداد پروتون های هسته آن با شماره سریال یعنی 11 مطابقت دارد و با تعداد الکترون ها برابر است. برای محاسبه تعداد نوترونها باید شماره سریال آن را از جرم اتمی نسبی سدیم کم کرد (23)، عدد 12 بدست می آید.
تهیه فرمول برای ظرفیت
چه چیز دیگری با شیمی معدنی مشخص می شود؟ موضوعات مورد بحث در این بخش شامل تهیه فرمول مواد و انجام محاسبات کمی است.
ابتدا، اجازه دهید ویژگی های کامپایل فرمول ها را بر اساس ظرفیت تحلیل کنیم. بسته به اینکه کدام عناصر در ترکیب ماده گنجانده می شود، قوانین خاصی برای تعیین ظرفیت وجود دارد. بیایید با ترکیب ترکیبات دوتایی شروع کنیم. این سوالدر درس مدرسه شیمی معدنی در نظر گرفته می شود.
برای فلزات واقع در زیر گروه های اصلی جدول تناوبی، شاخص ظرفیت با عدد گروه مطابقت دارد و یک مقدار ثابت است. فلزات موجود در زیرگروه های ثانویه می توانند ظرفیت های متفاوتی را نشان دهند.
در تعیین ظرفیت غیر فلزات ویژگی هایی وجود دارد. اگر در ترکیبی در انتهای فرمول قرار گیرد، ظرفیت کمتری از خود نشان می دهد. هنگام محاسبه آن، تعداد گروهی که این عنصر در آن قرار دارد از هشت کم می شود. به عنوان مثال، در اکسیدها، اکسیژن ظرفیت دو را نشان می دهد.
اگر یک نافلز در ابتدای فرمول قرار گیرد، حداکثر ظرفیت برابر با عدد گروه خود را نشان می دهد.
چگونه برای یک ماده فرمول بسازیم؟ الگوریتم خاصی وجود دارد که حتی دانش آموزان مدرسه نیز می دانند. ابتدا باید علائم عناصر ذکر شده در نام اتصال را یادداشت کنید. عنصری که در نام آخر نشان داده شده است ابتدا در فرمول قرار می گیرد. بعد، با استفاده از قوانین، یک نشانگر ظرفیت بالای هر یک از آنها قرار می گیرد. حداقل مضرب مشترک بین مقادیر تعیین می شود. هنگام تقسیم آن بر ظرفیت، شاخص هایی به دست می آیند که در زیر علائم عناصر قرار دارند.
اجازه دهید به عنوان مثال یک نوع از ترکیب فرمول مونوکسید کربن (4) را در نظر بگیریم. ابتدا علائم کربن و اکسیژن را که بخشی از این ترکیب معدنی هستند در کنار یکدیگر قرار می دهیم، CO بدست می آوریم. از آنجایی که عنصر اول دارای ظرفیت متغیر است، در پرانتز نشان داده شده است؛ برای اکسیژن، با کم کردن شش از هشت (تعداد گروه) محاسبه می شود، دو به دست می آید. فرمول نهایی اکسید پیشنهادی CO 2 خواهد بود.
در میان بسیاری اصطلاحات علمیآلوتروپی مورد استفاده در شیمی معدنی است. وجود چندین ماده ساده بر اساس یک عنصر شیمیایی را توضیح می دهد که از نظر خواص و ساختار متفاوت هستند.
طبقه بندی مواد معدنی
چهار دسته اصلی از مواد معدنی وجود دارد که شایسته بررسی دقیق هستند. بیا شروع کنیم با توضیح مختصراکسیدها این کلاس شامل ترکیبات دوتایی است که در آنها اکسیژن لزوما وجود دارد. بسته به اینکه کدام عنصر فرمول را شروع می کند، آنها به سه گروه تقسیم می شوند: بازی، اسیدی، آمفوتریک.
فلزات با ظرفیت بیشتر از چهار و همچنین تمام غیر فلزات با اکسیژن اکسیدهای اسیدی تشکیل می دهند. از جمله خواص شیمیایی اصلی آنها، ما به توانایی برهمکنش با آب (به استثنای اکسید سیلیکون)، واکنش با اکسیدهای اساسی و قلیاها اشاره می کنیم.
فلزاتی که ظرفیت آنها از دو تجاوز نمی کند، اکسیدهای اساسی را تشکیل می دهند. از جمله خواص شیمیایی اصلی این زیرگونه، تشکیل قلیاها با آب، نمک ها با اکسیدهای اسیدی و اسیدها را برجسته می کنیم.
فلزات واسطه (روی، بریلیم، آلومینیوم) با تشکیل ترکیبات آمفوتریک مشخص می شوند. تفاوت اصلی آنها دوگانگی خواص است: واکنش با قلیاها و اسیدها.
بازها دسته بزرگی از ترکیبات معدنی هستند که ساختار و خواص مشابهی دارند. مولکول های چنین ترکیباتی حاوی یک یا چند گروه هیدروکسیل هستند. خود این اصطلاح به موادی اطلاق می‌شود که در نتیجه برهمکنش نمک‌ها را تشکیل می‌دهند. قلیاها بازهایی هستند که محیط قلیایی دارند. اینها شامل هیدروکسیدهای گروه اول و دوم زیرگروه های اصلی جدول تناوبی است.
در نمک های اسیدی، علاوه بر فلز و باقیمانده اسید، کاتیون های هیدروژن نیز وجود دارد. به عنوان مثال، بی کربنات سدیم ( جوش شیرین) یک ترکیب پرطرفدار در صنعت شیرینی سازی است. نمک های اساسی به جای کاتیون های هیدروژن حاوی یون های هیدروکسید هستند. نمک های مضاعف هستند جزءبسیاری از مواد معدنی طبیعی بنابراین، کلرید سدیم و پتاسیم (سیلوینیت) در پوسته زمین یافت می شود. این ترکیب است که در صنعت برای جداسازی فلزات قلیایی استفاده می شود.
در شیمی معدنی بخش ویژه ای به مطالعه نمک های پیچیده اختصاص داده شده است. این ترکیبات به طور فعال درگیر هستند فرآیندهای متابولیکدر موجودات زنده رخ می دهد.
ترموشیمی
این بخش شامل بررسی تمام دگرگونی های شیمیایی از نقطه نظر از دست دادن یا افزایش انرژی است. هس موفق شد رابطه بین آنتالپی و آنتروپی را برقرار کند و قانونی را استخراج کند که تغییر دما را برای هر واکنشی توضیح می دهد. اثر حرارتی که میزان انرژی آزاد شده یا جذب شده در یک واکنش معین را مشخص می کند، به عنوان تفاوت در مجموع آنتالپی محصولات واکنش و مواد اولیه با در نظر گرفتن ضرایب استریوشیمیایی تعریف می شود. قانون هس در گرما شیمی اساسی است و امکان محاسبات کمی برای هر تبدیل شیمیایی را فراهم می کند.
شیمی کلوئید
تنها در قرن بیستم این بخش از شیمی به یک علم جداگانه تبدیل شد که با انواع سیستم های مایع، جامد و گاز سروکار دارد. سوسپانسیون ها، سوسپانسیون ها، امولسیون ها، که در اندازه ذرات و پارامترهای شیمیایی متفاوت هستند، به طور مفصل در شیمی کلوئید مورد مطالعه قرار می گیرند. نتایج مطالعات متعدد به طور فعال در صنایع دارویی، پزشکی و شیمیایی در حال اجراست و دانشمندان و مهندسان را قادر می سازد تا موادی با ویژگی های شیمیایی و فیزیکی معین سنتز کنند.
نتیجه
شیمی معدنی در حال حاضر یکی از بزرگترین شاخه های شیمی است؛ این شیمی شامل تعداد زیادی از مسائل نظری و عملی است که به فرد اجازه می دهد تا ایده هایی در مورد ترکیب مواد و آنها به دست آورد. مشخصات فیزیکی، تبدیلات شیمیایی، صنایع اصلی. اگر اصطلاحات و قوانین اساسی را بدانید، می توانید معادلات واکنش های شیمیایی را ترسیم کنید و با استفاده از آنها محاسبات ریاضی مختلفی را انجام دهید. تمام بخش های شیمی معدنی مربوط به ترسیم فرمول ها، نوشتن معادلات واکنش و حل مسائل مربوط به حل ها در امتحان نهایی به دانش آموزان ارائه می شود.