La química inorgánica es parte de la química general. Se ocupa del estudio de las propiedades y el comportamiento de los compuestos inorgánicos: su estructura y capacidad para reaccionar con otras sustancias. Esta dirección explora todas las sustancias, con la excepción de aquellas que se construyen a partir de cadenas de carbono (estas últimas son objeto de estudio de la química orgánica).
Descripción
La química es una ciencia compleja. Su división en categorías es puramente arbitraria. Por ejemplo, la química orgánica e inorgánica están unidas por compuestos llamados bioinorgánicos. Estos incluyen hemoglobina, clorofila, vitamina B12 y muchas enzimas.
Muy a menudo, cuando se estudian sustancias o procesos, hay que tener en cuenta varias relaciones con otras ciencias. La química general e inorgánica abarca sustancias simples y complejas, cuyo número se acerca a las 400 000. El estudio de sus propiedades involucra a menudo una amplia gama de métodos de química física, ya que pueden combinar propiedades características de una ciencia comofísica. La calidad de las sustancias se ve afectada por la conductividad, la actividad magnética y óptica, el efecto de los catalizadores y otros factores "físicos".
Generalmente, los compuestos inorgánicos se clasifican según su función:
- ácidos;
- terreno;
- óxidos;
- sal.
Los óxidos a menudo se dividen en metales (óxidos básicos o anhídridos básicos) y óxidos no metálicos (óxidos ácidos o anhídridos ácidos).
Origen
La historia de la química inorgánica se divide en varios períodos. En la etapa inicial, el conocimiento se acumulaba a través de observaciones aleatorias. Desde la antigüedad se ha intentado transformar los metales básicos en preciosos. La idea alquímica fue promovida por Aristóteles a través de su doctrina de la convertibilidad de los elementos.
En la primera mitad del siglo XV, hubo epidemias. Especialmente la población sufría de viruela y peste. Esculapio asumió que las enfermedades son causadas por ciertas sustancias y que la lucha contra ellas debe llevarse a cabo con la ayuda de otras sustancias. Esto condujo al comienzo del llamado período médico-químico. En ese momento, la química se convirtió en una ciencia independiente.
El surgimiento de una nueva ciencia
Durante el Renacimiento, la química desde un campo de estudio puramente práctico comenzó a "adquirir" conceptos teóricos. Los científicos trataron de explicar los procesos subyacentes que ocurren con las sustancias. En 1661, Robert Boyle introduce el concepto de "elemento químico". En 1675 Nicholas Lemmer separa los elementos químicosminerales de plantas y animales, estipulando así el estudio de la química de los compuestos inorgánicos por separado de los orgánicos.
Más tarde, los químicos intentaron explicar el fenómeno de la combustión. El científico alemán Georg Stahl creó la teoría de los flogistos, según la cual un cuerpo combustible rechaza una partícula no gravitacional de flogisto. En 1756, Mikhail Lomonosov demostró experimentalmente que la combustión de ciertos metales está asociada con partículas de aire (oxígeno). Antoine Lavoisier también refutó la teoría de los flogistos, convirtiéndose en el fundador de la moderna teoría de la combustión. También introdujo el concepto de "compuesto de elementos químicos".
Desarrollo
El próximo período comienza con el trabajo de John D alton e intenta explicar las leyes químicas a través de la interacción de sustancias a nivel atómico (microscópico). El primer congreso químico en Karlsruhe en 1860 definió los conceptos de átomo, valencia, equivalente y molécula. Gracias al descubrimiento de la ley periódica y la creación del sistema periódico, Dmitry Mendeleev demostró que la teoría atómico-molecular está relacionada no solo con las leyes químicas, sino también con las propiedades físicas de los elementos.
La próxima etapa en el desarrollo de la química inorgánica está asociada con el descubrimiento de la desintegración radiactiva en 1876 y la aclaración del diseño del átomo en 1913. Un estudio de Albrecht Kessel y Gilbert Lewis en 1916 resuelve el problema de la naturaleza de los enlaces químicos. Basado en la teoría del equilibrio heterogéneo de Willard Gibbs y Henrik Roszeb, en 1913 Nikolai Kurnakov creó uno de los principales métodos de la química inorgánica moderna:análisis físico y químico.
Fundamentos de química inorgánica
Los compuestos inorgánicos se encuentran naturalmente en forma de minerales. El suelo puede contener sulfuro de hierro como pirita o sulfato de calcio en forma de yeso. Los compuestos inorgánicos también se presentan como biomoléculas. Se sintetizan para su uso como catalizadores o reactivos. El primer compuesto inorgánico artificial importante es el nitrato de amonio, utilizado para fertilizar el suelo.
Sales
Muchos compuestos inorgánicos son compuestos iónicos formados por cationes y aniones. Estas son las llamadas sales, que son objeto de investigación en química inorgánica. Ejemplos de compuestos iónicos son:
- Cloruro de magnesio (MgCl2), que contiene Mg2+ cationes y Cl- aniones.
- Óxido de sodio (Na2O), que se compone de cationes Na+ y aniones O2- .
En cada sal, las proporciones de iones son tales que las cargas eléctricas están en equilibrio, es decir, el compuesto en su conjunto es eléctricamente neutro. Los iones se describen por su estado de oxidación y la facilidad de formación que se deriva del potencial de ionización (cationes) o la afinidad electrónica (aniones) de los elementos a partir de los cuales se forman.
Las sales inorgánicas incluyen óxidos, carbonatos, sulfatos y haluros. Muchos compuestos se caracterizan por altos puntos de fusión. Las sales inorgánicas suelen ser formaciones cristalinas sólidas. Otra característica importante es susolubilidad en agua y facilidad de cristalización. Algunas sales (por ejemplo, NaCl) son muy solubles en agua, mientras que otras (por ejemplo, SiO2) son casi insolubles.
Metales y aleaciones
Los metales como el hierro, el cobre, el bronce, el latón y el aluminio son un grupo de elementos químicos que se encuentran en la parte inferior izquierda de la tabla periódica. Este grupo incluye 96 elementos que se caracterizan por una alta conductividad térmica y eléctrica. Son ampliamente utilizados en metalurgia. Los metales se pueden dividir condicionalmente en ferrosos y no ferrosos, pesados y livianos. Por cierto, el elemento más utilizado es el hierro, ocupa el 95% de la producción mundial entre todos los tipos de metales.
Las aleaciones son sustancias complejas que se obtienen fundiendo y mezclando dos o más metales en estado líquido. Consisten en una base (elementos dominantes en términos porcentuales: hierro, cobre, aluminio, etc.) con pequeñas adiciones de componentes de aleación y modificación.
La humanidad utiliza alrededor de 5000 tipos de aleaciones. Son los principales materiales en la construcción y la industria. Por cierto, también existen aleaciones entre metales y no metales.
Clasificación
En la tabla de química inorgánica, los metales se dividen en varios grupos:
- 6 elementos pertenecen al grupo alcalino (litio, potasio, rubidio, sodio, francio, cesio);
- 4 - en tierra alcalina (radio, bario, estroncio, calcio);
- 40 - en transición (titanio, oro, tungsteno, cobre, manganeso,escandio, hierro, etc.);
- 15 – lantánidos (lantano, cerio, erbio, etc.);
- 15 – actínidos (uranio, actinio, torio, fermio, etc.);
- 7 – semimetales (arsénico, boro, antimonio, germanio, etc.);
- 7 - metales ligeros (aluminio, estaño, bismuto, plomo, etc.).
No metales
Los no metales pueden ser tanto elementos químicos como compuestos químicos. En estado libre forman sustancias simples con propiedades no metálicas. En química inorgánica se distinguen 22 elementos. Estos son hidrógeno, boro, carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor, silicio, fósforo, azufre, cloro, arsénico, selenio, etc.
Los no metales más típicos son los halógenos. En reacción con los metales, forman compuestos cuyo enlace es principalmente iónico, como el KCl o el CaO. Al interactuar entre sí, los no metales pueden formar compuestos con enlaces covalentes (Cl3N, ClF, CS2, etc.).
Bases y ácidos
Las bases son sustancias complejas, las más importantes de las cuales son los hidróxidos solubles en agua. Cuando se disuelven, se disocian con cationes metálicos y aniones de hidróxido, y su pH es superior a 7. Las bases pueden considerarse químicamente opuestas a los ácidos porque los ácidos que se disocian en agua aumentan la concentración de iones de hidrógeno (H3O+) hasta que la base se reduce.
Los ácidos son sustancias que participan en reacciones químicas con las bases, llevándose electrones de ellas. La mayoría de los ácidos de importancia práctica son solubles en agua. Cuando se disuelven, se disocian de los cationes de hidrógeno.(Н+) y aniones ácidos, y su pH es inferior a 7.
