Неорганическая химия.

Неорганическая химия — раздел химии, в котором изучают свойства различных химических элементов и соединения, которые они образуют, за исключением углеводородов (химических соединений углерода и водорода) и продуктов их замещения, представляющих собой так называемые органические молекулы.

Первые исследования в области неорганической химии были посвящены минералам. Ставилась цель извлечь из них различные химические элементы. Эти исследования позволили разделить все вещества на две большие категории: химические элементы и соединения.

Химические элементы — вещества, состоящие из одинаковых атомов (например, Fe, из которого состоит железный прут, или РЬ, из которого сделана свинцовая труба).

Химические соединения — это вещества, состоящие из различных атомов. Например, вода Н20, сульфат натрия Na2S04, гидроокись аммония NH4OH…

Атомы, входящие в состав химических элементов и соединений, делят на два класса — атомы металлов и атомы неметаллов.

Атомы неметаллов (азот N, кислород О, сера S, хлор CI.) имеют способность присоединять к себе электроны, забирая их у других атомов. Поэтому атомы неметаллов называют «электроотрицательными».

Атомы металлов, напротив, имеют тенденцию отдавать электроны другим атомам. Поэтому атомы металлов называют электроположительными. Это, например, железо Fe, свинец РЬ, медь Cu, цинк Zn. Вещества, состоящие из двух различных химических элементов обычно содержат атомы металла одного вида (обозначение соответствующего атолла помещается в начало химической формулы) и атомы неметалла также одного вида (в химической формуле обозначение соответствующего атома помещается после атома металла). Например, хлорид натрия NaCI. Если вещество не содержит атом металла, то в начало химической формулы помещается наименее электроотрицательный элемент, например аммиак NH3.

Система наименований неорганических химических соединений была утверждена в 1960 году Международным союзом IUPAC. Неорганические химические соединения называют, произнося сначала наименование наиболее электроотрицательного элемента (обычно неметалла). Например, соединение с химической формулой KCI называют хлоридом калия. Вещество H2S называется сероводородом, а СаО — оксидом кальция.

Органическая химия.

В начале своего развития эта химия исследовала вещества, входящие в живые организмы — растения и животные (белки, жиры, сахара), либо вещества разложившейся живой материи (нефть). Все эти вещества называли органическими.

Встречающиеся в природе органические вещества относят к различным группам: нефть и ее составляющие, белки, углеводы, жиры, гормоны, витамины и другие.

В начале 19 века были синтезированы первые искусственные органические молекулы. Используя неорганическую соль цианат аммония, Велер в 1828 году получил мочевину. Уксусная кислота была синтезирована Кольбе в 1845 году. Бертло получил этиловый спирт и муравьиную кислоту (1862 год).

Со временем химики научились синтезировать все большее и большее количество природных органических веществ. Были получены глицерин, ванилин, кофеин, никотин, холестерин.

Многие из синтезированных органических веществ не существуют в природе. Это пластмассы, моющие средства, искусственные волокна, многочисленные лекарства, красители, инсектициды.

Углерод образует больше соединений, чем какой либо другой элемент. Имея стабильную внешнюю электронную оболочку, углерод весьма мало склонен становиться положительно или отрицательно заряженным ионом. Эта электронная оболочка возникает в результате образования четырех связей, направленных к вершинам тетраэдра, в центре которого находится ядро атома углерода. Именно поэтому органические молекулы имеют специфическую структуру.

В органических молекулах атом углерода всегда участвует в четырех химических связях. Атомы углерода способны легко объединяться друг с другом, образуя длинные цепи или циклические структуры.

Атомы углерода в органических молекулах могут быть соединены между собой одинарными связями (так называемые насыщенные углеводороды) или кратными, точнее двойными, а также тройными связями (углеводороды ненасыщенные).

Международный союз IUPAC разработал систему наименований органических соединений. Эта система выявляет наиболее длинную неразветвленную углеродную цепь, тип химической связи между атомами углерода, а также наличие различных групп атомов (заместителей), прикрепленных к главной углеродной цепи.

Группы атомов углерода придают органическим молекулам, в которых они содержатся, специфические свойства. Последние позволяют различать многочисленные классы органических соединений, например: углеводороды (вещества из атомов углерода и водорода), спирты, органические кислоты.

/ / /

Фундаментальные труды, связанные с изучением строения, свойств и способности реагировать химические элементы и их соединения, были объединены в раздел неорганической химии. Сегодня общее число известных неорганических веществ равно 400 тысячам.

Виды химических соединений

Ионы и нейтральные молекулы, образующиеся в процессе присоединения к комплексообразующим частицам нейтральных лигандов, которыми именуются другие ионы или молекулы, называются комплексные соединения. Они могут иметь внешнюю сферу, диссоциирующую на катион комплексного малодиссоциирующего типа, или же нерастворимые водой соединения без внешней сферы. Также стоит отметить , к которым относится большая часть соединений, исключающих наличие углерода.

Диссоциация подразумевает под собой распад химических соединений на отдельные самостоятельные элементы. Так, к примеру, гидроксид аммония и щелочные металлы, именуемые еще как щелочи, относят к себе легкорастворимые основания в воде.

Следующий класс химических соединений металлов и некоторых неметаллов представляют собой сульфиды.

Химические элементы 17-й группы, имею хорошую реакцию со всеми веществами простого типа, за исключением немногих неметаллов. Они являются энергичными окислителями, это служит причиной, почему данные химические элементы встречаются в природе только в виде соединений.

Важнейший биогенный элемент с электронной структурой, обеспечивающей мгновенное разрушение и образование связей химического вида с биологической молекулой, образует соединения фосфора. Если они имеют степень окисления 5+, значит, соединение преобразуется как фосфорная кислота.

Грауберова или горькая соль, колчедан и цинковая обманка — важнейшие соединения серы, которые в природе могут встречаться как в чистом виде, так и входить в состав нефти, живых организмов как аминокислоты. Серу из горных пород добывают с помощью водяного пара, еще доступно ее получение в лабораторных условиях путем окислительно-восстановительной реакции.

Свойства химических реакций и процессов

Простое вещество, которое состоит из атомов единственного элемента, может образовывать некоторое число химических связей с частицами остальных элементов. Данный процесс называется , он может менять молекулярное строение вещества, с которым тесно связана такая электроизоляционная черта, как проводимость материала. Наиболее известным методом нахождения коэффициента в уравнениях реакций окислительно-восстановительного типа выступаетэлектронный баланс.Геометрический образ, который вводится для анализа кристаллов, имеющих сходство с канвой, называется кристаллическая решетка.

Изменения количества и качества реагирующего вещества за определенный промежуток времени понимается какскорость химической реакции,чья величина всегда положительная. Химический процесс, способствующий выделению через электроды частей растворных веществ, является конечным результатом электродной вторичной реакции, которая возникает во время прохождения электричества, образуя расплавов. Вещество, проводящее электричество в результате ионной диссоциации или передвижении частиц по кристаллической решетке, служит примером раствора электролитов.

Рассматривая химические свойства оксидов,стоит указать, что они могут взаимодействовать с водой, с дальнейшим образованием щелочи или основания, с кислотами, образовывая воду или солевой раствор, а также с кислотными оксидами.

УДК 546(075) ББК 24.1 я 7 0-75

Составители: Клименко B.I канд. техн. наук, доц. Володчснко А Н., канд. техн. наук, доц. Павленко В И., д-р техн. наук, проф.

Рецензент Гикунова И.В., канд. техн. наук, доц.

Основы неорганической химии: Методические указания для студентов 0-75 дневной формы обучения. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 54 с.

В методических указаниях подробно, с учетом основных разделов общей химии, рассмотрены свойства важнейших классов неорганических веществ.Данная работа содержит обобщения, схемы, таблицы, примеры, что будет способствовать лучшему усвоению обширного фактического материала. Особое внимание как в теоретической, гак и в практической части уделено связи неорганической химии с основными понятиями общей химии.

Книга предназначена для студентов первого курса всех специальностей.

УДК 546(075) ББК 24.1 я 7

© Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов (БелГТАСМ), 2001

ВВЕДЕНИЕ

Познание основ любой науки и стоящих перед нею проблем - это тот минимум, который должен знать любой человек, чтобы свободно ориенти­ роваться в окружающем мире. Важную роль в этом процессе играет есте­ ствознание. Естествознание - совокупность наук о природе. Все науки делятся на точные (естественные) и изящные (гуманитарные). Первые изучают законы развития материального мира, вторые - законы развития и проявления человеческого разума. В представленной работе мы ознако­ мимся с основами одной из естественных наук 7 неорганической химии. Успешное изучение неорганической химии возможно лишь при условии знания состава и свойств основных классов неорганических соединений. Зная особенности классов соединений, можно характеризовать свойства их отдельных представителей.

При изучении любой науки, и химии в том числе, всегда встает во­ прос: с чего начать? С изучения фактического материала: описания свойств соединений, указания условий их существования, перечисления реакций, в которые они вступают; на этой базе выводят законы, управ­ ляющие поведением веществ или, наоборот, сначала приводят законы, а затем на их основе обсуждают свойства веществ. В данной книге мы будем использовать оба приема изложения фактического материала.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Что же составляет предмет химии, что изучает эта наука? Су­ ществует несколько определений химии.

С одной стороны, химия - это наука о веществах, их свойствах и превращениях. С другой стороны, химия - одна из естественных наук, изучающих химическую форму движения материи. Химическая форма движения материи - это процессы ассоциации атомов в молекулы и диссо­ циации молекул. Химическую организацию материи можно представить следующей схемой (рис. 1 ).

Рис. 1. Химическая организация материи

Материя - это объективная реальность, данная человеку в его ощущениях, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от нас. Материя как объективная реальность существует в двух формах: в форме вещества и в форме поля.

Поле (гравитационное, электромагнитное, внутриядерных сил) - это форма существования материи, которая характеризуется и проявляется прежде всего энергией, а не массой, хотя и обладает последней.Энергия - это количественная мера движения, выражающая способность материаль­ ных объектов совершать работу.

Масса (лат. massa - глыба, ком, кусок) - физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.

Атом - это низший уровень химической организации материи.Атом - наименьшая частица элемента, сохраняющая его свойства. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов; в целом атом элекгронейтрален.Химический элемент - это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Известно 109 элементов, из них 90 существует в природе.

Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая химиче­ скими свойствами этого вещества.

Число химических элементов ограничено, а их комбинации дают все

многообразие веществ.

Что же такое вещество?

В широком смысле вещество - это конкретный вид материи, обла­ дающий массой покоя и характеризующийся при данных условиях опре­ деленными физическими и химическими свойствами. Известно около 600 тысяч неорганических веществ и около 5 млн органических веществ.

В более узком смысле вещество - это определенная совокупность атомных и молекулярных частиц, их ассоциатов и агрегатов, находя­ щихся в любом из трех агрегатных состояний.

Вещество достаточно полно определяется тремя признаками: 1 ) занимает часть пространства;2 ) обладает массой покоя;

3) построено из элементарных частиц.

Все вещества можно разделить на простые и сложные.

менты образуют не одно, а несколько простых веществ. Такое явле­ ние называется аллотропией, а каждые из этих простых веществ - аллотропным видоизменением (модификацией) данного элемента. Ал­ лотропия наблюдается у углерода, кислорода, серы, фосфора и ряда других элементов. Так, графит, алмаз, карбин и фуллерены - аллотроп­ ные видоизменения химического элемента углерода; красный, белый, черный фосфор - аллотропные видоизменения химического элемента фосфора. Простых веществ известно около 400.

Простое вещество является формой существования химических

элементов в свободном состоянии

Простые вещества делятся на металлы и неметаллы. Принадлежность химического элемента к металлам или неметаллам можно определить, пользуясь периодической системой элементов Д.И. Менделеева. Прежде чем это сделать, давайте немного вспомним строение периодической си­ стемы.

1.1. Периодический закон и периодическая система Д.И.Менделеева

Периодическая система элементов - это графическое выражение периодического закона, открытого Д.И.Менделеевым 18 февраля 1869 г. Периодический закон звучит так: свойства простых веществ, а также свойства соединений, находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элемента.

Существует более 400 вариантов изображения периодической си­ стемы. Наиболее распространены клеточные варианты (короткий вариант - 8 -клеточный и длинные варианты - 18- и 32-клеточные). Короткопе­ риодная периодическая система состоит из 7 периодов и8 групп.

Элементы, имеющие аналогичное строение внешнего энергетического уровня, объединяются в группы. Различают главные (А) и побочные (В)

группы. Главные группы составляют s- и p-элементы, а побочные -d- элементы.

Период представляет собой последовательный ряд элементов, в ато­ мах которых происходит заполнение одинакового числа электронных слоев одного и того же энергетического уровня. Различие в последовательности заполнения электронных слоев объясняет причину различной длины пе­ риодов. В связи с этим периоды содержат разное количество элементов: 1-й период - 2 элемента; 2-й и 3-й периоды - по8 элементов; 4-й и 5-й

периоды - по 18 элементов и 6 -й период - 32 элемента.

Элементы малых периодов (2 -й и 3-й) выделяют в подгруппу типиче­ ских элементов. Так как уd- и /элементов заполняются 2-й и 3-й снаружи элгк-

лочке их атомов, а следовательно, большая способность к присоедине­ нию электронов (окислительная способность), передаваемая высокими значениями их электроотрицательности. Элементы с неметаллическими свойствами занимают правый верхний угол периодической системы

Д.И.Менделеева. Неметаллы могут бьггь газообразными (F2 , О2 , CI2 ), твердыми (В, С, Si, S) и жидкими (Вг2).

Элемент водород занимает особое место в периодической си­

стеме и не имеет химических аналогов. Водород проявляет металлические

и неметаллические свойства, и поэтому в периодической системе его

помещают одновременно в IA и VIIA группу.

В силу большого своеобразия химических свойств выделяют от­

дельно благородные газы (аэрогены) - элементы VIIIA группы
дической	системы. Исследования последних лет позволяют тем не ме­
нее причислить некоторые из них (Кг, Хе, Rn) к неметаллам.
Характерным свойством металлов является то, что валентные
троны слабо связаны с конкретным атомом, и			внутри каждого
существует так называемый электронный			Поэтому все
обладают	высокой электропроводностью,	теплопроводностью

тичностью. Хотя есть и хрупкие металлы (цинк, сурьма, висмут). Ме­ таллы проявляют, как правило, восстановительные свойства.

Сложные вещества (химические соединения) - это вещества, мо­ лекулы которых образованы атомами различных химических элемен­ тов (гетероатомные или гетероядерные молекулы). Например, С 02, КОН. Известно более 10 млн сложных веществ.

Высшей формой химической организации материи являются ассоциаты и агрегаты. Ассоциаты - это объединения простых молекул или ионов в более сложные, не вызывающие изменения химической при­ роды вещества. Ассоциаты существуют главным образом в жидком и газообразном состоянии, а агрегаты-в твердом.

Смеси - системы, состоящие из нескольких равномерно распреде­ ленных соединений, связанных между собой постоянными соотношения­ ми и не взаимодействующие друг с другом.

1.2. Валентность и степень окисления

Составление эмпирических формул и образование названий хи­ мических соединений основано на знании и правильном использовании понятий степень окисления и валентность.

Степень окисления - эго условный заряд элемента в соединении, вычисленный из предположения, что соединение состоит из ионов. Эго величина условная, формальная, так как чисто ионных соедине­ ний практически нет. Степень окисления по абсолютной величине может быть целым или дробным числом; а по заряду может быть положительной, отрицательной и равной нулю величиной.

Валентность - это величина, определяемая количеством неспарен­ ных электронов на внешнем энергетическом уровне или числом свобод­ ных атомных орбиталей, способных участвовать в образовании химиче­ ских связей.

Некоторые правила определения степеней окисления химических элементов

1. Степень окисления химического элемента в простом веществе

равна 0 .

2. Сумма степеней окисления атомов в молекуле (ионе) равна 0

(заряду иона).

3. Элементы I-III А групп имеют положительную степень окис­ ления, соответствующую номеру группы, в которой находится данный элемент.

4. Элементы IV -V IIА групп, кроме положительной степени окис­ ления, соответствующей номеру группы; и отрицательной степени окис­ ления, соответствующей разнице между номером группы и числом8 , имеют промежуточную степень окисления, равную разности между номером группы и числом2 (табл.1 ).

Таблица 1

Степени окисления элементов IV -V IIА подгрупп

			Степень окисления
			Промежуточная

5. Степень окисления водорода равна +1, если в соединении есть хотя бы один неметалл; - 1 в соединениях с металлами (гидридах); 0 в Н2.

Гидриды некоторых элементов

	ВеН2
NaH MgH2 АШ3
	СаН2	GaH3	GeH4	AsH3
	SrH2	InH3	SnH4	SbH3
	ВаН2
Соединения Н			Промежуточные		Соединения i t
			соединения

6 . Степень окисления кислорода, как правило, равна -2, за ис­ ключением пероксидов (-1), надпероксидов (-1/2), озонидов (-1/3), озона (+4), фторида кислорода (+2).

7. Степень окисления фтора во всех соединениях, кроме F2> равна -1. В соединениях с фтором реализуются высшие формы окисления мно­ гих химических элементов (BiF5, SF6, IF?, OsFg).

8 . В периодах орбитальные радиусы атомов с возрастанием по­ рядкового номера уменьшаются, а энергия ионизации возрастает. При этом усиливаются кислотные и окислительные свойства; высшие сте­

пени окисления элементов становятся менее устойчивыми.

9. Для элементов нечетных групп периодической системы харак­ терны нечетные, а для элементов четных групп - четные степени

окисления.

10. В главных подгруппах с возрастанием порядкового номера элемента размеры атомов в общем увеличиваются, а энергия иониза­ ции - уменьшается. Соответственно усиливаются основные и ослабевают окислительные свойства. В подгруппах ^-элементов с увеличением порядкового номера участие «.^-электронов в образовании связей

уменьшается, а следовательно, уменьшается					абсолютное значение степе­
ни окисления (табл. 2 ).
							Таблица 2
Значения степеней окисления элементов VA подгруппы
				Степень окисления
Li, К, Fe, Ва	Кислотные С 02, S 0 3
Неметаллы
	Амфотсрные ZnO ВеО
Амфигены	Двойные Fe304
Be, AL Zn
	яолеобразующие
Аэрогены	СО, NO, SiO, N20
Основания Ва(ОН)2
Кислоты HNO3		ГИДРОКСИДЫ
Амфолиты Zti(OH)2
Средние КагСОз,
Кислые МаНКЮз,
Основные (СиОН)гСОз, 4--------
Двойные CaMg(COs)2
Смешанные СаСГСЮ

> w h o w J 3 w »

Рис, 2. Схема важнейших классов неорганических веществ

А также с техническими науками - химической технологией (её неорганической частью), металлургией - и агрохимией . В Неорганическая химия постоянно применяются теоретические представления и экспериментальные методы физики.

Историческая справка . История Неорганическая химия особенно до середины 19 в., тесно переплетается с общей историей химических знаний. Важнейшие достижения химии конца 18 - начала 19 вв. (создание кислородной теории горения, химической атомистики, открытие основных стехиометрических законов) явились результатами изучения неорганических веществ.

Уже в глубокой древности были известны металлы, которые либо встречаются в природе в самородном состоянии ( , , , ), либо легко получаются (Cu, , ) нагреванием их окисленных руд с углем, а также некоторые неметаллы (углерод в виде угля и алмаза, , возможно ). За 3-2 тыс. лет до н. э. в Египте, Индии, Китае и др. странах умели получать железо из руд, изготовлять изделия из стекла.

Стремление превратить неблагородные, «несовершенные» металлы в благородные, «совершенные» ( и ) явилось причиной возникновения алхимии , господствовавшей в 4-16 вв. н. э. Алхимики создали аппаратуру для химических операций (выпаривания, кристаллизации, фильтрования, перегонки, возгонки), которые и в наше время служат для разделения и очистки веществ; впервые получили некоторые простые вещества (As, , Р), соляную, серную и азотную кислоты, многие соли (купоросы, квасцы, нашатырь) и др. неорганические вещества. В 16 в. металлургия, керамика, стеклоделие и др. производства, близко соприкасающиеся с Неорганическая химия получили довольно широкое развитие, что видно из трудов В. Бирингуччо (1540) и Г. Агриколы (1556). В 1530-х гг. А. Т. Парацельс , которому были на опыте известны целебные свойства препаратов , , , , , положил начало ятрохимии - применению химии в медицине. В 17 в. укоренилось деление веществ, изучаемых химией, на минеральные, растительные и животные (указанное в 10 в. арабским учёным ар-Рази), т. е. наметилось расчленение химии на неорганическую и органическую. В 1661 Р. Бойль опроверг учения о четырёх стихиях и трёх началах, из которых якобы состоят все тела, и определил химические элементы как вещества, не могущие быть разложенными на другие. В конце 17 в. Г. Шталь , развивая представления И. Бехера , высказал гипотезу, согласно которой при обжигании и горении тела теряют начало горючести - флогистон . Эта гипотеза господствовала вплоть до конца 18 в.

В дальнейшем становлению Неорганическая химия как науки послужили работы М. В. Ломоносова и А. Лавуазье . Ломоносов сформулировал закон сохранения вещества и движения (1748), определил химию как науку об изменениях, происходящих в сложных веществах, приложил атомистические представления к объяснению химических явлений, предложил (1752) деление веществ на органические и неорганические, показал, что увеличение веса металлов при обжигании происходит за счёт присоединения некоторой части воздуха (1756), Лавуазье опроверг гипотезу флогистона, показал роль кислорода в процессах обжигания и горения, конкретизировал понятие химического элемента, создал первую рациональную номенклатуру химическую (1787). В начале 19 в. Дж. Дальтон ввёл в химию атомизм, открыл кратных отношений закон и дал первую таблицу атомных весов химических элементов. Тогда же были открыты Гей-Люссака законы (1805-08), постоянства состава закон (Ж. Пруст , 1808) и Авогадро закон (1811). В 1-й половине 19 в. И. Берцелиус окончательно утвердил атомизм в химии. В середине 19 в. были сформулированы и разграничены понятия атома, молекулы и эквивалента (Ш. Жерар , С. Канниццаро ). К тому времени было известно свыше 60 химических элементов. Проблему их рациональной классификации разрешило открытие в 1869 периодического закона Менделеева и построение периодической системы элементов Менделеева. На основе своих открытий Д. И. Менделеев исправил атомные веса многих элементов и предсказал атомные веса и свойства ещё неизвестных тогда элементов - , , и др. После их открытия периодический закон получил всеобщее признание и стал прочной научной основой химии.

В конце 19 - начале 20 вв. особое внимание химиков-неоргаников привлекли две малоизведанные области - металлические сплавы и комплексные соединения . Исследование полированной и протравленной поверхности стали при помощи микроскопа, начатое в 1831 П. П. Аносовым , было продолжено Г. К. Сорби (1863), Д. К. Черновым (1868), немецким учёным А. Мартенсом (с 1878). Оно было усовершенствовано, а также существенно дополнено методом термического анализа (А. Ле Шателье , Ф. Осмондом - в 1887, английским учёным У. Робертс-Остоном - в 1899). В дальнейшем крупнейшие работы по исследованию сплавов с применением новой методики были выполнены Н. С. Курнаковым (с 1899), А. А. Байковым (с 1900) и их научными школами. Обширные исследования сплавов были проведены в Германии Г. Тамманом (с 1903) и его учениками. Теоретическую основу учения о сплавах дало правило фаз Дж. У. Гиббса . Систематические исследования комплексных соединений, предпринятые в 1860-х гг. К. Бломстрандом и датским учёным С. Йёргенсеном, были в 1890-гг. развиты А. Вернером , создавшим координационную теорию, и Н. С. Курнаковым. Особенно широко работы в этой области были поставлены в России и СССР Л. А. Чугаевым и его школой.

На рубеже 19 и 20 вв. в истории Неорганическая химия произошло крупное событие - были открыты инертные газы : (Дж. Рэлей , У. Рамзай , 1894), Не (У. Рамзай, 1895), , , (английские учёные У. Рамзай и М. Траверс, 1898), (немецкий учёный Ф. Дорн, 1900), которые Д. И. Менделеев по предложению У. Рамзая включил в особую (нулевую) группу своей периодической системы элементов (впоследствии были включены в 8-ю группу). Ещё более значительным было открытие самопроизвольной радиоактивности урана (А. Беккерель , 1896) и тория (М. Склодовская-Кюри и независимо немецкий учёный Г. Шмидт, 1898), за которым последовало открытие радиоактивных элементов и (М. Склодовская-Кюри, П. Кюри , 1898). Эти открытия привели к обнаружению существования изотопов , к созданию радиохимии и теории строения атома (Э. Резерфорд , 1911, Н. Бор , 1913, и др.; см. Атомная физика ).

Успехи ядерной физики позволили синтезировать трансурановые элементы, имеющие атомные номера от 93 по 105 (см. Актиноиды , Элементы химические , Ядерная химия ). Работы по синтезу трансурановых элементов открыли новую эпоху в истории Неорганическая химия Исследования в этой области ведутся в СССР, США, Франции, ФРГ и некоторых др. странах.

Методы исследования . В Неорганическая химия применяются два основных приёма исследования: препаративный метод и метод физико-химического анализа . Препаративный метод практиковался с древнейших времён. Его основу составляют проведение реакций между исходными веществами и разделение образующихся продуктов посредством перегонки, возгонки, кристаллизации, фильтрования и др. операций. Особенно распространён препаративный метод в химии комплексных соединений. Метод физико-химического анализа в основном создан Н. С. Курнаковым, его учениками и последователями. Сущность метода заключается в измерении различных физических свойств (температур начала и конца кристаллизации, а также электропроводности, твёрдости и др.) систем из 2, 3 или многих компонентов. Полученные данные изображают в виде диаграмм состав-свойство. Их геометрический анализ позволяет судить о составе и природе образующихся в системе продуктов, не выделяя и не анализируя их. Физико-химический анализ указывает пути синтеза веществ, даёт научную основу процессов переработки руд, получения солей, металлов, сплавов и др. важных технических материалов. Физико-химический анализ признан во всём мире ведущим методом Неорганическая химия

Для современной Неорганическая химия характерен необычайно обширный круг новых методов исследования строения и свойств веществ и материалов. С середины 20 в. основное внимание уделяется изучению атомного и молекулярного строения неорганических соединений прямым определением их структуры (т. е. взаимного расположения атомов в молекуле). Оно производится методами кристаллохимии, спектроскопии , рентгеновского структурного анализа , ядерного магнитного резонанса , ядерного квадрупольного резонанса , гамма-спектроскопии , электронного парамагнитного резонанса и др. Большое значение имеет определение важных для техники свойств и особенностей (механические, магнитные, электрические и оптические свойства, жаропрочность, жаростойкость, отношение к радиоактивному облучению и др.). Неорганическая химия превратилась в такую науку о неорганических материалах, которая основывается преимущественно на данных о строении веществ на атомном и молекулярном уровнях.

Успехи неорганической химии. Открытие трансурановых элементов, эффективное разделение (посредством хроматографии , экстрагирования и др.) редкоземельных и иных трудно разделимых элементов (например, платиновых металлов) на индивидуально-чистые, экономичное получение редких элементов и материалов из них с особыми свойствами или заданным комплексом свойств привели к качественным изменениям в Неорганическая химия Необходимо также отметить прогресс в технологии получения высокочистых элементов и соединений; получение из них и применение монокристаллов с определёнными свойствами (например, пьезоэлектриков, диэлектриков , полупроводников , сверхпроводников , кристаллов для лазеров и др.) составило специальную ветвь промышленности. Особенно быстро развивается химия редких элементов. В 60-е годы возникла химия инертных газов, которые ранее считались неспособными к химическому взаимодействию; получены многие соединения , и с фтором, окислы и др.

В современной Неорганическая химия очень большое внимание уделяется изучению химической связи - важнейшей характеристике любого химического соединения. С помощью физической аппаратуры удаётся как бы «видеть» химическую связь. Методы кристаллографии , порой весьма трудоёмкие, заменяются скоростными методами (с применением, например, автоматических дифрактометров в сочетании с ЭВМ). Это позволяет для неорганических соединений быстро определять межатомные расстояния (и оценить электронную плотность), на основании чего можно составить более полное представление о строении молекул и рассчитать их свойства. Ещё более подробные сведения о химической связи можно получить с помощью рентгеноэлектронной спектроскопии. Разработка новых физических методов и интерпретация получаемых результатов требуют совместной работы химиков-неоргаников, физиков и математиков. На основе представлений и методов квантовой механики всё более успешно рассматриваются проблемы строения и реакционной способности химических соединений и вопросы химической связи (см. Валентность , Квантовая химия ).

Неорганические вещества и материалы используются в различных рабочих условиях, при интенсивном воздействии среды (газов, жидкостей), механических нагрузок и др. факторов. Поэтому важное значение имеет изучение кинетики неорганических реакций, в частности при разработке новых технологий и материалов (см. Кинетика химическая , Макрокинетика ).

Практические применения. Неорганическая химия даёт новые виды горючего для авиации и космических ракет, вещества, препятствующие обледенению самолётов, а также посадочных полос на аэродромах. Она создаёт новые твёрдые и сверхтвёрдые материалы для абразивных и режущих инструментов. Так, использование в них компактного кубического бора нитрида (боразона) позволяет обрабатывать очень твёрдые сплавы при таких высоких температурах и скоростях, при которых алмазные резцы сгорают. Получены новые составы флюсов для сварки металлов; новые комплексные соединения, применяемые в технологии, сельском хозяйстве и медицине; новые строительные материалы, в том числе значительно облегчённые (например, на основе или с участием фосфатов), новые полупроводниковые и лазерные материалы, жаропрочные металлические сплавы, новые минеральные удобрения и многое другое. Неорганическая химия удовлетворяет самые разнообразные запросы практики, весьма бурно развивается и принадлежит к важнейшим основам научно-технического прогресса.

Научные учреждения, общественные организации, периодические издания. До 1917 исследования по Неорганическая химия велись в России лишь в лабораториях АН и вузов (горного, политехнического и электротехнического институтов в Петербурге, университетов в Петербурге, Москве, Казани, Киеве, Одессе). В 1918 начали свою деятельность основанные при АН в Петрограде институт физико-химического анализа (основатель Н. С. Курнаков) и институт по изучению платины и др. благородных металлов (основатель Л. А. Чугаев). В 1934 оба эти института и Лаборатория общей химии АН СССР объединены в институт общей и неорганической химии АН СССР (в 1944 ему присвоено имя Н. С. Курнакова). О др. институтах см. . Проблемы Неорганическая химия рассматриваются на конгрессах Международного союза теоретической и прикладной химии , который имеет секцию Неорганическая химия и на съездах национальных химических обществ, в том числе Химического общества имени Д. И. Менделеева.

Работы по Неорганическая химия в 18-19 вв. публиковались (и продолжают публиковаться) в химических журналах, а также в изданиях национальной АН, университетов, высших технических школ и научно-исследовательских институтов. В связи с быстрым развитием Неорганическая химия в 1892 в Германии был основан «Zeitschrift fur anorganische (с 1915 «... und allgemeine») Chemie». С 1962 в США выходит журнал «Inorganic Chemistry». В СССР работы по Неорганическая химия печатались в основанных в 1919 «Известиях Института (с 1935 - Сектора) физико-химического анализа» и «Известиях Института (с 1935 - Сектора) по изучению платины и других благородных металлов». В 1956 оба издания объединены в «Журнал неорганической химии».

Лит.: Классические работы. Менделеев Д. И., Основы химии, 13 изд., т. 1-2, М. - Л., 1947; Lavoisier A. L., Traité élémentaire de chimie, t. 1-2, ., 1789; Berzelius J. J., Lehrbuch der Chemie, 5 Aufl., Bd 1-5, Lpz., 1847-56.

История. Джуа М., История химии, пер. с итал., М., 1966; Фигуровский Н. А., Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в., М., 1969; Кузнецов В. И., Эволюция представлений об основных законах химии, М., 1967; Соловьев Ю. И., Эволюция основных теоретических проблем химии, М., 1971; Развитие общей, неорганической и аналитической химии в СССР, под ред. Н. М. Жаворонкова, М., 1967; Тананаев И. В., Основные достижения неорганической химии за 50 лет Советской власти, «Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева». 1967, т. 12, № 5; Фигуровский Н. А., Открытие химических элементов и происхождение их названий, М., 1970; Partington J. R., A history of chemistry, v. 1, pt 1, L., 1970; v. 2-4, L. 1961-64.

Справочники. Gmelin L., Handbuch der anorganischen Chemie, 8 Aufl., Syst.- Num. 1-70, В., 1924 (изд. продолжается); Mellor J. ., A comprehensive treatise on inorganic and theoretical chemistry, v. 1-16, L., 1952-34; Pascal ., Nouveau traité de chimie minérale, t. 1-19, ., 1956-1963.

Руководства и пособия для высшей школы. Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1-2, М., 1974; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1-2, М., 1963-66; Щукарев С. А., Лекции по общему курсу химии, т. 1-2, Л., 1962-64; Полинг Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; Барнард А., Теоретические основы неорганической химии, пер. с англ., М., 1968; Дей М., Селбин Д., Теоретическая неорганическая химия, пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1969.

Монографии и сборники работ. Руководство по препаративной неорганической химии, под ред. Г. Брауера, пер. с нем., М., 1956; Физические методы исследования и свойства неорганических соединений, пер. с англ., М., 1970; Курнаков Н. С., Введение в физико-химический анализ, 4 изд., М. - Л., 1940; его же, Избр. труды, т. 1-3, М., 1960-63; Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, М. - Л., 1947; Гринберг А. А., Введение в химию комплексных соединений, 3 изд., М. - Л., 1966; Вдовенко В. М., Современная радиохимия, М., 1969. См. также лит. при статьях, ссылки на которые даны в тексте.

И. В. Тананаев, С. А. Погодин.

Статья про слово "Неорганическая химия " в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 7161 раз

Общая химия. Неорганическая химия.

Предмет и задачи химии

Современная химия является одной из естественных наук и представляет собой систему отдельных дисциплин: общей и неорганической химии, аналитической химии, органической химии, физической и коллоидной химии, геохимии, космохимии и т.п.

Химия - наука, изучающая процессы превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава и структуры, а также взаимные переходы между этими процессами и другими формами движения материи.

Таким образом, главным объектом химии как науки является вещества и их превращения.

На современном этапе развития нашего общества забота о здоровье человека является задачей первостепенной важности. Лечение многих заболеваний стало возможным благодаря достижениям химии в области создания новых веществ и материалов: лекарственных средств, заменителей крови, полимеров и полимерных материалов.

Не имея глубоких и разносторонних знаний в области химии, не понимая значения положительного или отрицательного влияния различных химических факторов на здоровье человека и окружающую его среду, нельзя стать грамотным медицинским работником.

Общая химия. Неорганическая химия.

Неорганическая химия - это наука элементов периодической системы и образованных ими простых и сложных веществ.

Неорганическая химия неотделима от общей химии. Исторически при изучении химического взаимодействия элементов друг с другом были сформулированы основные законы химии, общие закономерности протекания химических реакций, теория химической связи, учение о растворах и многое другое, что составляет предмет общей химии.

Таким образом, общая химия изучает теоретические представления и концепции, составляющие фундамент всей системы химических знаний.

Неорганическая химия давно перешагнула стадию описательной науки и в настоящее время переживает свое «второе рождение» в результате широкого привлечения квантово-химических методов, зонной модели энергетического спектра электронов, открытия валентно-химических соединений благородных газов, целенаправленного синтеза материалов с особыми физическими и химическими свойствами. На основе глубокого изучения зависимости между химическим строением и свойствами она успешно решает главную задачу - создание новых неорганических веществ с заданными свойствами.

2. Методы общей и неорганической химии.

Из экспериментальных методов химии важнейшим является метод химических реакций. Химическая реакция - превращение одних веществ в другие путем изменения состава и химического строения. Химические реакции дают возможность исследовать химические свойства веществ. По химическим реакциям исследуемого вещества можно косвенно судить о его химическом строении. Прямые же методы установления химического строения в большинстве своем основаны на использовании физических явлений.

Также на основе химических реакций осуществляется и неорганический синтез, который за последнее время достиг большого успеха, особенно в получении особо чистых соединений в виде монокристаллов. Этому способствовали применение высоких температур и давлений, глубокого вакуума, внедрение бесконтейнерных способов очистки и т.п.

При проведении химических реакций, а также при выделении веществ из смеси в чистом виде важную роль играют препаративные методы: осаждение, кристаллизация, фильтрование, сублимация, перегонка и т.п. В настоящее время многие из этих классических препаративных методов получили дальнейшее развитие и являются ведущими в технологии получения особо чистых веществ и монокристаллов. Это методы направленной кристаллизации, зонной перекристаллизации, вакуумной сублимации, фракционной перегонки. Одна из особенностей современной неорганической химии это синтез и исследование особо чистых веществ на монокристаллах.

Методы физико-химического анализа широко применяются при изучении растворов и сплавов, когда образующиеся в них соединения трудно или практически невозможно выделить в индивидуальном состоянии. Тогда исследуют физические свойства систем в зависимости от изменения состава. В результате строят диаграмму состав - свойства, анализ который позволяет делать заключение о характере химического взаимодействия компонентов, образование соединений и их свойствах.

Для познания сущности явления одних экспериментальных методов недостаточно, поэтому Ломоносов говорил, что истинный химик должен быть теоретиком. Только через мышление, научную абстракцию и обобщение познаются законы природы, создаются гипотезы и теории.

Теоретическое осмысление опытного материала и создание стройной системы химических знаний в современной общей и неорганической химии базируется на: 1) квантово-механической теории строения атомов и периодической системе элементов Д.И. Менделеева; 2) квантово-химической теории химического строения и учении о зависимости свойств вещества от «его химического строения; 3) учении о химическом равновесии, основанной на понятиях химической термодинамики.

3. Фундаментальные теории и законы химии.

К числу основополагающих обобщений химии и естествознания относятся атомно-молекулярная теория, закон сохранения массы и энергии,

Периодическая система и теория химического строения.

а) Атомно-молекулярная теория.

Создатель атомно-молекулярного изучения и первооткрыватель закона сохранения массы веществ М.В. Ломоносов по праву считается основателем научной химии. Ломоносов четко различал две ступени в строении вещества: элементы (в нашем понимании - атомы) и корпускулы (молекулы). Согласно Ломоносову, молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, а молекулы сложных веществ - из разных атомов. Всеобщее признание атомно-молекулярная теория получила в начале XIX века после утверждения в химии атомистики Дальтона. С тех пор главным объектом исследования химии стали молекулы.

б) Закон сохранения массы и энергии.

В 1760 г. Ломоносов сформулировал единый закон массы и энергии. Но до начала XX в. эти законы рассматривались независимо друг от друга. Химия в основном имела дело с законом сохранения массы вещества (масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции).

Например: 2КСlO 3 = 2 КСl + 3O 2

Слева: 2 атома калия Справа: 2 атома калия

2 атома хлора 2 атома хлора

6 атомов кислорода 6 атомов кислорода

Физика имела дело с законом сохранения энергии. В 1905 г. основоположник современной физики А. Эйнштейн показал, что между массой и энергией существует взаимосвязь, выражаемая уравнением Е = mс 2 , где Е - энергия, m - масса; с - скорость света в вакууме.

в) Периодический закон.

Важнейшая задача неорганической химии заключается в изучении свойств элементов, в выявлении общих закономерностей их химического взаимодействия между собой. Самое крупное научное обобщение в решении этой проблемы сделал Д.И. Менделеев, открывший Периодический закон и его графическое выражение - Периодическую систему. Только вследствие этого открытия стало возможным химическое предвидение, предсказание новых фактов. Поэтому Менделеев является основателем современной химии.

Периодический закон Менделеева является основой естественной
систематики химических элементов. Химический элемент - совокупность
атомов с одинаковым зарядом ядра. Закономерности изменения свойств
химических элементов определяются Периодическим законом. Учение о
строении атомов объяснило физический смысл Периодического закона.
Оказалось, что периодичность изменения свойств элементов и их соединений
зависит от периодически повторяющейся сходной структуры электронной
оболочки их атомов. Химические и некоторые физические свойства зависят от
структуры электронной оболочки, особенно ее наружных слоев. Поэтому
Периодический закон является научной основой изучения важнейших свойств элементов и их соединений: кислотно-основных, окислительно-восстановительных, каталитических, комплексообразовательных, полупроводниковых, металлохимических, кристаллохимических, радиохимических и т.п.

Периодическая система также сыграла колоссальную роль в учении о естественной и искусственной радиоактивности, освобождении внутриядерной энергии.

Периодический закон и Периодическая система беспрерывно развиваются и уточняются. Доказательством тому служит современная формулировка Периодического закона: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра их атомов. Таким образом, положительный заряд ядра, а не атомная масса, оказался более точным аргументом, от которого зависят свойства элементов и их соединений.

г) Теория химического строения.

Фундаментальная задача химии - изучение зависимости между химическим строением вещества и его свойствами. Свойства вещества являются функцией его химического строения. До A.M. Бутлерова считали, что свойства вещества определяются его качественным и количественным составом. Он впервые сформулировал основное положение своей теории химического строения. Таким образом: химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частиц, количеством их и химическим строением. В переводе на современный язык это означает, что свойства молекулы определяются природой составляющих ее атомов, их количеством и химическим строением молекулы. Первоначально теория химического строения относилась к химическим соединениям, имеющим молекулярную структуру. В настоящее время теория, созданная Бутлеровым, считается общехимической теорией строения химических соединений и зависимости свойств их от химического строения. Эта теория - продолжение и развитие атомно-молекулярного учения Ломоносова.

4. Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии общей и

неорганической химии.