Chimica inorganica: concetto, domande e compiti. Cosa sta studiando la chimica inorganica

Il corso di chimica inorganica contiene molti termini speciali necessari per eseguire calcoli quantitativi. Consideriamo in dettaglio alcune delle sue sezioni principali.

Caratteristiche speciali

La chimica inorganica è stata creata per determinare le caratteristiche delle sostanze di origine minerale.

Tra le sezioni principali di questa scienza ci sono:

• analisi della struttura, proprietà fisiche e chimiche;
• la relazione tra struttura e reattività;
• la creazione di nuovi metodi per la sintesi di sostanze;
• sviluppo di tecnologie per la pulizia di miscele;
• metodi di produzione di materiali di tipo inorganico.

classificazione

La chimica inorganica è divisa in diverse sezioni che riguardano lo studio di alcuni frammenti:

• elementi chimici;
• classi di sostanze inorganiche;
• sostanze semiconduttrici;
• alcuni composti (transitori).

interrelazione

La chimica inorganica è interconnessa con la chimica fisica e analitica, che ha un potente set di strumenti che consentono di eseguire calcoli matematici. Il materiale teorico considerato in questa sezione è utilizzato in radiochimica, geochimica, agrochimica e anche in chimica nucleare.

La chimica inorganica applicata è associata alla metallurgia, tecnologia chimica, elettronica, estrazione e lavorazione di minerali, materiali strutturali e da costruzione e pulizia degli effluenti industriali.

Storia dello sviluppo

La chimica generale e inorganica si è evoluta insieme alla civiltà umana, quindi include diverse sezioni separate. All'inizio del diciannovesimo secolo, Berzelius pubblicò una tavola di masse atomiche. Questo periodo è stato l'inizio dello sviluppo di questa scienza.

La base della chimica inorganica è stata la ricerca di Avogadro e Gay-Lussac sulle caratteristiche dei gas e dei liquidi. Hess è stato in grado di derivare una connessione matematica tra la quantità di calore e lo stato di aggregazione della materia, che ha notevolmente ampliato gli orizzonti della chimica inorganica. Ad esempio, è apparsa la teoria del molecolare atomico, che ha risposto a molte domande.

All'inizio del diciannovesimo secolo, Davy fu in grado di decomporsi elettrochimicamente. idrossido di sodio e potassio, aprendo nuove opportunità per la produzione di sostanze semplici mediante elettrolisi. Faraday, basato sul lavoro di Davy, ha derivato le leggi dell'elettrochimica.

Dalla seconda metà del diciannovesimo secolo, il corso di chimica inorganica si è espanso in modo significativo. Le scoperte di Vant-Hoff, Arrhenius, Oswald hanno introdotto nuove tendenze nella teoria delle soluzioni. Fu durante questo periodo che fu formulata la legge dell'azione di massa, che permise di effettuare vari calcoli qualitativi e quantitativi.

La teoria della valenza, creata da Würz e Kekule, ha permesso di trovare risposte a molte domande di chimica inorganica legate all'esistenza di varie forme di ossidi e idrossidi. Alla fine del diciannovesimo secolo, furono scoperti nuovi elementi chimici: rutenio, alluminio, litio: vanadio, torio, lantanio, ecc. Ciò divenne possibile dopo l'introduzione delle tecniche di analisi spettrale in pratica. Le innovazioni emerse in quel periodo nella scienza non solo spiegavano le reazioni chimiche nella chimica inorganica, ma rendevano anche possibile prevedere le proprietà dei prodotti ottenuti, il loro campo di applicazione.

Alla fine del diciannovesimo secolo esistevano 63 elementi diversi e le informazioni comparivano su varie sostanze chimiche. Ma a causa della mancanza della loro completa classificazione scientifica, è stato possibile risolvere in alcun modo tutti i compiti in chimica inorganica.

La legge di Mendeleev

La legge periodica, creata da Dmitry Ivanovic, divenne la base per sistematizzare tutti gli elementi. Grazie alla scoperta di Mendeleev, i chimici sono riusciti a correggere le idee sulle masse atomiche degli elementi, per prevedere le proprietà di quelle sostanze che non erano ancora state scoperte. La teoria di Mosley, Rutherford, Bohr, ha dato fondamento fisico alla legge periodica di Mendeleev.

Chimica inorganica e teorica

Per capire quali studi di chimica, è necessario considerare i concetti di base inclusi in questo corso.

La principale questione teorica studiata in questa sezione è la legge periodica di Mendeleev. La chimica inorganica nelle tavole, presentata nel corso scolastico, introduce i giovani ricercatori nelle principali classi di sostanze inorganiche, la loro interconnessione. La teoria del legame chimico considera la natura del legame, la sua lunghezza, energia, polarità. Il metodo degli orbitali molecolari, i legami di valenza, la teoria del campo cristallino sono i problemi principali che ci permettono di spiegare le caratteristiche strutturali e le proprietà delle sostanze inorganiche.

La termodinamica e la cinetica chimica, rispondendo alle domande riguardanti i cambiamenti nell'energia del sistema, la descrizione delle configurazioni degli elettroni degli ioni e degli atomi, la loro trasformazione in sostanze complesse basate sulla teoria della superconduttività, ha dato origine a una nuova sezione: la chimica dei materiali semiconduttori.

Carattere applicato

La chimica inorganica per i manichini comporta l'uso di questioni teoriche nell'industria. Questa sezione della chimica divenne la base per una varietà di industrie legate alla produzione di ammoniaca, acido solforico, biossido di carbonio, fertilizzanti minerali, metalli e leghe. Con l'aiuto di metodi chimici in ingegneria ricevono leghe con proprietà e caratteristiche desiderate.

Soggetto e compiti

Cosa sta studiando la chimica? Questa è la scienza delle sostanze, le loro trasformazioni e applicazioni. In questo intervallo di tempo ci sono informazioni affidabili sull'esistenza di circa centomila diversi composti inorganici. Durante le trasformazioni chimiche, si verifica un cambiamento nella composizione delle molecole, si formano sostanze con nuove proprietà.

Se studi da zero la chimica inorganica, devi prima familiarizzare con le sue sezioni teoriche e solo dopo puoi iniziare l'uso pratico delle conoscenze acquisite. Tra le molte questioni affrontate in questa sezione della scienza chimica, è necessario menzionare la teoria atomico-molecolare.

La molecola in essa è considerata la più piccola particella di una sostanza con le sue proprietà chimiche. È divisibile agli atomi, che sono le particelle più piccole della materia. Molecole e atomi sono in costante movimento, sono caratterizzati da forze elettrostatiche di repulsione e attrazione.

La chimica inorganica da zero dovrebbe essere basata sulla definizione di un elemento chimico. Sotto è consuetudine intendere il tipo di atomi con una certa carica nucleare, la struttura dei gusci degli elettroni. A seconda della struttura, sono in grado di entrare in varie interazioni, formando sostanze. Amare una molecola è un sistema elettricamente neutro, cioè, è completamente soggetto a tutte le leggi esistenti nei microsistemi.

Per ogni elemento che esiste in natura, è possibile determinare il numero di protoni, elettroni, neutroni. Ad esempio, diamo sodio. Il numero di protoni nel suo nucleo corrisponde al numero ordinale, cioè 11, ed è uguale al numero di elettroni. Per calcolare il numero di neutroni, è necessario sottrarre il suo numero atomico dalla massa atomica relativa di sodio (23), otterremo 12. Per alcuni elementi, sono stati identificati isotopi che differiscono nel numero di neutroni nel nucleo atomico.

Formulazione di formule di valenza

Cos'altro è caratterizzato dalla chimica inorganica? Gli argomenti trattati in questa sezione implicano la formulazione di formule per sostanze, l'esecuzione di calcoli quantitativi.

Per iniziare, analizziamo le caratteristiche della formulazione delle formule di valenza. A seconda di quali elementi saranno inclusi nella composizione della sostanza, ci sono alcune regole per determinare la valenza. Iniziamo con la preparazione dei composti binari. Questo problema è affrontato nel corso scolastico di chimica inorganica.

Per i metalli situati nei sottogruppi principali della tavola periodica, l'indice di valenza corrisponde al numero del gruppo, è un valore costante. I metalli nei sottogruppi secondari possono esibire valenze diverse.

Ci sono alcune caratteristiche nel determinare la valenza dei non metalli. Se in un composto si trova alla fine di una formula, allora mostra una valenza inferiore. Durante il calcolo, il numero del gruppo in cui si trova questo elemento viene sottratto da otto. Ad esempio, negli ossidi, l'ossigeno mostra una valenza di due.

Se il non-metallo si trova all'inizio della formula, dimostra la valenza massima uguale al numero del suo gruppo.

Come rendere la formula di una sostanza? C'è un certo algoritmo che anche gli scolari posseggono. Per prima cosa è necessario annotare i segni degli elementi menzionati nel nome del composto L'elemento indicato per ultimo nel nome viene inserito per primo nella formula. Successivamente, su ciascuno di essi viene impostato, utilizzando le regole, l'indice di valenza. Tra i valori si determina il multiplo totale più piccolo. Quando è diviso in valenze, ottieni gli indici, situati sotto i segni degli elementi.

Facciamo un esempio di una variante della formulazione di monossido di carbonio (4). Innanzitutto, poniamo un certo numero di segni di carbonio e ossigeno, che fanno parte di questo composto inorganico, otteniamo CO. Poiché il primo elemento ha una valenza variabile, viene mostrato tra parentesi, in ossigeno viene considerato sottratto da otto a sei (numero di gruppo), due sono ottenuti. La formula finale dell'ossido proposto sarà sotto forma di CO ₂ .

Tra i molti termini scientifici usati nella chimica inorganica, l'allotropia è di particolare interesse. Spiega l'esistenza di diverse sostanze semplici basate su un elemento chimico, che differiscono per le loro proprietà e struttura.

Classi di sostanze inorganiche

Esistono quattro classi principali di sostanze inorganiche che meritano una considerazione dettagliata. Iniziamo con una breve descrizione degli ossidi. Questa classe presuppone composti binari in cui l'ossigeno è necessariamente presente. A seconda dell'elemento che inizia la formula, c'è la loro divisione in tre gruppi: base, acido, anfotero.

I metalli con una valenza maggiore di quattro, così come tutti i non metalli, formano ossidi acidi con ossigeno. Tra le loro proprietà chimiche di base, notiamo la capacità di interagire con l'acqua (l'eccezione è la silice), le reazioni con gli ossidi di base, gli alcali.

Metalli la cui valenza non supera due di ossidi di base. Tra le principali proprietà chimiche di questa sottospecie, selezionare la formazione di alcali con acqua, sali con ossidi e acidi acidi.

Per i metalli di transizione (zinco, berillio, alluminio) è caratterizzata dalla formazione di composti anfoteri. La loro principale differenza è la dualità delle proprietà: reazioni con alcali e acidi.

I motivi sono chiamati scala classe di composti inorganici avere una struttura e proprietà simili. Le molecole di tali composti contengono uno o più gruppi ossidrile. Il termine stesso è stato applicato a quelle sostanze che formano sali come risultato dell'interazione. Gli alcali sono basi che hanno un ambiente alcalino. Questi includono idrossidi del primo e del secondo gruppo dei sottogruppi principali della tavola periodica.

In teoria dissociazione elettrolitica le basi sono composti che possono dissociarsi in una soluzione acquosa in ioni idrossido e cationi metallici. Per i metalli con valenza variabile, deve essere indicato nel nome del composto.

La teoria del protone di Brønsted spiegava la principale differenza tra basi e acidi. Secondo questa teoria, un acido è una sostanza in grado di rilasciare protoni. La base è il composto che accetta questi protoni. Acido e base, che partecipano allo scambio, creano una coppia acido-base.

Tra le proprietà caratteristiche degli alcali, notiamo le loro reazioni con acido e ossidi anfoteri, e la possibilità di scambiare ioni con acidi e sali. Le basi insolubili, che sono elettroliti deboli, possono decomporsi quando riscaldate su un ossido del metallo e dell'acqua corrispondenti.

Nella chimica inorganica, gli acidi occupano un posto speciale. Di solito sono classificati in composti monobasici, dibasici, tribasici, tenendo conto del numero di protoni di idrogeno nella molecola. Gli acidi forti (nitrico, solforico) sono in grado di passare metalli dell'ottavo gruppo, ma reagiscono molto bene con metalli a bassa attività, formando sale, acqua e anche un composto gassoso (eccetto oro e platino).

Tutte le soluzioni acide reagiscono prontamente con i metalli attivi, che si trovano nella serie elettrochimica di Beketov all'idrogeno. Inoltre, questa classe è caratterizzata dalla reazione con ossidi e idrossidi, vari sali.

I sali sono una vasta classe di sostanze inorganiche di particolare importanza per l'uso pratico. A seconda della loro composizione, ci sono diversi tipi. Nella composizione di sostanze medie (normali) ci sono solo cationi metallici e anioni di residui acidi. Tali sali sono considerati i più comuni in natura. Nella vita di tutti i giorni, per esempio, è usato cloruro di sodio (cloruro di sodio).

Nei sali acidi, oltre al metallo e al residuo acido, ci sono cationi di idrogeno. Ad esempio, il bicarbonato di sodio (bicarbonato di sodio) è un composto popolare nell'industria dolciaria. Gli ioni idrossido si trovano nei sali principali invece dei cationi di idrogeno. I doppi sali sono parte integrante di molti minerali naturali. Quindi, il cloruro di sodio, il potassio (sylvinite) si trova nella crosta terrestre. Questo composto è utilizzato nell'industria per l'isolamento dei metalli alcalini.

Nella chimica inorganica, c'è una sezione speciale che si occupa dello studio dei sali complessi. Questi composti sono coinvolti attivamente nei processi metabolici che si verificano negli organismi viventi.

termochimica

Questa sezione prende in considerazione tutte le trasformazioni chimiche dal punto di vista della perdita o dell'acquisizione di energia. Hess è stato in grado di stabilire una relazione tra entalpia, entropia e ottenere una legge che spieghi il cambiamento di temperatura per ogni reazione. L'effetto termico, che caratterizza la quantità di energia rilasciata o assorbita in una data reazione, viene determinato come differenza tra la somma delle entalpie dei prodotti di reazione e le sostanze iniziali, tenendo conto dei coefficienti stereochimici. La legge di Hess è fondamentale in termochimica e consente calcoli quantitativi per ogni trasformazione chimica.

Chimica colloidale

Solo nel ventesimo secolo, questa sezione della chimica divenne una scienza separata, che si occupava di una varietà di sistemi liquidi, solidi e gassosi. Sospensioni, sospensioni, emulsioni, diverse per dimensione delle particelle, parametri chimici, sono studiate in dettaglio nella chimica colloidale. I risultati di numerosi studi sono attivamente implementati nell'industria farmaceutica, medica e chimica, consentendo agli scienziati e agli ingegneri di sintetizzare le sostanze con le caratteristiche chimiche e fisiche desiderate.

conclusione

La chimica inorganica è attualmente una delle più grandi sezioni della chimica, contiene un numero enorme di questioni teoriche e pratiche, che consente di avere un'idea della composizione delle sostanze, delle loro proprietà fisiche, delle trasformazioni chimiche, dei principali rami di applicazione. Se possiedi i termini di base, le leggi, puoi inventare le equazioni delle reazioni chimiche, eseguire vari calcoli matematici usando questi. Tutte le sezioni della chimica inorganica relative alla compilazione di formule, la registrazione delle equazioni di reazione, la soluzione dei problemi per le soluzioni sono offerte ai bambini all'esame finale.