เคมีอนินทรีย์เป็นส่วนหนึ่งของเคมีทั่วไป เกี่ยวข้องกับการศึกษาคุณสมบัติและพฤติกรรมของสารประกอบอนินทรีย์ - โครงสร้างและความสามารถในการทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ ทิศทางนี้จะสำรวจสารทั้งหมด ยกเว้นสารที่สร้างจากสายโซ่คาร์บอน (ส่วนหลังเป็นหัวข้อของการศึกษาเคมีอินทรีย์)
รายละเอียด
เคมีเป็นศาสตร์ที่ซับซ้อน การแบ่งหมวดหมู่เป็นหมวดหมู่ตามอำเภอใจล้วนๆ ตัวอย่างเช่น เคมีอนินทรีย์และเคมีอินทรีย์เชื่อมโยงกันด้วยสารประกอบที่เรียกว่าไบโออนินทรีย์ เหล่านี้รวมถึงเฮโมโกลบิน คลอโรฟิลล์ วิตามิน B12 และเอ็นไซม์มากมาย
บ่อยครั้งเมื่อศึกษาสารหรือกระบวนการ เราต้องคำนึงถึงความสัมพันธ์ต่างๆ กับศาสตร์อื่นๆ ด้วย เคมีทั่วไปและอนินทรีย์ครอบคลุมสารที่เรียบง่ายและซับซ้อน ซึ่งมีจำนวนถึง 400,000 ชนิด การศึกษาคุณสมบัติของสารเหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับวิธีการทางเคมีกายภาพที่หลากหลายฟิสิกส์. คุณภาพของสารได้รับผลกระทบจากการนำไฟฟ้า กิจกรรมแม่เหล็กและการมองเห็น ผลกระทบของตัวเร่งปฏิกิริยาและปัจจัย "ทางกายภาพ" อื่นๆ
โดยทั่วไป สารประกอบอนินทรีย์จะถูกจำแนกตามหน้าที่:
- กรด;
- พื้น;
- ออกไซด์;
- เกลือ.
ออกไซด์มักจะแบ่งออกเป็นโลหะ (ออกไซด์พื้นฐานหรือแอนไฮไดรด์พื้นฐาน) และออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ (ออกไซด์ที่เป็นกรดหรือแอนไฮไดรด์ของกรด)
กำเนิด
ประวัติศาสตร์เคมีอนินทรีย์แบ่งออกเป็นหลายสมัย ในระยะเริ่มต้น ความรู้ถูกสะสมจากการสังเกตแบบสุ่ม ตั้งแต่สมัยโบราณ มีการพยายามเปลี่ยนโลหะพื้นฐานให้มีค่า แนวคิดในการเล่นแร่แปรธาตุได้รับการส่งเสริมโดยอริสโตเติลผ่านหลักคำสอนเรื่องการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ
ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 15 โรคระบาดรุนแรง โดยเฉพาะประชากรที่ได้รับความทุกข์ทรมานจากไข้ทรพิษและกาฬโรค เอสคูลาปิอุสสันนิษฐานว่าโรคเกิดจากสารบางชนิดและควรต่อสู้กับพวกมันด้วยความช่วยเหลือของสารอื่น สิ่งนี้นำไปสู่จุดเริ่มต้นของช่วงเวลาที่เรียกว่ายาเคมี ในเวลานั้น เคมีกลายเป็นวิทยาศาสตร์อิสระ
การเกิดขึ้นของวิทยาศาสตร์ใหม่
ระหว่างยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา เคมีจากสาขาการศึกษาเชิงปฏิบัติเริ่ม "ได้มาซึ่ง" แนวคิดทางทฤษฎี นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายกระบวนการพื้นฐานที่เกิดขึ้นกับสาร ในปี ค.ศ. 1661 โรเบิร์ต บอยล์ ได้แนะนำแนวคิดเรื่อง "องค์ประกอบทางเคมี" ในปี ค.ศ. 1675 Nicholas Lemmer ได้แยกองค์ประกอบทางเคมีออกแร่ธาตุจากพืชและสัตว์ จึงกำหนดการศึกษาเคมีของสารประกอบอนินทรีย์แยกจากสารอินทรีย์
ต่อมา นักเคมีพยายามอธิบายปรากฏการณ์การเผาไหม้ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Georg Stahl ได้สร้างทฤษฎีของ phlogistons ซึ่งวัตถุที่ติดไฟได้จะปฏิเสธอนุภาคที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วงของ phlogiston ในปี ค.ศ. 1756 มิคาอิลโลโมโนซอฟได้ทดลองพิสูจน์ว่าการเผาไหม้ของโลหะบางชนิดเกี่ยวข้องกับอนุภาคของอากาศ (ออกซิเจน) Antoine Lavoisier ยังหักล้างทฤษฎีของ phlogistons กลายเป็นผู้ก่อตั้งทฤษฎีการเผาไหม้สมัยใหม่ เขายังแนะนำแนวคิดของ "สารประกอบขององค์ประกอบทางเคมี"
การพัฒนา
ช่วงต่อไปเริ่มต้นด้วยงานของ John D alton และพยายามอธิบายกฎเคมีผ่านปฏิกิริยาของสารในระดับอะตอม (ด้วยกล้องจุลทรรศน์) การประชุมทางเคมีครั้งแรกในคาร์ลสรูเฮอในปี 1860 ได้กำหนดแนวคิดของอะตอม วาเลนซี เทียบเท่า และโมเลกุล ต้องขอบคุณการค้นพบกฎธาตุและการสร้างระบบธาตุเป็นระยะ Dmitry Mendeleev ได้พิสูจน์ว่าทฤษฎีอะตอมและโมเลกุลไม่เพียงเชื่อมโยงกับกฎเคมีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพของธาตุด้วย
ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาเคมีอนินทรีย์เกี่ยวข้องกับการค้นพบการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีในปี 2419 และการอธิบายการออกแบบอะตอมในปี 2456 การศึกษาโดย Albrecht Kessel และ Gilbert Lewis ในปี 1916 ได้แก้ปัญหาเกี่ยวกับธรรมชาติของพันธะเคมี ตามทฤษฎีสมดุลต่างกันโดย Willard Gibbs และ Henrik Roszeb ในปี 1913 Nikolai Kurnakov ได้สร้างหนึ่งในวิธีการหลักของเคมีอนินทรีย์สมัยใหม่ -การวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมี
พื้นฐานของเคมีอนินทรีย์
สารประกอบอนินทรีย์เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของแร่ธาตุ ดินอาจมีธาตุเหล็กซัลไฟด์เช่นไพไรต์หรือแคลเซียมซัลเฟตในรูปของยิปซั่ม สารประกอบอนินทรีย์ยังเกิดขึ้นเป็นชีวโมเลกุล พวกมันถูกสังเคราะห์เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือรีเอเจนต์ สารประกอบอนินทรีย์เทียมที่สำคัญชนิดแรกคือแอมโมเนียมไนเตรตที่ใช้เป็นปุ๋ยในดิน
เกลือ
สารประกอบอนินทรีย์จำนวนมากเป็นสารประกอบไอออนิกที่ประกอบด้วยไพเพอร์และแอนไอออน เกลือเหล่านี้เรียกว่าเกลือซึ่งเป็นเป้าหมายของการวิจัยทางเคมีอนินทรีย์ ตัวอย่างของสารประกอบไอออนิก ได้แก่
- แมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl2) ซึ่งมี Mg2+ cations และ Cl- แอนไอออน.
- โซเดียมออกไซด์ (Na2O) ซึ่งประกอบด้วยไอออนบวก Na+ และแอนไอออน O2- .
ในเกลือแต่ละชนิด สัดส่วนของไอออนจะมีประจุไฟฟ้าอยู่ในสมดุล กล่าวคือ สารประกอบทั้งหมดมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า ไอออนถูกอธิบายโดยสถานะออกซิเดชันและความง่ายในการก่อตัวที่ตามมาจากศักยภาพของไอออไนเซชัน (ไพเพอร์) หรือความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน (แอนไอออน) ของธาตุที่เกิดขึ้น
เกลืออนินทรีย์ ได้แก่ ออกไซด์ คาร์บอเนต ซัลเฟต และเฮไลด์ สารประกอบหลายชนิดมีจุดหลอมเหลวสูง เกลืออนินทรีย์มักจะก่อตัวเป็นผลึกแข็ง คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือของพวกเขาความสามารถในการละลายน้ำและความง่ายในการตกผลึก เกลือบางชนิด (เช่น NaCl) สามารถละลายได้ในน้ำ ในขณะที่เกลือบางชนิด (เช่น SiO2) แทบจะไม่ละลายเลย
โลหะและโลหะผสม
โลหะ เช่น เหล็ก ทองแดง ทองแดง ทองเหลือง อลูมิเนียม เป็นกลุ่มขององค์ประกอบทางเคมีที่ด้านล่างซ้ายของตารางธาตุ กลุ่มนี้ประกอบด้วยองค์ประกอบ 96 รายการที่มีลักษณะการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านโลหะวิทยา โลหะสามารถแบ่งตามเงื่อนไขได้เป็นเหล็กและอโลหะ หนักและเบา อีกอย่างธาตุที่ใช้มากที่สุดคือเหล็ก ซึ่งใช้ 95% ของการผลิตทั่วโลกในบรรดาโลหะทุกประเภท
โลหะผสมคือสารเชิงซ้อนที่ได้จากการหลอมและผสมโลหะตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปในสถานะของเหลว ประกอบด้วยฐาน (องค์ประกอบที่โดดเด่นในแง่เปอร์เซ็นต์: เหล็ก, ทองแดง, อลูมิเนียม, ฯลฯ) พร้อมการเพิ่มส่วนผสมเล็กน้อยและส่วนประกอบดัดแปลง
มนุษย์ใช้โลหะผสมประมาณ 5,000 ชนิด เป็นวัสดุหลักในการก่อสร้างและอุตสาหกรรม อีกอย่าง ยังมีโลหะผสมระหว่างโลหะกับอโลหะ
การจำแนก
ในตารางเคมีอนินทรีย์ โลหะแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม:
- 6 ธาตุอยู่ในกลุ่มด่าง (ลิเธียม โพแทสเซียม รูบิเดียม โซเดียม แฟรนเซียม ซีเซียม);
- 4 - ในดินอัลคาไลน์ (เรเดียม แบเรียม สตรอนเทียม แคลเซียม);
- 40 - อยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่าน (ไททาเนียม, ทอง, ทังสเตน, ทองแดง, แมงกานีส,สแกนเดียม เหล็ก ฯลฯ);
- 15 – แลนทาไนด์ (แลนทานัม ซีเรียม เออร์เบียม ฯลฯ);
- 15 – แอคติไนด์ (ยูเรเนียม แอกทิเนียม ทอเรียม เฟอร์เมียม ฯลฯ);
- 7 – กึ่งโลหะ (สารหนู โบรอน พลวง เจอร์เมเนียม ฯลฯ);
- 7 - โลหะเบา (อะลูมิเนียม ดีบุก บิสมัท ตะกั่ว ฯลฯ)
อโลหะ
อโลหะสามารถเป็นได้ทั้งองค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบทางเคมี ในสภาวะอิสระจะสร้างสารธรรมดาที่มีคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะ ในเคมีอนินทรีย์มีองค์ประกอบที่แตกต่างกัน 22 องค์ประกอบ ได้แก่ ไฮโดรเจน โบรอน คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน ซิลิกอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน คลอรีน สารหนู ซีลีเนียม เป็นต้น
อโลหะทั่วไปที่สุดคือฮาโลเจน ในการทำปฏิกิริยากับโลหะ จะเกิดสารประกอบที่พันธะส่วนใหญ่เป็นไอออนิก เช่น KCl หรือ CaO เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน อโลหะสามารถก่อรูปสารประกอบพันธะโควาเลนต์ได้ (Cl3N, ClF, CS2 เป็นต้น)
เบสและกรด
เบสเป็นสารที่ซับซ้อน ที่สำคัญที่สุดคือไฮดรอกไซด์ที่ละลายน้ำได้ เมื่อละลาย พวกมันจะแยกตัวกับไอออนบวกของโลหะและแอนไอออนของไฮดรอกไซด์ และ pH ของพวกมันจะมากกว่า 7 เบสถือว่าตรงข้ามทางเคมีกับกรด เนื่องจากกรดที่แยกตัวออกจากน้ำจะเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (H3O+) จนกว่าเบสจะลดลง
กรดคือสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีกับเบส โดยดึงอิเล็กตรอนออกมา กรดที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติส่วนใหญ่สามารถละลายน้ำได้ เมื่อละลายก็จะแยกตัวออกจากไฮโดรเจนไอออนบวก(N+) และแอนไอออนที่เป็นกรด และ pH ของพวกมันน้อยกว่า 7
