Keemiakursus koolides algab 8. klassis teaduse üldiste aluste õppimisega: kirjeldatakse võimalikke aatomitevahelisi sidemete liike, kristallvõrede liike ja levinumaid reaktsioonimehhanisme. Sellest saab alus olulise, kuid spetsiifilisema jaotise – anorgaaniliste ainete – uurimisele.
Mis see on
Anorgaaniline keemia on teadus, mis arvestab perioodilisustabeli kõigi elementide struktuuri, põhiomaduste ja reaktsioonivõime põhimõtteid. Anorgaanilises mängib olulist rolli perioodiline seadus, mis lihtsustab ainete süstemaatilist klassifitseerimist, muutes nende massi, arvu ja tüüpi.
Kursusel käsitletakse ka tabeli elementide koosmõjul tekkinud ühendeid (ainsaks erandiks on süsivesinike ala, mida käsitletakse orgaanika peatükkides). Anorgaanilise keemia ülesanded võimaldavad teil praktikas omandatud teoreetilisi teadmisi välja töötada.
Teadus ajaloosaspekt
Nimi "anorgaaniline" tekkis lähtuv alt ideest, et see hõlmab osa keemilistest teadmistest, mis ei ole seotud bioloogiliste organismide tegevusega.
Aja jooksul on tõestatud, et suurem osa orgaanilisest maailmast suudab toota "elutuid" ühendeid ning laboris sünteesitakse mis tahes tüüpi süsivesinikke. Niisiis, ammooniumtsüanaadist, mis on elementide keemias sool, suutis Saksa teadlane Wehler sünteesida uureat.
Et vältida segadust mõlema teaduse nomenklatuuri ja uurimisliikide klassifikatsiooniga, hõlmab kooli- ja ülikoolikursuste programm, järgides üldkeemiat, anorgaaniliste ainete uurimist kui põhidistsipliini. Teadusmaailm järgib sarnast järjestust.
Anorgaaniliste ainete klassid
Keemia näeb ette materjali sellise esituse, milles anorgaaniliste ainete sissejuhatavates peatükkides käsitletakse elementide perioodilist seadust. See on eritüüpi klassifikatsioon, mis põhineb eeldusel, et tuumade aatomilaengud mõjutavad ainete omadusi ja need parameetrid muutuvad tsükliliselt. Algselt koostati tabel elementide aatommasside suurenemise peegeldusena, kuid peagi lükati see jada tagasi, kuna see ei olnud järjepidev seoses anorgaaniliste ainete küsimusega.
Keemia viitab lisaks perioodilisuse tabelile umbes saja joonise, klastri ja diagrammi olemasolule, mis kajastavad omaduste perioodilisust.
Praegu on sellise kaalumise konsolideeritud versioonmõisted kui anorgaanilise keemia klassid. Tabeli veerud tähistavad elemente sõltuv alt füüsikalistest ja keemilistest omadustest, ridadel - üksteisega sarnased perioodid.
Lihtsad ained anorgaanilistes ainetes
Märk perioodilisuse tabelis ja lihtaine vabas olekus on enamasti erinevad asjad. Esimesel juhul kajastuvad ainult teatud tüüpi aatomid, teisel - osakeste ühenduse tüüp ja nende vastastikune mõju stabiilsel kujul.
Keemiline side lihtsates ainetes määrab nende jagunemise perekondadeks. Seega saab eristada kahte laia aatomirühma tüüpi – metallid ja mittemetallid. Esimene perekond sisaldab 96 elementi 118 uuritud elemendist.
Metallid
Metallitüüp tähendab sama nimega seost osakeste vahel. Interaktsioon põhineb võre elektronide sotsialiseerumisel, mida iseloomustab suunamatus ja küllastumatus. Seetõttu juhivad metallid hästi soojust ja laengud, neil on metalliline läige, vormitavus ja elastsus.
Tavaliselt on metallid perioodilisustabelis vasakul, kui tõmmatakse sirgjoon boorist astatiini. Sellele joonele lähedased elemendid on enamasti piiritletud ja neil on kahesugused omadused (nt germaanium).
Metallid moodustavad enamasti aluselisi ühendeid. Selliste ainete oksüdatsiooniaste ei ületa tavaliselt kahte. Rühmas metallilisus suureneb, teatud perioodil aga väheneb. Näiteks radioaktiivsel frantsiumil on rohkem aluselisi omadusi kui naatriumil jaHalogeenide perekonnas on joodil isegi metalliline läige.
Muidu on olukord perioodis - inertgaasid täidavad alatasemed, enne mida on vastupidiste omadustega ained. Perioodilisuse tabeli horisontaalses ruumis muutub elementide avalduv reaktsioonivõime aluselisest amfoteersest happeliseks. Metallid on head redutseerijad (võtvad sidemete moodustumisel vastu elektrone).
Mittemetallid
Seda tüüpi aatomid kuuluvad anorgaanilise keemia põhiklassidesse. Mittemetallid asuvad perioodilisuse tabeli paremal küljel, näidates tavaliselt happelisi omadusi. Enamasti esinevad need elemendid omavahel ühendite kujul (näiteks boraadid, sulfaadid, vesi). Vabas molekulaarses olekus on väävli, hapniku ja lämmastiku olemasolu teada. Samuti on mitmeid kaheaatomilisi mittemetallilisi gaase – lisaks kahele ülalnimetatule on nende hulgas vesinik, fluor, broom, kloor ja jood.
Need on kõige levinumad ained maa peal – eriti levinud on räni, vesinik, hapnik ja süsinik. Jood, seleen ja arseen on väga haruldased (see hõlmab ka radioaktiivseid ja ebastabiilseid konfiguratsioone, mis asuvad tabeli viimastel perioodidel).
Ühendites käituvad mittemetallid valdav alt hapetena. Need on võimsad oksüdeerivad ained tänu võimele kinnitada taseme lõpetamiseks täiendav arv elektrone.
Keerulised ained anorgaanilistes ainetes
Lisaks ainetele, mida esindab üks aatomite rühm,tehakse vahet mitme erineva konfiguratsiooniga ühendite vahel. Sellised ained võivad olla binaarsed (koosnevad kahest erinevast osakesest), kolme-, neljaelemendilised ja nii edasi.
Kaheelemendilised ained
Keemia omistab erilist tähtsust molekulide sidemete binaarsusele. Anorgaaniliste ühendite klasse käsitletakse ka aatomite vahel tekkiva sideme seisukoh alt. See võib olla ioonne, metalliline, kovalentne (polaarne või mittepolaarne) või segatud. Tavaliselt on sellistel ainetel selgelt aluseline (metalli juuresolekul), amforteerne (kahekordne – eriti iseloomulik alumiiniumile) või happeline (kui on element, mille oksüdatsiooniaste on +4 ja kõrgem) omadused.
Kolmeelemendilised sidusrühmad
Anorgaanilise keemia teemad näevad ette seda tüüpi aatomite liitmist. Rohkem kui kahest aatomirühmast koosnevad ühendid (enamasti tegelevad anorgaanilised kolmeelemendiliste liikidega) tekivad tavaliselt selliste komponentide osalusel, mis erinevad üksteisest oluliselt füüsikalis-keemiliste parameetrite poolest.
Võimalikud sidemete tüübid on kovalentsed, ioonsed ja segasidemed. Tavaliselt on kolmeelemendilised ained käitumiselt sarnased binaarsetega, kuna üks aatomitevahelise interaktsiooni jõud on palju tugevam kui teine: nõrk moodustub sekundaarselt ja sellel on võime lahuses kiiremini dissotsieeruda.
Anorgaanilise keemia tunnid
Valdav enamus anorgaanilise aine kursusel uuritud aineid saab käsitleda lihtsa klassifikatsiooniga sõltuv alt nende koostisest jaomadused. Niisiis eristatakse hüdroksiide, happeid, oksiide ja sooli. Nende suhete kaalumist on parem alustada oksüdeeritud vormide kontseptsiooniga tutvumisest, milles võib esineda peaaegu iga anorgaaniline aine. Selliste sidusainete keemiat käsitletakse oksiidide peatükkides.
Oksiidid
Oksiid on mis tahes keemilise elemendi ühend, mille oksüdatsiooniaste on -2 (peroksiidides vastav alt -1). Sideme moodustumine toimub elektronide tagasilöögi ja kinnitumise tõttu O2 (kui hapnik on kõige elektronegatiivsem element).
Võib esineda nii happelisi, amfoteerseid kui ka aluselisi omadusi, olenev alt teisest aatomirühmast. Kui see on metall, ei ületa see oksiidis oksüdatsiooniastet +2, kui tegemist on mittemetalliga - alates +4 ja üle selle. Kahelaadsete parameetritega proovides on väärtus +3.
Happed anorgaanilistes ainetes
Happeliste ühendite keskmine reaktsioon on alla 7 vesiniku katioonide sisalduse tõttu, mis võivad lahustuda ja seejärel asendada metalliiooniga. Klassifikatsiooni järgi on need keerulised ained. Enamikku happeid saab saada vastavate oksiidide veega lahjendamisel, näiteks väävelhappe moodustumisel pärast SO3.
Anorgaanilise keemia põhitõed
Seda tüüpi ühendite omadused tulenevad hüdroksüülradikaali OH olemasolust, mis annab keskkonna reaktsiooni üle 7. Lahustuvad alused on nn.leelised, on nad selle ainete klassi tugevaimad tänu täielikule dissotsiatsioonile (lagunevad vedelikus ioonideks). OH rühma soolade moodustumisel saab asendada happeliste jääkidega.
Anorgaaniline keemia on kaksikteadus, mis suudab kirjeldada aineid erinevatest vaatenurkadest. Protolüütilises teoorias peetakse aluseid vesiniku katioonide aktseptoriteks. See lähenemine laiendab selle ainete klassi mõistet, nimetades leeliseks mis tahes ainet, mis suudab vastu võtta prootoneid.
Soolad
Seda tüüpi ühendid on aluste ja hapete vahel, kuna need on nende vastasmõju tulemus. Seega toimib metalliioon (mõnikord ammooniumi, fosfooniumi või hüdroksooniumi) tavaliselt katioonina ja happejääk anioonse ainena. Kui moodustub sool, asendub vesinik mõne teise ainega.
Sõltuv alt reaktiivide arvu ja nende tugevuse suhtest üksteise suhtes on mõistlik kaaluda mitut tüüpi interaktsiooniprodukte:
- aluselised soolad saadakse, kui hüdroksüülrühmad ei ole täielikult asendatud (sellistel ainetel on leeliseline reaktsioonikeskkond);
- happesoolad tekivad vastupidisel juhul - reageeriva aluse puudumisel jääb ühendisse osaliselt vesinik;
- Kõige kuulsamad ja lihtsamini arusaadavad on keskmised (või tavalised) proovid – need on reaktiivide täieliku neutraliseerimise saadus vee ja ainult metalli katiooni või selle analoogi ja happejäägiga ainega..
Anorgaaniline keemia on teadus, mis hõlmabiga klassi jagamine fragmentideks, mida käsitletakse erinevatel aegadel: mõned - varem, teised - hiljem. Põhjalikuma uuringuga eristatakse veel 4 tüüpi soolasid:
- Double sisaldab ühte aniooni kahe katiooni juuresolekul. Tavaliselt saadakse sellised ained kahe soola liitmisel sama happejäägiga, kuid erinevate metallidega.
- Segatüüp on vastupidine eelmisele: selle aluseks on üks katioon kahe erineva aniooniga.
- Kristallhüdraadid - soolad, mille valemis on vesi kristalliseerunud olekus.
- Kompleksid on ained, milles katioon, anioon või mõlemad on moodustava elemendiga kobarate kujul. Selliseid sooli võib saada peamiselt alarühma B elementidest.
Teised anorgaanilise keemia töökojas sisalduvad ained, mida saab liigitada sooladeks või eraldi teadmiste peatükkideks, hõlmavad hüdriide, nitriide, karbiide ja intermetalliide (mitme metalli ühendid, mis ei ole sulamid).
Tulemused
Anorgaaniline keemia on teadus, mis pakub huvi igale selle ala spetsialistile, olenemata tema huvidest. See sisaldab esimesi selles aines koolis õpitud peatükke. Anorgaanilise keemia kursus näeb ette suurte teabehulkade süstematiseerimist vastav alt arusaadavale ja lihtsale klassifikatsioonile.
