wikipedia.infostar.cz
Úvod :: Vyhledávání :: Novinky :: O nás

Anorganická chemie

Anorganická chemie je odvětví chemie zaujaté vlastnostmi a chováním anorganických sloučenin. Toto pole pokryje všechny chemické sloučeniny kromě myriad organické sloučeniny, který jsou předměty organické chemie. Rozdíl mezi dvěma disciplínami je daleko od absolute, a tam je hodně překrývání, nejvíce důležitě v náhradníkovi-kázeň chemie organometallic.

Nepřehlédněte: Tato stránka obsahuje strojový překlad textu z anglické encyklopedie Wikipedia. Pokud budou některé pasáže špatně srozumitelné, zkuste se podívat i na text v originále, který najdete pod odkazem Inorganic chemistry. Překlad byl vytvořen pomocí překladače Eurotran.

Klíčové představy

Velikost anorganických sloučenin nastat jak soli, kombinace cations a anions se spojili iontovým propojením. Příklady cations jsou sodík Na +, a hořčík Mg2 + a příklady anions jsou kysličník O2? a chlorid Cl?. Jak soli jsou neutrally nabité, tyto ionty tvoří směsi takový jako kysličník sodíku Na2O nebo chlorid hořčíku MgCl2. Ionty jsou popsané jejich oxidačním stavem a jejich snadnost formace může být odvozena od ionization potenciál (pro cations) nebo od elektronu příbuzný rys (anions) mateřských prvků.

Důležité třídy anorganických sloučenin jsou kysličníky, uhličitany, sulfáty a halides. Mnoho anorganických sloučenin je charakterizováno vysoce body tání. Anorganické soli typicky být chudý dirigenti v pevném skupenství. Další důležitý rys je jejich rozpustnost v např. vlhnout (vidět: diagram rozpustnosti), a klid krystalizace. Kde některé soli (např. NaCl) být velmi rozpustný ve vodě, jiní (např. SiO2) být ne.

Nejjednodušší anorganická reakce je dvojité vysídlení, když v mixování dvou solí ionty jsou vyměněny bez změny v oxidačním stavu. V reakcích redox jeden reactant, okysličovadlo, sníží jeho oxidační stav a další reactant, reductant, jeho oxidační stav se zvětšil. Čistý výsledek je výměna elektronů. Výměna elektronu může nastat nepřímo také, např. v bateriích, klíčová představa v electrochemistry.

Když jeden reactant obsahuje atomy vodíku, reakce může se konat tím, že vymění protony v acid-base chemie. Ve více obecné definici, kyselina může být nějaký druh chemikálie schopný vázání k dvojicím elektronů je nazýván Lewis kyselinou; naopak nějaká molekula, která inklinuje darovat dvojici elektronů je odkazoval se na jako základ Lewise. Jak refinement acid-base vzájemná ovlivňování, HSAB teorie bere do polarizability účtu a velikosti iontů.

Anorganické sloučeniny se nalézají v přírodě jako nerosty. Půda může obsahovat pyrit jako pyrite nebo sulfát vápníku jako sádrovec. Anorganické sloučeniny jsou také našel multitasking jak biomolecules: jak electrolytes (kamenná sůl), v ukládání energie (ATP) nebo v stavebnictví (polyphosphate páteř v DNA).

První důležitá umělá anorganická sloučenina ammonium dusitan pro fertilizaci půdy přes Haber proces. Anorganické sloučeniny jsou syntetizovány pro použití jako katalyzátory takový jak vanadium (V) kysličník a titan (III) chlorid, nebo jako činidla v organické chemii takový jako hliník lithia hydride.

Pododdělení anorganické chemie jsou chemie organometallic, skupinová chemie a chemie bioinorganic. Tato pole jsou aktivní oblasti výzkumu anorganické chemie, mířil k novým katalyzátorům, supravodičům a terapiím.

Průmyslová anorganická chemie

Anorganická chemie je velmi praktická oblast vědy. Tradičně, měřítko ekonomiky národa mohlo být ohodnoceno jejich výkonností kyseliny sulfuric. Vrchol 20 anorganických chemikálií vyráběných v Kanadě, Čína, Evropa, Japonsko, a nás (2005 dat): sulfát hliníku, čpavek, ammonium dusičnan, ammonium sulfát, uhelná čerň, chlór, hydrochloric kyselina, vodík, peroxid vodíku, dusičná kyselina, dusík, kyslík, kyselina phosphoric, sodíkový uhličitan, chlorate sodíku, kaustická soda, silikát sodíku, sodíkový sulfát, sulfuric kyselinu a titan dioxide.

Vyrábění fertilisers je další praktické využití průmyslové anorganické chemie.

Popisná anorganická chemie

Popisná anorganická chemie se zaměří na klasifikaci směsí založených na jejich vlastnostech. Částečně klasifikace se zaměří na pozici v periodické tabulce nejtěžšího elementu (element s nejvyšší atomovou hmotností) ve směsi, částečně tím, že seskupí směsi jejich strukturálními podobami. Když studuje anorganické sloučeniny, jeden často se setká s díly různých tříd anorganické chemie (organometallic směs je charakterizována jeho chemií koordinace, a smět odhalit zajímavé pevné státní vlastnosti).

Různé klasifikace jsou:

Komplexní sloučeniny

Klasické komplexní sloučeniny kovy rysa vázaly k”osamocené páry#rquote elektronů bydlet na hlavních skupinových atomech ligands takový jak H2O, NH3, Cl?, a CN?. V moderních komplexních sloučeninách téměř všechny organické a anorganické směsi mohou být používány jako ligands. “kov” obvykle je kov od skupin 3-13, také jak trans-lanthanides a trans-actinides, ale z jisté perspektivy, všechny chemické sloučeniny mohou být popisovány jako komplexy koordinace.

Stereochemistry komplexů koordinace může být docela bohatý, jak zmínil se o Wernerovým oddělením dva enantiomers [Co (( Oh) 2Co (NH3) 4) 3] 6 +, časná demonstrace, která chirality není tkvící v organických sloučeninách. Aktuální téma uvnitř této specializace supramolecular chemii koordinace.

Hlavní skupinové směsi

Tyto druhové rysové elementy od skupin 1, 2 a 13-18 (vyjma vodíku) periodické tabulky. Kvůli jejich často podobné reaktivitě, elementy ve skupině 3 (Sc, Y, a La) a skupina 12 (Zn, Cd, a Hg) být také obecně zahrnutý.

Hlavní skupinové směsi byly známé od začátků chemie, např. základní síra a destilovatelná bílá fosfor. Experimentuje na kyslíku, O2, Lavoisier a Priestley ne jen identifikoval důležitý diatomic plyn, ale otevíral cestu pro směsi popsaní a reakce shodovat se k stoichiometric poměry. Objev praktické syntézy čpavek používat katalyzátory železa Carl Bosch a Fritz Haber v brzy 1900 hluboce ovlivnil lidstvo, ukázání významu anorganické chemické syntézy. Typické hlavní skupinové směsi jsou SiO2, SnCl4, a N2O. mnoho hlavních skupinových směsí může také být zatříděné jak “organometallic”, zatímco oni obsahují organické skupiny, např. B (CH3)3). Hlavní skupinové směsi také nastanou v přírodě, např. fosfát v DNA, a proto smět být zatříděný jak bioinorganic. Naopak, chybění organických sloučenin (mnoho) ligands vodíku může být zatříděný jak “anorganický”, takový jako fullerenes, buckytubes a binární uhlíkové kysličníky.

Přechodové kovové směsi

Smíchá obsahující kovy od skupiny 4 k 11 být považoval přechod za směsi kovu. Směsi s kovem od skupiny 3 nebo 12 být někdy také včleněn do této skupiny, ale také často klasifikované jak hlavní skupinové směsi.

Přechodové kovové směsi ukazují bohatou koordinaci chemie, lišit se od čtyřboký pro titan (např. TiCl4) k čtvercový rovinný pro některé komplexy niklu k octahedral pro komplexy koordinace kobaltu. Rozsah kovů přechodu může být nalezený v biologicky důležitých směsech, takový jako železo v hemoglobin.

Organometallic směsi

Obvykle, organometallic směsi jsou zvažovány obsahovat M-C-H skupina. Kov (M) v těch kovové peníze mohou jeden být hlavní skupinový element nebo kov přechodu. Operačně, definice organometallic směsi je více uvolněná obsahovat také velmi lipophilic komplexy takový jako kov carbonyls a dokonce kov alkoxides.

Organometallic směsi jsou hlavně považovány za zvláštní kategorii, protože organické ligands jsou často citlivé na hydrolýzu nebo oxidaci, vyžadovat to chemie organometallic použije specializovanější přípravné metody než byl tradiční v Wernerovi-komplexy typu. Syntetická metodologie, obzvláště schopnost manipulovat s komplexy v rozpouštědlech nízké koordinační síly, umožnil zkoumání velmi slabě koordinační ligands takový jako uhlovodíky, H2, a N2. Protože ligands jsou petrochemikálie v nějakém smyslu, oblast chemie organometallic velmi těžila z jeho důležitosti pro průmysl.

Skupinové směsi

Skupiny mohou být nalezené ve všech třídách chemických sloučenin. Podle běžně přijímané definice, skupina se sestává minimálně trojúhelníkového souboru atomů, které jsou přímo spojené ke každému jiný. Ale kov-kov spojené dimetallic komplexy jsou velmi významné pro oblast. Skupiny vyskytují se v “čistý” anorganické systémy, organometallic chemii, hlavní skupinovou chemii a chemii bioinorganic. Rozdíl mezi velmi velkými skupinami a velkými pevnými látkami je zvýšeně rozmazán. Toto rozhraní je chemické východisko pro nanoscience nebo nanotechnology a specificky se vynořit ze studie o kvantové velikosti efekty v kadmiu selenide skupiny. Tak, velké skupiny mohou být popisovány jako soubor spojených atomů přechodný v charakteru mezi molekulou a pevné látce.





Bioinorganic směsi

Viz též Bioorganometallic chemie

Samozřejmě, tyto směsi nastanou v přírodě, ale subfield zahrnuje anthropogenic druh, takový jak pollutants (např. methylmercury) a drogy (např. Cisplatin). Pole, který včlení mnohé stránky biochemie, zahrnuje mnoho druhů směsí, např. fosfáty v DNA, a také komplexy kovu obsahovat ligands, které sahají od biologického macromolecules, obyčejně peptides, k nemocnému-definoval druh taková jak humic kyselina, a vlhnout (např. uspořádaný gadolinium komplexy zaměstnané pro MRI). Tradičně bioinorganic chemické zájmy o elektron - a energie-převod v bílkovinách významných pro dýchání. Léčivá anorganická chemie zahrnuje studium jak nepodstatných a základních elementů se použitími v diagnóze tak terapií.

Směsi pevného skupenství

Tato důležitá oblast se zaměří na strukturu, propojení a fyzikální vlastnosti materiálů. V praxi, pevné skupenství anorganická chemie použije techniky takový jak crystallography získat chápání vlastností, které vyplývají z kolektivních vzájemných ovlivňování mezi subunits pevné látky. Zahrnutý v chemii pevného skupenství jsou kovy a jejich slitiny nebo intermetallic deriváty. Podobné obory jsou fyzika pevné fáze, mineralogie a věda materiálů.

Teoretická anorganická chemie

Alternativní pohled na oblasti anorganické chemie začne Bohr modelem atomu a, používat nástroje a modely teoretické chemie a výpočetní chemie, expanduje do propojení v jednoduchý a pak více složených molekul. Přesný quantum mechanické popisy pro druh multielectron, provincie anorganické chemie, je těžký. Tato výzva plodila mnoho polořadovky-kvantitativní nebo polořadovka-empirické přístupy včetně molekulární okružní teorie a ligand postaví teorii, souběžně s těmito teoretickými popisy, přibližné metodologie jsou zaměstnány, včetně hustoty funkční teorie.

Výjimky z teorií, kvalitativní a kvantitativní, být extrémně důležitý ve vývoji pole. Například, CuII2 (OAc) 4 (H2O) 2 je téměř diamagnetic pod pokojovou teplotou zatímco teorie Crystal Fieldové předpovídá, že molekula by měla dva nepárové elektrony. Neshoda mezi kvalitativní teorií (paramagnetický) a pozorování (diamagnetic) vedl k vývoji modelů pro “magnetické propojení.” tyto zlepšené modely vedly k vývoji nových magnetických materiálů a novým technologiím.

Kvalitativní teorie

Anorganická chemie velmi těžila z kvalitativních teorií. Takové teorie jsou snadnější se učit jak oni vyžadují malé pozadí v kvantové teorii. Uvnitř hlavní skupinové směsi, VSEPR teorie mocně předpovídá, nebo přinejmenším racionalizuje, struktury hlavních skupinových směsí, takový jako vysvětlení pro proč NH3 je pyramidový zatímco ClF3 je T-tvarovaný. Pro kovy přechodu, krystalová polní teorie dovolí jednoho rozumět magnetismu mnoho jednoduchých komplexů, takový jak proč [FeIII(CN)6]3? má jen jeden nepárový elektron, zatímco [FeIII(H2O)6]3 + má pět. Obzvláště silný kvalitativní přístup ke zhodnocování struktura a reaktivita začne molekulami zařazení shodovat se k počítání elektronu, se zaměřit na čísla elektrony valence, obvykle u centrálního atomu v molekule.

Molekulární symetrická skupinová teorie

Centrální pojem v anorganické chemii je teorie molekulární symetrie. Matematická skupinová teorie poskytuje jazyk popisovat tvary molekul podle jejich bodové skupinové symetrie. Teorie skupiny také zmocní factoring a zjednodušení teoretických výpočtů.

Spectroscopic rysy jsou analyzovány a popsal s ohledem na vlastnosti symetrie, pohřbít alia, vibrational nebo elektronické státy. Znalost vlastností symetrie země a vybuzených stavů dovolí jednoho předpovídat čísla a intenzity absorptions v vibrational a elektronických spektrech. Klasická aplikace teorie skupiny je předpověď čísla C-O chvění v kovu substituted carbonyl komplexy. Nejvíce obyčejná použití symetrie k spektroskopii zahrnují vibrational a elektronická spektra.

Jako vzdělávací nástroj, teorie skupiny upozorní na commonalities a rozdíly v propojení jinak různorodých druhů, takový jak WF6 a Mo (CO) 6 nebo CO2 a NO2.

Stezky reakce

Teorie chemických reakcí je náročnější než teorie pro statickou molekulu. Marcus teorie poskytuje silnou vazbu mezi propojením, mechanismem a reaktivitou. Poměrné síly kovu-ligand se spojí, který může být spočítán teoreticky, očekává kinetically dostupné stezky.

Termodynamika a anorganická chemie

Alternativní kvantitativní přístup k anorganické chemii se zaměří na energie reakcí. Tento přístup je velmi tradiční a empirický, ale to je také užitečné. Široké představy, které jsou formulované v termínech thermodynamic zahrnují redox potenciál, kyselost, fázové změny. Klasické pojetí v anorganické termodynamice je Born-Haber cykluje, který je užitý na zhodnocování energie základních procesů takový jako elektronová příbuznost, někteří který nemůže být sledován přímo.

Mechanická anorganická chemie

An důležitý a zvýšeně populární aspekt anorganické chemie zájmy o stezky reakce. Mechanismy reakcí jsou diskutovány rozdílně pro různé třídy směsí.

Hlavní skupinové elementy a lanthanides

Mechanismy hlavních skupinových sloučenin skupin 13-18 být obvykle projednán v souvislosti s organickou chemií (organické sloučeniny jsou hlavní skupinové směsi, nakonec). Elementy těžší než C, N, O, a F často tvořit směsi s více elektrony než předpovídal pravidlem okteta, jak vysvětlil to v článku o molekulách hypervalent. Mechanismy jejich reakcí se liší od organických sloučenin z tomto důvodu. Zapalovač elementů než uhlík (B, být, Li) stejně jako Al a Mg často tvoří elektron-nedostatečné struktury, které jsou elektronicky blízké carbocations. Takový elektron-nedostatečné druhy inklinují působit přes asociativní stezky. Chemie lanthanides odráží mnohé stránky chemie viděné pro hliník.

Přechodové kovové komplexy

Mechanismy pro reakce kovů přechodu jsou diskutovány rozdílně od hlavních skupinových směsí. Důležitá role d-orbitals v propojení silně ovlivňuje stezky a rychlosti ligand substituce a oddělení. Tato témata jsou zakrytá v článkách o chemii koordinace a ligand. Obě asociativní a dissociative stezky jsou sledovány.

Překlenující aspekt mechanického přechodového chemického složení je kinetické lability komplexu objasněného výměnou volné a spojené vody na typických komplexech [M (H2O) 6] n +:

Rychlosti oběhu vody se mění 20 pořadí velikosti přes periodickou tabulku, s lanthanide komplexy v jednom extrému a Ir (III) druh být nejpomalejší.

Redox reakce

Redox reakce jsou převládající pro elementy přechodu. Dvě třídy redox reakce jsou zvažovány: atom-přenést reakce, takové jak oxidační sčítání/zmenšující eliminaci, a elektron-převod. Základní redox reakce je “self-výměna”, který zahrnuje reakci zvrhlíka mezi okysličovadlem a reductant. Například, permanganate a jeho jeden-elektron redukované poměrné manganate vymění jeden elektron:

Reakce u ligands

Uspořádané ligands zobrazují reaktivitu odlišnou od volného ligands. Například, kyselost ligands čpavku v [Co (NH3) 6] 3 + je zvýšený příbuzný k NH3 sám. Alkenes skáče ke kovu cations jsou reaktivní k nucleophiles, zatímco alkenes normálně nejsou. Velký a industrially důležitá oblast katalýza závisí na schopnosti kovů modifikovat reaktivitu organického ligands. Homogenní katalýza se vyskytuje v řešení a různorodá katalýza nastane když plynný nebo se rozpustil substráty ovlivňují se s povrchy pevných látek. Tradičně homogenní katalýza je uvážená část chemie organometallic a různorodá katalýza je diskutován v kontextu věda povrchu, subfield chemie pevného skupenství. Ale základní anorganické chemické principy jsou stejné. Kovy přechodu, téměř jedinečně, reagovat s malými molekulami takový jako CO, H2, O2, a C2H4. Průmyslový význam těchto feedstocks řídí aktivní oblast katalýzy.

Charakterizace anorganických sloučenin

Protože různorodého rozsahu elementů a correspondingly různorodých vlastností výsledných derivátů, anorganická chemie je blízko spojená s mnoha metodami analýzy. Starší metody inklinovaly zkoumat objemové vlastnosti takový jako elektrická vodivost řešení, body tání, rozpustnost a kyselost. S příchodem kvantové teorie a korespondenční expanze elektronického přístroje, nové nástroje byly představené sondovat elektronické vlastnosti anorganických molekul a pevné látky. Často tato měření poskytují nahlédnutí významná pro teoretické modely. Například, měření na photoelectron spektru metanového plynu demonstrovala, že popisovat propojení dva-centrum, dva-svazky elektronu předpovídaly mezi uhlíkem a používáním vodíku Valence svazková teorie není vhodná k popsaní ionisation procesů v jednoduché cestě. Taková nahlédnutí vedla k popularizaci molekulární okružní teorie, zatímco plně delocalised orbitals jsou vhodnější jednoduchý popis odstranění elektronu a excitace elektronu.

Obyčejně se setkal s technikami být:

Syntetická anorganická chemie

Ačkoli některé anorganické kovové peníze mohou být získány v čisté formě od přírody, nejvíce být syntetizován v chemických továrnách a v laboratoři.

Anorganické syntetické metody mohou být klasifikované hrubě shodovat se nestálost nebo rozpustnost komponenty reactants. Rozpustné anorganické sloučeniny jsou připravené použití metod organické syntézy. Pro kov-obsahovat směsi, které jsou reaktivní ke vzduchu, Schlenk lince a schránce v přístrojové desce techniky jsou následovány. Těkavé sloučeniny a plyny jsou falšováni v “manifolds vakua” sestávat ze skleněného potrubí propojeného přes ventily, celistvost který může být evakuován k 0.001 mm Hg nebo méně. Směsi jsou zhuštěné používat kapalný dusík (b.p. 78K) nebo jiné cryogens. Pevné látky jsou typicky připravené používat trubkové pece, reactants a bytí produktů zapečetěné v nádobách, často vyrobený z taveného křemenu (amorphous SiO2) ale někdy specializovanější materiály takové jak svařené Ta trubky nebo Pt “lodě”. Produkty a reactants jsou transportovány mezi zónami teploty k reakcím pohonu.

Odkazy

  1. ^ “Fakty a postavy chemického průmyslu” chemikálie a inženýrské zprávy, 10. července 2006.
  2. ^ Lehn, J. M., Supramolecular chemie: Představy a pohledy, VCH: Weinhiem, 1995
  3. ^ Greenwood, N. N.; a Earnshaw, A. (1997). Chemie elementů (2nd Edn.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
  4. ^ C. Elschenbroich, A. Salzer” Organometallics  : Stručný úvod” (2nd Ed) (1992); Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 3-527-28165-7
  5. ^ S. J. Lippard, J. M. Berg “principy Bioinorganic chemie” univerzitní vědecké knihy: Mlít Valley, CA; 1994. ISBN 0-935702-73-3.
  6. ^ Wells, A.F. (1984). Strukturální anorganická chemie, Oxford: Clarendon tiskne.
  7. ^ Bavlna, F. A., chemické aplikace teorie skupiny, John Wiley a synové: New York, 1990
  8. ^ R. G. Wilkins “Kinetics a mechanismus reakcí přechodových kovových komplexů” Wiley-VCH Verlag; 2nd, 1991) ISBN 3-527-28389-7
  9. ^ Girolami, G. S.; Rauchfuss, T. B. a Angelici, R. J., syntéza a technika v anorganické chemii, univerzitní vědecké knihy: Mlít Valley, CA, 1999

Viz též

Odkazy

Spojení na online anorganickou chemii žurnály [1]

Úvod :: Vyhledávání :: Novinky :: O nás
Tento text je zveřejněn za podmínek GNU/FDL licence.