Ķīmijas kurss skolās sākas 8. klasē ar vispārējo zinātņu pamatu apgūšanu: aprakstīti iespējamie saišu veidi starp atomiem, kristālrežģu veidi un izplatītākie reakcijas mehānismi. Tas kļūst par pamatu svarīgas, bet specifiskākas sadaļas - neorganisko vielu - izpētei.
Kas tas ir
Neorganiskā ķīmija ir zinātne, kas ņem vērā visu periodiskās tabulas elementu struktūras principus, pamatīpašības un reaktivitāti. Svarīga loma neorganiskajā ir Periodiskajam likumam, kas racionalizē vielu sistemātisko klasifikāciju, mainot to masu, skaitu un veidu.
Kursā tiek apskatīti arī savienojumi, kas veidojas tabulas elementu mijiedarbības laikā (vienīgais izņēmums ir ogļūdeņražu apgabals, kas aplūkots organisko vielu nodaļās). Uzdevumi neorganiskajā ķīmijā ļauj apgūt praksē iegūtās teorētiskās zināšanas.
Zinātne vēsturiskajāaspekts
Nosaukums "neorganiskais" radies saskaņā ar domu, ka tas aptver ķīmisko zināšanu daļu, kas nav saistīta ar bioloģisko organismu darbību.
Laika gaitā ir pierādīts, ka lielākā daļa organiskās pasaules var ražot "nedzīvus" savienojumus, un jebkura veida ogļūdeņraži tiek sintezēti laboratorijā. Tātad no amonija cianāta, kas ir sāls elementu ķīmijā, vācu zinātnieks Vēlers spēja sintezēt urīnvielu.
Lai izvairītos no neskaidrībām ar nomenklatūru un pētījumu veidu klasifikāciju abās zinātnēs, skolu un augstskolu kursu programmā, sekojot vispārējai ķīmijai, ir iekļauta neorganisko vielu kā pamatdisciplīna. Zinātniskā pasaule saglabā līdzīgu secību.
Neorganisko vielu klases
Ķīmija paredz tādu materiāla izklāstu, kurā neorganisko vielu ievadnodaļās aplūkots Periodiskais elementu likums. Šī ir īpaša veida klasifikācija, kuras pamatā ir pieņēmums, ka kodolu atomu lādiņi ietekmē vielu īpašības, un šie parametri mainās cikliski. Sākotnēji tabula tika veidota kā elementu atomu masas pieauguma atspoguļojums, taču drīz šī secība tika noraidīta, jo tā bija nekonsekventa attiecībā uz neorganiskām vielām, kas prasa šo jautājumu izskatīt.
Ķīmija papildus periodiskajai tabulai liecina par aptuveni simts figūru, kopu un diagrammu klātbūtni, kas atspoguļo īpašību periodiskumu.
Šobrīd konsolidētā versija par šādu apsvēršanujēdzieni kā neorganiskās ķīmijas klases. Tabulas kolonnās norādīti elementi atkarībā no fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, rindās - periodi, kas līdzīgi viens otram.
Vienkāršas vielas neorganiskajās vielās
Zīme periodiskajā tabulā un vienkārša viela brīvā stāvoklī visbiežāk ir dažādas lietas. Pirmajā gadījumā tiek atspoguļots tikai noteikts atomu tips, otrajā - daļiņu savienojuma veids un to savstarpējā ietekme stabilās formās.
Ķīmiskā saite vienkāršās vielās nosaka to sadalījumu ģimenēs. Tādējādi var izdalīt divus plašus atomu grupu veidus - metālus un nemetālus. Pirmajā saimē ir iekļauti 96 elementi no 118 pētītajiem.
Metāls
Metāla tips nozīmē, ka starp daļiņām ir tāda paša nosaukuma savienojums. Mijiedarbība balstās uz režģa elektronu socializāciju, kam raksturīga nevirziena un nepiesātinātība. Tāpēc metāli labi vada siltumu un uzlādējas, tiem ir metālisks spīdums, kaļamība un elastība.
Parasti metāli ir periodiskās tabulas kreisajā pusē, kad tiek novilkta taisna līnija no bora līdz astatīnam. Elementiem, kas atrodas tuvu šai līnijai, visbiežāk ir robežu raksturs, un tiem ir divējādas īpašības (piemēram, germānija).
Metāli lielākoties veido bāzes savienojumus. Šādu vielu oksidācijas pakāpes parasti nepārsniedz divus. Grupā metāliskums palielinās, bet periodā samazinās. Piemēram, radioaktīvajam francijam ir vairāk pamata īpašību nekā nātrijam, unHalogēnu saimē jodam ir pat metālisks spīdums.
Pretējā gadījumā situācija ir periodā - inertās gāzes pabeidz apakšlīmeņus, pirms kuriem ir vielas ar pretējām īpašībām. Periodiskās tabulas horizontālajā telpā elementu izpaustā reaktivitāte mainās no bāzes līdz amfoteriskam uz skābu. Metāli ir labi reducētāji (pieņem elektronus, kad veidojas saites).
Nemetāls
Šis atomu veids ir iekļauts neorganiskās ķīmijas galvenajās klasēs. Nemetāli aizņem periodiskās tabulas labo pusi, parādot parasti skābās īpašības. Visbiežāk šie elementi rodas savienojumu veidā viens ar otru (piemēram, borāti, sulfāti, ūdens). Brīvā molekulārā stāvoklī sēra, skābekļa un slāpekļa esamība ir zināma. Ir arī vairākas diatomiskas nemetālu gāzes - papildus divām iepriekš minētajām, tās ir arī ūdeņradis, fluors, broms, hlors un jods.
Šīs ir visizplatītākās vielas uz zemes – īpaši izplatītas ir silīcijs, ūdeņradis, skābeklis un ogleklis. Jods, selēns un arsēns ir ļoti reti sastopami (tas ietver arī radioaktīvas un nestabilas konfigurācijas, kas atrodas tabulas pēdējos periodos).
Savienojumos nemetāli pārsvarā darbojas kā skābes. Tie ir spēcīgi oksidētāji, jo spēj pievienot papildu elektronu skaitu, lai pabeigtu līmeni.
Sarežģītas vielas neorganiskajās vielās
Papildus vielām, kuras attēlo viena atomu grupa,izšķir savienojumus, kas satur vairākas dažādas konfigurācijas. Šādas vielas var būt bināras (sastāv no divām dažādām daļiņām), trīs, četru elementu un tā tālāk.
Divu elementu vielas
Ķīmija piešķir īpašu nozīmi saišu binaritātei molekulās. Neorganisko savienojumu klases aplūkotas arī no starp atomiem izveidotās saites viedokļa. Tas var būt jonu, metālisks, kovalents (polārs vai nepolārs) vai jaukts. Parasti šādām vielām ir skaidri redzamas bāzes (metāla klātbūtnē), amforteriskās (divkāršās – īpaši alumīnijam raksturīgas) vai skābās (ja ir elements ar oksidācijas pakāpi +4 un augstāku) īpašības.
Trīselementu partneri
Neorganiskās ķīmijas tēmas paredz apsvērt šāda veida atomu apvienošanu. Savienojumi, kas sastāv no vairāk nekā divām atomu grupām (visbiežāk neorganiskie nodarbojas ar trīs elementu sugām), parasti veidojas, piedaloties komponentiem, kas būtiski atšķiras viens no otra pēc fizikāli ķīmiskajiem parametriem.
Iespējamie saišu veidi ir kovalentās, jonu un jauktās saites. Parasti trīs elementu vielas pēc uzvedības ir līdzīgas binārajām, jo viens no starpatomu mijiedarbības spēkiem ir daudz spēcīgāks par otru: vājā veidojas sekundāri un šķīdumā spēj ātrāk disociēties.
Neorganiskās ķīmijas nodarbības
Lielāko daļu vielu, kas pētītas neorganiskajā kursā, var aplūkot ar vienkāršu klasifikāciju atkarībā no to sastāva unīpašības. Tātad izšķir hidroksīdus, skābes, oksīdus un sāļus. Viņu attiecību apsvēršanu labāk sākt ar iepazīšanos ar oksidēto formu jēdzienu, kurā var parādīties gandrīz jebkura neorganiska viela. Šādu asociēto vielu ķīmija ir aplūkota nodaļās par oksīdiem.
Oksīdi
Oksīds ir jebkura ķīmiska elementa savienojums ar skābekli oksidācijas stāvoklī, kas vienāds ar -2 (peroksīdos attiecīgi -1). Saites veidošanās notiek elektronu atsitiena un piesaistes rezultātā, samazinoties O2 (kad skābeklis ir elektronegatīvākais elements).
Var parādīt gan skābes, gan amfotēriskas, gan bāzes īpašības atkarībā no otrās atomu grupas. Ja tas ir metāls, oksīdā tas nepārsniedz oksidācijas pakāpi +2, ja tas ir nemetāls - no +4 un augstāk. Paraugos ar divkāršu parametru raksturu vērtība +3.
Skābes neorganiskajās vielās
Skābajiem savienojumiem ir vidēja reakcija, kas ir mazāka par 7 ūdeņraža katjonu satura dēļ, kas var nonākt šķīdumā un pēc tam tos aizstāt ar metāla jonu. Pēc klasifikācijas tās ir sarežģītas vielas. Lielāko daļu skābju var iegūt, atšķaidot atbilstošos oksīdus ar ūdeni, piemēram, veidojot sērskābi pēc SO3.
Neorganiskās ķīmijas pamati
Šāda veida savienojumu īpašības ir saistītas ar hidroksilgrupas OH klātbūtni, kas nodrošina vides reakciju virs 7. Šķīstošās bāzes saucsārmi, tie ir spēcīgākie šajā vielu klasē, pateicoties pilnīgai disociācijai (šķidrumā sadalās jonos). OH grupu sāļu veidošanā var aizstāt ar skābiem atlikumiem.
Neorganiskā ķīmija ir divējāda zinātne, kas var aprakstīt vielas no dažādām perspektīvām. Protolītiskajā teorijā bāzes tiek uzskatītas par ūdeņraža katjonu akceptoriem. Šī pieeja paplašina šīs vielu klases jēdzienu, par sārmu saucot jebkuru vielu, kas spēj pieņemt protonu.
Sāls
Šāda veida savienojumi atrodas starp bāzēm un skābēm, jo tie ir to mijiedarbības produkts. Tādējādi metāla jons (dažreiz amonija, fosfonija vai hidroksonija) parasti darbojas kā katjons, un skābes atlikums darbojas kā anjonu viela. Kad veidojas sāls, ūdeņradis tiek aizstāts ar citu vielu.
Atkarībā no reaģentu skaita attiecības un to stipruma attiecībā pret otru, ir racionāli apsvērt vairākus mijiedarbības produktu veidus:
- bāzes sāļus iegūst, ja hidroksilgrupas nav pilnībā aizvietotas (šādām vielām ir sārmaina reakcijas vide);
- skābi sāļi veidojas pretējā gadījumā - ja nav reaģējošas bāzes, ūdeņradis daļēji paliek savienojumā;
- Visslavenākie un visvieglāk saprotamie ir vidējie (vai normālie) paraugi - tie ir reaģentu pilnīgas neitralizēšanas produkts, veidojoties ūdenim un vielai, kurā ir tikai metāla katjons vai tā analogs un skābes atlikums..
Neorganiskā ķīmija ir zinātne, kas ietverkatras klases sadalīšana fragmentos, kas tiek aplūkoti dažādos laikos: daži - agrāk, citi - vēlāk. Veicot padziļinātu pētījumu, tiek izdalīti vēl 4 sāļu veidi:
- Double satur vienu anjonu divu katjonu klātbūtnē. Parasti šādas vielas iegūst, sapludinot divus sāļus ar vienu un to pašu skābes atlikumu, bet dažādiem metāliem.
- Jauktais tips ir pretējs iepriekšējam: tā pamatā ir viens katjons ar diviem dažādiem anjoniem.
- Kristālu hidrāti - sāļi, kuru formulā ir ūdens kristalizētā stāvoklī.
- Kompleksi ir vielas, kurās katjons, anjons vai abi ir kopā ar veidojošo elementu. Šādus sāļus var iegūt galvenokārt no B apakšgrupas elementiem.
Citas neorganiskās ķīmijas darbnīcā iekļautās vielas, kuras var klasificēt kā sāļus vai atsevišķas zināšanu nodaļas, ir hidrīdi, nitrīdi, karbīdi un intermetālīdi (vairāku metālu savienojumi, kas nav sakausējums).
Rezultāti
Neorganiskā ķīmija ir zinātne, kas interesē ikvienu šīs jomas speciālistu neatkarīgi no viņa interesēm. Tajā ir iekļautas pirmās šajā mācību priekšmetā skolā apgūtās nodaļas. Neorganiskās ķīmijas kurss paredz liela apjoma informācijas sistematizāciju atbilstoši saprotamai un vienkāršai klasifikācijai.
