Бейорганикалық химия жалпы химияның бөлігі болып табылады. Ол бейорганикалық қосылыстардың қасиеттері мен мінез-құлқын - олардың құрылымын және басқа заттармен әрекеттесу қабілетін зерттеумен айналысады. Бұл бағыт көміртек тізбегінен жасалған заттардан басқа барлық заттарды зерттейді (соңғылары органикалық химияның зерттеу пәні болып табылады).
Сипаттамасы
Химия – күрделі ғылым. Оның категорияларға бөлінуі таза ерікті. Мысалы, бейорганикалық және органикалық химия биобейорганикалық деп аталатын қосылыстар арқылы байланысады. Оларға гемоглобин, хлорофилл, В12 витамині және көптеген ферменттер жатады.
Өте жиі заттарды немесе процестерді зерттегенде басқа ғылымдармен әртүрлі байланыстарды ескеру қажет. Жалпы және бейорганикалық химия қарапайым және күрделі заттарды қамтиды, олардың саны 400 000-ға жуық. Олардың қасиеттерін зерттеу көбінесе физикалық химия әдістерінің кең ауқымын қамтиды, өйткені олар ғылымға тән қасиеттерді біріктіре алады, мысалы.физика. Заттардың сапасына өткізгіштік, магниттік және оптикалық белсенділік, катализаторлардың әсері және басқа да «физикалық» факторлар әсер етеді.
Жалпы, бейорганикалық қосылыстар атқаратын қызметіне қарай жіктеледі:
- қышқылдар;
- негіздер;
- оксидтер;
- тұз.
Оксидтер көбінесе металдар (негізгі оксидтер немесе негізгі ангидридтер) және металл емес оксидтер (қышқылдық оксидтер немесе қышқыл ангидридтері) болып бөлінеді.
Шығу орны
Бейорганикалық химияның тарихы бірнеше кезеңдерге бөлінеді. Бастапқы кезеңде білім кездейсоқ бақылаулар арқылы жинақталды. Ежелгі заманнан бері қарапайым металдарды бағалы металдарға айналдыру әрекеттері жасалды. Алхимиялық идеяны Аристотель элементтердің өзгергіштігі туралы ілімі арқылы алға тартты.
ХV ғасырдың бірінші жартысында эпидемиялар өршіп кетті. Әсіресе, халық шешек пен обадан зардап шекті. Эскулапий ауруларды белгілі бір заттар тудырады, олармен күресу басқа заттардың көмегімен жүргізілуі керек деп есептеді. Бұл медициналық-химиялық кезең деп аталатын кезеңнің басталуына әкелді. Ол кезде химия дербес ғылымға айналды.
Жаңа ғылымның пайда болуы
Қайта өрлеу дәуірінде таза практикалық зерттеу саласының химиясы теориялық ұғымдарды «игере» бастады. Ғалымдар заттармен болатын негізгі процестерді түсіндіруге тырысты. 1661 жылы Роберт Бойл «химиялық элемент» ұғымын енгізді. 1675 жылы Николас Леммер химиялық элементтерді бөлдіөсімдіктер мен жануарлардан алынатын минералдар, осылайша бейорганикалық қосылыстардың химиясын органикалықтардан бөлек зерттеуді көздейді.
Кейін химиктер жану құбылысын түсіндіруге тырысты. Неміс ғалымы Георг Шталь флогистондар теориясын жасады, оған сәйкес жанғыш дене флогистонның гравитациялық емес бөлшектерін қабылдамайды. 1756 жылы Михаил Ломоносов кейбір металдардың жануы ауа бөлшектерімен (оттегі) байланысты екенін тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Антуан Лавуазье де флогистондар теориясын жоққа шығарды, қазіргі жану теориясының негізін салушы болды. Ол сонымен қатар «химиялық элементтер қосылысы» ұғымын енгізді.
Даму
Келесі кезең Джон Далтонның жұмысынан басталып, атомдық (микроскопиялық) деңгейдегі заттардың өзара әрекеттесуі арқылы химиялық заңдарды түсіндіруге тырысады. 1860 жылы Карлсруэде өткен бірінші химиялық конгресс атом, валенттілік, эквивалент және молекула ұғымдарын анықтады. Периодтық заңды ашудың және периодтық жүйені құрудың арқасында Дмитрий Менделеев атом-молекулалық теория тек химиялық заңдармен ғана емес, элементтердің физикалық қасиеттерімен де байланысты екенін дәлелдеді.
Бейорганикалық химияның дамуының келесі кезеңі 1876 жылы радиоактивті ыдыраудың ашылуымен және 1913 жылы атом құрылымының анықталуымен байланысты. 1916 жылы Альбрехт Кессель мен Гилберт Льюистің зерттеуі химиялық байланыстардың табиғаты мәселесін шешеді. Виллард Гиббс пен Хенрик Росзебтің гетерогенді тепе-теңдік теориясына сүйене отырып, 1913 жылы Николай Курнаков қазіргі бейорганикалық химияның негізгі әдістерінің бірін жасады -физикалық және химиялық талдау.
Бейорганикалық химия негіздері
Бейорганикалық қосылыстар табиғатта минералдар түрінде кездеседі. Топырақта пирит немесе гипс түріндегі кальций сульфаты сияқты темір сульфиді болуы мүмкін. Бейорганикалық қосылыстар биомолекула түрінде де кездеседі. Олар катализаторлар немесе реагенттер ретінде пайдалану үшін синтезделеді. Бірінші маңызды жасанды бейорганикалық қосылыс - топырақты тыңайту үшін қолданылатын аммоний нитраты.
Тұздар
Көптеген бейорганикалық қосылыстар катиондар мен аниондардан тұратын иондық қосылыстар. Бұл бейорганикалық химияның зерттеу объектісі болып табылатын тұздар деп аталады. Иондық қосылыстардың мысалдары:
- Магний хлориді (MgCl2), құрамында Mg2+ катиондары және Cl- аниондары.
- Натрий оксиді (Na2O), ол Na+ катиондарынан және O2- аниондарынан тұрады .
Әр тұзда иондардың пропорциялары электр зарядтары тепе-теңдікте болатындай, яғни қосылыс тұтастай электрлік бейтарап болады. Иондар олардың тотығу дәрежесімен және олар түзілетін элементтердің иондану потенциалынан (катиондар) немесе электронды жақындығынан (аниондар) туындайтын түзілу жеңілдігімен сипатталады.
Бейорганикалық тұздарға оксидтер, карбонаттар, сульфаттар және галогенидтер жатады. Көптеген қосылыстар жоғары балқу нүктелерімен сипатталады. Бейорганикалық тұздар әдетте қатты кристалды түзілімдер болып табылады. Тағы бір маңызды ерекшелігі олардыңсуда ерігіштігі және кристалдану жеңілдігі. Кейбір тұздар (мысалы, NaCl) суда өте ериді, ал басқалары (мысалы, SiO2) дерлік ерімейді.
Металдар мен қорытпалар
Темір, мыс, қола, жез, алюминий сияқты металдар периодтық кестенің төменгі сол жағында орналасқан химиялық элементтер тобы болып табылады. Бұл топқа жоғары жылу және электр өткізгіштігімен сипатталатын 96 элемент кіреді. Олар металлургияда кеңінен қолданылады. Металдарды шартты түрде қара және түсті, ауыр және жеңіл деп бөлуге болады. Айтпақшы, ең көп қолданылатын элемент - темір, ол металдардың барлық түрлерінің ішінде әлемдік өндірістің 95% алады.
Қорытпалар екі немесе одан да көп металдарды сұйық күйде балқыту және араластыру арқылы алынатын күрделі заттар. Олар легирлеуші және модификациялаушы компоненттердің шағын қоспалары бар негізден (пайыздық қатынаста басым элементтер: темір, мыс, алюминий және т.б.) тұрады.
Адамзат қорытпалардың 5000-ға жуық түрін пайдаланады. Олар құрылыс пен өнеркәсіпте негізгі материалдар болып табылады. Айтпақшы, металдар мен бейметалдар арасында да қорытпалар бар.
Жіктеу
Бейорганикалық химия кестесінде металдар бірнеше топқа бөлінеді:
- 6 элементтер сілтілі топқа жатады (литий, калий, рубидий, натрий, франций, цезий);
- 4 - сілтілі жерде (радий, барий, стронций, кальций);
- 40 - өтпелі кезеңде (титан, алтын, вольфрам, мыс, марганец,скандий, темір және т.б.);
- 15 – лантанидтер (лантан, церий, эрбий және т.б.);
- 15 – актинидтер (уран, актиний, торий, фермий және т.б.);
- 7 – жартылай металдар (мышьяк, бор, сурьма, германий және т.б.);
- 7 - жеңіл металдар (алюминий, қалайы, висмут, қорғасын және т.б.).
Бейметалдар
Металдар химиялық элементтер де, химиялық қосылыстар да болуы мүмкін. Бос күйінде олар металл емес қасиеттері бар қарапайым заттар түзеді. Бейорганикалық химияда 22 элемент бөлінеді. Бұл сутегі, бор, көміртек, азот, оттегі, фтор, кремний, фосфор, күкірт, хлор, мышьяк, селен және т.б.
Ең тән бейметалдар галогендер. Металдармен әрекеттескенде олар KCl немесе CaO сияқты байланысы негізінен иондық болатын қосылыстар түзеді. Бір-бірімен әрекеттескен кезде бейметалдар ковалентті байланысқан қосылыстар түзе алады (Cl3N, ClF, CS2, т.б.).
Негіздер мен қышқылдар
Негіздер күрделі заттар, олардың ішіндегі ең маңыздысы суда еритін гидроксидтер. Еріген кезде олар металл катиондарымен және гидроксид аниондарымен диссоциацияланады және олардың рН 7-ден жоғары. Негіздерді қышқылдарға химиялық қарама-қарсы деп санауға болады, өйткені суда диссоциацияланатын қышқылдар негіз тотықсызданғанша сутегі иондарының (H3O+) концентрациясын арттырады.
Қышқылдар – негіздермен химиялық реакцияға қатысатын, олардан электрон алатын заттар. Практикалық маңызы бар қышқылдардың көпшілігі суда ериді. Еріген кезде олар сутек катиондарынан диссоциацияланады(Н+) және қышқылдық аниондар және олардың рН 7-ден төмен.
