Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, наука о хим. элементах и образуемых ими простых и сложных в-вах, за исключением орг. соединений.

Понятие "неорганическая химия" (минер. химия) появилось первоначально для обозначения в-в минер. происхождения.

Осн. задачи соврем. неорганической химии: изучение строения, св-в и хим. р-ций простых в-в и соед., взаимосвязи строения со св-вами и реакц. способностью в-в, разработка методов синтеза и глубокой очистки в-в, общих методов получения неорганических материалов.

Важнейшие разделы неорганической химии-теоретич., синтетич. и прикладная неорганическая химия. По изучаемым объектам ее подразделяют на химию отдельных элементов, химию групп элементов в составе периодич. системы (химия щелочных металлов, щелочноземельных элементов, галогенов, халькогенов и др.), химию определенных соед. тех или иных элементов (химия силикатов, пероксидных соед. и др.), химию элементов, объединенных в группы по исторически сложившимся признакам (напр., химия редких элементов), химию близких по св-вам и применению в-в (химия тугоплавких в-в, интер-металлидов, полупроводников, энергонасыщенных соед., благородных металлов, неорг. полимеров и др.). Самостоят. раздел неорганической химии-координац. химия, или химия координационных соединений. Нередко обособляют химию переходных элементов.

Границы между неорганической химией и др. хим. науками часто условны или неопределенны. Одни и те же в-ва или р-ции м. б. объектами исследования разл. хим. дисциплин.

Как и мн. др. хим. науки, неорганическая химия неразрывно связана с физ. химией, к-рая может считаться теоретич. и методологич. основой совр. химии, с аналит. химией-одним из главных инструментов химии.

Неорганическая химия отчасти пересекается с орг. химией, особенно с химией металлоорг. соед., бионеорг. химией и др.

Теоретич. представления неорганической химии используют в геохимии, космохимии, химии твердого тела, химии высоких энергий, радиохимии, ядерной химии, в нек-рых разделах биохимии и агрохимии.

Прикладная часть неорганической химии связана с хим. технологией, металлургией, галургией, электроникой, с добычей полезных ископаемых, произ-вом керамики, строительных, конструкционных, а также оптич. и др. неорг. материалов, с обеспечением работы энергетич. установок (напр., АЭС), с с. х-вом, с обезвреживанием пром. отходов, охраной природы и др.

История развития. История неорганической химии тесно связана с общей историей химии, а вместе с ней-с историей естествознания и историей человеческой цивилизации. Составные разделы истории неорганической химии-история открытия хим. элементов, история формирования осн. понятий о в-ве, история открытия и развития законов химии, в частности периодического закона Менделеева.

Все осн. периоды развития общей химии (древнейший, алхимии, ятрохимии, возникновения техн. химии, классич. химии, современный) - это и периоды развития неорганической химии в ее совр. понимании.

В течение древнейшего периода (до нач. 13 в.) стали известны углерод, сера, железо, олово, свинец, медь, ртуть, серебро и золото. С 7 в. в Китае производился фарфор. В алхим. период (до нач. 16 в.) были охарактеризованы мн. минералы, открыты мышьяк, сурьма, висмут, цинк, изучены нек-рые сплавы (в частности, отдельные амальгамы), соли, неск. к-т и щелочей. Возник пробирный анализ. В Европе с сер. 13 в. стала применяться, а в 15 в. и производиться селитра.

В нач. 16 в. возникло направление в алхимии и медицине - ятрохимия (от греч. iatros-врач и химия; химиатрия, иатрохимия), отводившее осн. роль в возникновении болезней нарушениям хим. процессов в организме человека и ставившее задачу отыскания и приготовления хим. ср-в их лечения. Основатель ятрохимии-Парацельс-ввел в мед. практику препараты ртути, серебра, золота и др. металлов. Ятрохимия утратила свое значение в нач. 18 в.

В период возникновения техн. химии (17 в.- 1-я пол. 18 в.) установлено существование фосфора, кобальта, платины и никеля. Были созданы произ-ва азотной, соляной и серной к-т, разл. солей (поваренная соль, квасцы, бура, нашатырь, сульфат цинка), минер. красителей, керамики.

Нач. 18 в. связано с распространением теории флогистона-некоего в-ва, якобы выделяемого при горении. Эта ошибочная теория оказала положит. влияние на развитие химии, впервые позволив рассматривать разл. хим. процессы с одной общей точки зрения.

Во 2-й пол. 18 в. хим.-аналит. методами были открыты барий, марганец, молибден и др. металлы, теллур, с помощью электричества была разложена вода, обнаружены первые газообразные простые в-ва - водород, азот, хлор и кислород.

М. В. Ломоносов и А. Лавуазье сформулировали закон сохранения массы при хим. р-циях. Лавуазье показал несостоятельность теории флогистона, дал определение хим. элемента (в-во, к-рое не м. б. разложено хим. способами), предложил впервые перечень известных тогда хим. элементов. Принципы хим. номенклатуры этого периода в осн. сохранились до нашего времени.

На основе работ Л. Гальвани и А. Вольта был открыт электрохим. ряд напряжений металлов.

В нач. 19 в. зародилась классич. химия. В 1-й пол. 19 в. были найдены осн. количеств. законы химии. Ж. Пруст открыл закон постоянства состава в-ва (к-рый стал общепринятым после длит. спора с К. Бертолле). Дж. Дальтон в 1802 суммировал идеи др. ученых на качественно ином уровне и сформулировал близкую к современной концепцию атомистич. природы в-в, а на ее основе - кратных отношений закон, ввел понятие атомной массы.

Этапными для развития неорганической химии явились работы И. Берцелиуса, к-рый в 1814 опубликовал таблицу атомных масс. А. Авогадро и Ж. Гей-Люссак открыли газовые законы, П. Дюлонг и А. Пти нашли правило, связывающее теплоемкость с числом атомов в соединении, Г. И. Гесс-закон постоянства кол-ва теплоты (см. Гесса закон). Возникла атомно-мол. теория.

В 1807 Г. Дэви электрохимически разложил гидроксиды натрия и калия и ввел в практику новый метод выделения простых в-в; в 1834 М. Фарадей опубликовал осн. законы электрохимии (см. Фарадея законы).

2-я половина - конец 19 в. ознаменовались обособлением физ. химии. К. Гульдберг и П. Вааге сформулировали действующих масс закон. Работы С. Аррениуса, Я. Вант-Гоффа, В. Оствальда положили начало теории р-ров.

В этот же период зародилось учение о валентности (Ф. Кекуле, Ш. Вюрц и др.), стали известными новые хим. элементы (бор, литий, кадмий, селен, кремний, бром, алюминий, иод, торий, ванадий, лантан, эрбий, тербий, диспрозий, рутений, ниобий), с помощью введенного в практику спектр. анализа было доказано существование цезия, рубидия, таллия и индия. Было проведено определение и уточнение атомных масс мн. хим. элементов.

К кон. 1860-х гг. стало известно 63 хим. элемента и большое число разнообразных хим. соед., однако научная классификация элементов отсутствовала. Основой для систематики явился периодич. закон Менделеева, с помощью к-рого были исправлены атомные массы мн. элементов и предсказаны св-ва неизвестных в то время в-в. Послед. открытия галлия (П. Э. Лекок де Буабодран, 1875), скандия (Л. Нильсон, 1879), германия (К. А. Винклер, 1886), ланта-ноидов, благородных газов (У. Рамзай, 1894-98), первых радиоактивных элементов-полония и радия (М. Склодовс-кая-Кюри, П. Кюри, 1898) блестяще подтвердили периодич. закон. При получении астата, актиноидов, курчатовия, нильсбория и элементов с атомными номерами 106 и выше этот закон был использован на практике. Приоритет Менделеева в открытии периодич. закона, нек-рое время оспаривавшийся Л. Мейером, был закреплен в названии одного из искусств. элементов (менделевия).

Теория строения атома (Э. Резерфорд, 1911; Н. Бор, 1913), введение понятия атомного номера (Г. Мозли, 1914) позволили дать периодич. закону физ. обоснование.

В 1893 А. Вернер высказал идею пространств. строения комплексных соед. металлов, создал основы классификации координац. соединений.

Позднее в неорганической химии стали использоваться такие понятия, как введенная Л. Полингом электроотрииательность, ионные и ковалентные радиусы (см. Атомные радиусы), степень окисления, к-ты и основания по Брёнстеду и по Льюису (см. Кислоты и основания). В 1927 И. И. Черняев открыл явление трансвлияния в комплексных соединениях. Достижения рус. и сов. школы химии комплексных соединений (Н. С. Курнаков, Л. А. Чугаев, И. И. Черняев, О. Е. Звягинцев, А. А. Гринберг) были положены в основу методов аффинажа благородных металлов. Совр. период неорганической химии отличается расширением ее теоретич. базы, резким увеличением кол-ва изучаемых объектов, применением физ., особенно спектроскопич., методов исследования и анализа, увеличением числа используемых сложных методов синтеза.

Химия большинства элементов в 20 в. интенсивно развивалась, однако нек-рые области неорганической химии прогрессировали особенно быстро. Появились и новые быстро растущие направления. Х и м и я р е д к и х м е т а л л о в начала выделяться в самостоят. раздел неорганической химии в 30-х гг. благодаря зарождению произ-ва редких металлов и росту их потребления, комплексному характеру мн. видов прир. сырья и общности технол. операций переработки сырья (см. Гидрометаллургия). Появление атомной энергетики, авиационно-космич. пром-сти и электроники повысили роль этой области неорганической химии.

Х и м и я г а л о г е н о в, особенно фтора, получила мощный импульс развития во 2-й пол. 20 в. в связи с развитием металлургии, атомной и ракетной техники, произ-в орг. в-в, полупроводниковых и др. материалов. Заметному увеличению числа исследований неорг. фторидов способствовало открытие в 1962 фторидов благородных газов. В 70-80-х гг. расширилось применение атомарных и ионизированных галогенов, каталитич. р-ций галогенирования. Многообразие соед. галогенов и широкий диапазон их св-в сделали эти соед. удобными объектами для изучения осн. задач неорганической химии.

Несмотря на то что уран известен с кон. 18 в., х и м и я а к т и н о и д о в приобрела самостоят. значение только в 40-х гг. 20 в., когда стали проводиться работы по созданию ядерного оружия. Начиная с 60-х гг. первенство в прикладных исследованиях принадлежит проблемам ядерного топлива. Большая часть актиноидов получена искусств. путем (Г. Сиборг, Г. Н. Флеров и др.). Особенность химии актиноидов заключается в трудности выделения многих из них в больших кол-вах из-за их радиоактивности. Для получения актиноидов разработаны спец. методы синтеза и очистки, созданы микрометоды неорганической химии и методы дистанц. управления процессами. Появилось понятие "ядерной чистоты" материалов, способы контроля чистоты продуктов.

Начало 2-й пол. 20 в. связано с возникновением х и м и и п о л у п р о в о д н и к о в (см. Полупроводники, Полупроводниковые материалы), а несколько более позднее время-с развитием планарной технологии интегральных схем. Перед неорганической химией возникли задачи получения особо чистых в-в, что потребовало резкого улучшения методов очистки и анализа. Инструмент. методы анализа в этой области неорганической химии полностью вытеснили традиционные.

В связи с развитием ракетно-космич. техники, а, также химических источников тока во 2-й пол. 20 в. самостоят. значение стала приобретать х и м и я э н е р г о н а с ы щ е н н ы х с о е д и н е н и й-сильнейших окислителей и восстановителей. Позже все большее внимание стало уделяться твердым источникам (аккумуляторам) разл. газов - кислорода (см. Пиротехнические источники газов), водорода (см. Водородная энергетика), фтора и др.-для топливных элементов, газовых лазеров, систем жизнеобеспечения космич. станций и кораблей.

Х и м и я РЗЭ (см. Редкоземельные элементы) близка к химии нек-рых редких металлов и химии актиноидов, что связано с определенными аналогиями в электронном строении и хим. св-вах всех этих элементов и определяет их совместное присутствие в нек-рых прир. источниках. Уникальные св-ва РЗЭ были изучены и реализованы лишь начиная с 60-70-х гг. Особенностью этих элементов является близость их хим. и многих физ. св-в, что привело к необходимости преодоления трудностей при выделении, глубокой очистке и определении индивидуальных элементов. Интерес к этой области неорганической химии возрастает в связи с открытием высокотемпературных оксидных сверхпроводников.

Х и м и я б л а г о р о д н ы х г а з о в зародилась в 1962, когда Н. Бартлетт получил первое хим. соед. ксенона-XePtF6. Ныне известны криптона дифторид, ксенона фториды, а также фториды радона, оксиды и хлориды ксенона, ксенаты и перксенаты, многочисл. комплексные соед., содержащие ксенон и криптон. Мн. соед. благородных газов м. б. получены только в условиях физ. активирования реагентов; являются термодинамически неустойчивыми в-вами и сильнейшими окислителями, поэтому развитие этого раздела неорганической химии потребовало разработки специфич. методов синтеза и исследований. Открытие соед. благородных газов имело принципиальное значение и привело к видоизменению периодич. таблицы хим. элементов - исключению "нулевой" группы и размещению благородных газов в VIII группе.

В 70-х гг. новый импульс развития получила х и м и я г и д р и д о в, особенно гидридов металлов и интерметаллич. соед. (см. Гидриды), в связи с перспективой их использования как источников топлива для автономных энергосистем.

Х и м и я т в е р д о г о т е л а, переживающая с 60-70-х гг. период бурного развития, способствовала ускорению разработки мн. ключевых для неорганической химии вопросов. Среди этих вопросов - природа нестехиометрич. (см. Нестехиометрия)и аморфных (см. Аморфное состояние)в-в, влияние не-значит. изменений состава кристаллов на их св-ва и др. В неорганической химии большое внимание уделяется неорг. материалам -сформировались такие области неорганической химии, как химия материалов для электроники, формируется направление, связанное с сенсорами химическими.

Открытие, сделанное в 1986 И. Беднорцем и К. Мюллером, положило начало еще одной области неорганической химии и химии твердого тела-х и м и и в ы с о к о т е м п е р а т у р н ы х с в е р х п р о в о д н и к о в (см. Сверхпроводники).

Теоретическая неорганическая химия. Этот раздел неорганической химии рассматривает вопросы хим. связи в неорг. в-вах, структуры в-в, их св-ва и реакц. способность. Основными в неорганической химии являются периодич. закон, закон постоянства состава в-в и др. Однако ключевой проблемой сейчас является природа хим. связи. В неорг. в-вах встречаются все виды хим. связи - ковалентная, ионная и металлическая. Теория хим. связи, в частности, рассматривает вопросы природы связи, ее энергии, длины, полярности. Наиб. распространение получили молекулярных орбиталей методы, наряду с к-рыми используют валентных связей метод, кристаллического поля теорию и др. Для неорганической химии особенно актуально приложение методов мол. орбиталей к твердым телам.

Большое значение придается спектрам в электромагн. диапазоне (для определения структуры в-в) и магн. св-вам в-в (в целях создания магн. материалов). Теоретич. неорганическая химия активно использует методы хим. термодинамики и хим. кинетики.

Теоретич. неорганическая химия изучает также закономерности образования дефектов кристаллич. решетки, влияние дефектов на св-ва в-в, исследует кинетику твердофазных процессов.

Нек-рые вопросы, разрабатываемые теоретич. неорганической химией, являются одновременно и проблемами физики и физ. химии. Напр., квантово-хим. описание электронной конфигурации атомов и ионов, проблемы происхождения хим. элементов и их превращений в космосе, создание теории высокотемпературной сверхпроводимости и др.

Методы синтеза неорганических соединений. Физ. и хим. св-ва, а также реакц. способность простых в-в и неорг. соед. изменяются в очень широких пределах. Поэтому для синтеза неорг. в-в используют широкий набор разл. методов (см. Неорганический синтез). В общем виде простейший синтез включает смешение реагентов, активацию смеси, собственно хим. р-цию, выделение из нее целевого продукта и очистку последнего.

Мн. методы синтеза специфичны. При получении тугоплавких соед. и материалов применяют методы порошковой технологии (см. Порошковая металлургия), реакц. спекания и химического осаждения из газовой фазы. Сферич. однородные частицы порошков получают плазменной обработкой или с помощью золь-гель процессов. Разработаны спец. методы выделения в-в в виде монокристаллов (см. Монокристаллов выращивание), монокристаллич. пленок, в т.ч. эпитаксиальных (см. Эпитаксия), и нитевидных кристаллов, волокон, а также в аморфном состоянии. Нек-рые р-ции проводят в условиях горения, напр. синтез тугоплавких соед. из смеси порошков простых в-в (см. Горение, Самораспространяющийся высокотемпературный синтез). Все более широкое применение в неорг. синтезе находит криогенная техника (см. Криохимия).

Прикладная химия. Еще в 18 в. установилась тесная связь между неорганической химией и ремеслами - основой зарождавшейся пром-сти. Позднее неорганическая химия стала научной базой мн. произ-в, определяющих уровень пром. развития отдельных стран и всего человечества.

Прикладной частью неорганической химии традиционно считается технология неорг. в-в. Она связана с крупномасштабными про-из-вами серной, соляной, фосфорной, азотной к-т, соды, аммиака, хлора, фтора, фосфора, а также солей натрия, калия, магния и др. (см. Галургия), диоксида углерода, водорода, разл. минер. удобрений и мн. др. в-в. Большая часть этих продуктов потребляется др. хим. произ-вами, металлургией и при получении конструкц. материалов.

Прикладная неорганическая химия играет существ. роль в развитии важнейших отраслей народного хозяйства. Так, в машиностроении и стр-ве широко используют материалы, получаемые из минер. сырья хим. методами. Это, напр., металлы и сплавы, минер. красители, твердые сплавы для режущего инструмента.

В таких отраслях пром-сти, как электроника, электротехника, приборостроение, применение новых неорг. материалов позволяет повысить техн. уровень произ-ва и выпускаемых товаров. Примерами являются в-ва и материалы для интегральных схем, телевизионных экранов, люминесцентных ламп, лазеров на кристаллах, волоконных световодов, сверхпроводниковых и магн. устройств.

В энергетике, помимо применения тугоплавких, жаростойких и жаропрочных конструкц. материалов, достижения неорганической химии используются также для произ-ва активных в-в и электролитов в хим. источниках тока, высокотемпературных электролитов, в ядерном реактостроении, ядерной энергетике и произ-ве материалов для них (ядерного топлива, замедлителей нейтронов, конструкц. материалов). Развивается произ-во материалов для прямого преобразования солнечной и тепловой энергии в электрическую, материалов для МГД-генераторов, для преобразования, хранения и транспортирования энергии, в перспективе-для термоядерных реакторов. Создаются также термохим. циклы разложения воды, к-рые м. б. использованы в водородной энергетике.

Для с. х-ва ведется произ-во минер. удобрений и кормовых добавок, нек-рых видов пестицидов и консервантов кормов.

Возрастает роль неорганической химии в решении проблем охраны окружающей среды и рационального природопользования. Все более глубоко и полно исследуется поведение разл. в-в в природе, прир. круговороты в-в, влияние хозяйств. деятельности человека на эти процессы. Разрабатываются новые технол. процессы, позволяющие снизить уровень нарушения экологич. равновесия в природе, сохранить прир. ландшафты при добыче и переработке полезных ископаемых (напр., в результате применения подземного выщелачивания). Решаются задачи резкого уменьшения потребления воды в пром-сти, снижения кол-ва отходов (см. Безотходные производства), повышения комплексности использования минер. сырья, более полного использования вторичных ресурсов. См. также Охрана природы.

Методы неорганической химии и хим. технологии применяют для ликвидации вредных выбросов в разл. отраслях произ-ва (напр., в энергетике при сжигании угля), для превращения отходов др. отраслей в полезные продукты. Примерами являются изготовление строит. материалов из металлургич. шлаков, пром. переработка отработанного ядерного топлива.

Лит.: Менделеев Д. И., Основы химии, 13 изд., т. 1-2, М.-Л., 1947; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., т. 1-2, М., 1973; Реми Г., Курс неорганической химии, т. 1-2, М., 1972-74; Джуа М., История химии, пер. с итал., М., 1975; Дей М.К., Селбин Дж., Теоретическая неорганическая химия, пер. с англ., М., 1976; Полинг Л., Полинг П., Химия, пер. с англ., М., 1978; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Основы неорганической химии, пер. с англ., М., 1979; Карапетьянц М. X., Дракин С. И., Общая и неорганическая химия, М., 1981; Штрубе В., Пути развития химии, т. 1-2, пер. с нем., М., 1984; Хьюи Дж., Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность, пер. с англ., М., 1987; Williams A. F., A theoretical approach to inorganic chemistry, В., 1979; Anorganische Chemie, Bd 1-2, В., 1980; Holle-man A. F., Wiberg E., Lehrbuch der anorganischen Chemie, B.-N.Y., 1985.

Г.А. Ягодин, Э.Г. Раков.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн