არაორგანული ქიმია ზოგადი ქიმიის ნაწილია. იგი ეხება არაორგანული ნაერთების თვისებებისა და ქცევის შესწავლას - მათ სტრუქტურას და სხვა ნივთიერებებთან ურთიერთობის უნარს. ეს მიმართულება იკვლევს ყველა ნივთიერებას, გარდა იმ ნივთიერებებისა, რომლებიც აგებულია ნახშირბადის ჯაჭვებისგან (ეს უკანასკნელი ორგანული ქიმიის შესწავლის საგანია).
აღწერა
ქიმია რთული მეცნიერებაა. მისი დაყოფა კატეგორიებად არის წმინდა თვითნებური. მაგალითად, არაორგანული და ორგანული ქიმია დაკავშირებულია ნაერთებით, რომელსაც ბიოორგანული ეწოდება. მათ შორისაა ჰემოგლობინი, ქლოროფილი, ვიტამინი B12 და მრავალი ფერმენტი.
ძალიან ხშირად, სუბსტანციების ან პროცესების შესწავლისას, უნდა გავითვალისწინოთ სხვადასხვა კავშირები სხვა მეცნიერებებთან. ზოგადი და არაორგანული ქიმია მოიცავს მარტივ და რთულ ნივთიერებებს, რომელთა რიცხვი უახლოვდება 400 000-ს. მათი თვისებების შესწავლა ხშირად მოიცავს ფიზიკური ქიმიის მეთოდების ფართო სპექტრს, რადგან მათ შეუძლიათ გააერთიანონ ისეთი მეცნიერებისთვის დამახასიათებელი თვისებები, როგორიცაა მაგ.ფიზიკა. ნივთიერებების ხარისხზე გავლენას ახდენს გამტარობა, მაგნიტური და ოპტიკური აქტივობა, კატალიზატორების მოქმედება და სხვა „ფიზიკური“ფაქტორები.
ზოგადად, არაორგანული ნაერთები კლასიფიცირდება მათი ფუნქციის მიხედვით:
- მჟავები;
- ადგილები;
- ოქსიდები;
- მარილი.
ოქსიდები ხშირად იყოფა ლითონებად (ძირითადი ოქსიდები ან ძირითადი ანჰიდრიდები) და არალითონების ოქსიდები (მჟავე ოქსიდები ან მჟავა ანჰიდრიდები).
წარმოშობა
არაორგანული ქიმიის ისტორია რამდენიმე პერიოდად იყოფა. საწყის ეტაპზე ცოდნის დაგროვება ხდებოდა შემთხვევითი დაკვირვებით. უძველესი დროიდან ცდილობდნენ ძირითადი ლითონების ძვირფასებად გარდაქმნას. ალქიმიური იდეა გაავრცელა არისტოტელემ ელემენტების კონვერტაციის შესახებ დოქტრინის მეშვეობით.
მეთხუთმეტე საუკუნის პირველ ნახევარში ეპიდემიები მძვინვარებდა. განსაკუთრებით მოსახლეობა დაზარალდა ჩუტყვავილა და ჭირი. ესკულაპიუსი თვლიდა, რომ დაავადებები გამოწვეულია გარკვეული ნივთიერებებით და მათთან ბრძოლა სხვა ნივთიერებების დახმარებით უნდა მიმდინარეობდეს. ამან გამოიწვია ე.წ. სამედიცინო-ქიმიური პერიოდის დაწყება. იმ დროს ქიმია დამოუკიდებელ მეცნიერებად იქცა.
ახალი მეცნიერების გაჩენა
აღორძინების ეპოქის დროს ქიმიამ წმინდა პრაქტიკული კვლევის სფეროდან დაიწყო თეორიული ცნებების "შეძენა". მეცნიერები ცდილობდნენ აეხსნათ ძირითადი პროცესები, რომლებიც ხდება ნივთიერებებთან. 1661 წელს რობერტ ბოილმა შემოიღო "ქიმიური ელემენტის" კონცეფცია. 1675 წელს ნიკოლას ლემერი გამოყოფს ქიმიურ ელემენტებსმცენარეებისა და ცხოველების მინერალები, რითაც ითვალისწინებს არაორგანული ნაერთების ქიმიის შესწავლას ორგანული ნაერთებისგან განცალკევებით.
მოგვიანებით, ქიმიკოსები ცდილობდნენ აეხსნათ წვის ფენომენი. გერმანელმა მეცნიერმა გეორგ სტალმა შექმნა ფლოგისტონების თეორია, რომლის მიხედვითაც აალებადი სხეული უარყოფს ფლოგისტონის არაგრავიტაციულ ნაწილაკს. 1756 წელს მიხაილ ლომონოსოვმა ექსპერიმენტულად დაამტკიცა, რომ გარკვეული ლითონების წვა დაკავშირებულია ჰაერის ნაწილაკებთან (ჟანგბადთან). ანტუან ლავუაზიემ ასევე უარყო ფლოგისტონების თეორია და გახდა წვის თანამედროვე თეორიის ფუძემდებელი. მან ასევე გააცნო კონცეფცია "ქიმიური ელემენტების ნაერთი".
განვითარება
შემდეგი პერიოდი იწყება ჯონ დალტონის ნაშრომით და ცდილობს ახსნას ქიმიური კანონები ნივთიერებების ურთიერთქმედების გზით ატომურ (მიკროსკოპულ) დონეზე. 1860 წელს კარლსრუეში გამართულმა პირველმა ქიმიურმა კონგრესმა განსაზღვრა ატომის, ვალენტობის, ეკვივალენტისა და მოლეკულის ცნებები. პერიოდული კანონის აღმოჩენისა და პერიოდული სისტემის შექმნის წყალობით დიმიტრი მენდელეევმა დაამტკიცა, რომ ატომურ-მოლეკულური თეორია დაკავშირებულია არა მხოლოდ ქიმიურ კანონებთან, არამედ ელემენტების ფიზიკურ თვისებებთან.
არაორგანული ქიმიის განვითარების შემდეგი ეტაპი დაკავშირებულია 1876 წელს რადიოაქტიური დაშლის აღმოჩენასთან და 1913 წელს ატომის დიზაინის გარკვევასთან. ალბრეხტ კესელისა და გილბერტ ლუისის მიერ 1916 წელს ჩატარებული კვლევა ხსნის ქიმიური ბმების ბუნების პრობლემას. უილარდ გიბსის და ჰენრიკ როსზების ჰეტეროგენული წონასწორობის თეორიაზე დაყრდნობით, 1913 წელს ნიკოლაი კურნაკოვმა შექმნა თანამედროვე არაორგანული ქიმიის ერთ-ერთი მთავარი მეთოდი -ფიზიკური და ქიმიური ანალიზი.
არაორგანული ქიმიის საფუძვლები
არაორგანული ნაერთები ბუნებრივად გვხვდება მინერალების სახით. ნიადაგი შეიძლება შეიცავდეს რკინის სულფიდს, როგორიცაა პირიტი ან კალციუმის სულფატი თაბაშირის სახით. არაორგანული ნაერთები ასევე გვხვდება ბიომოლეკულების სახით. ისინი სინთეზირებულია კატალიზატორებად ან რეაგენტებად გამოსაყენებლად. პირველი მნიშვნელოვანი ხელოვნური არაორგანული ნაერთია ამონიუმის ნიტრატი, რომელიც გამოიყენება ნიადაგის გასანაყოფიერებლად.
მარილები
ბევრი არაორგანული ნაერთი არის იონური ნაერთები, რომლებიც შედგება კატიონებისა და ანიონებისგან. ეს არის ეგრეთ წოდებული მარილები, რომლებიც არაორგანული ქიმიის კვლევის ობიექტია. იონური ნაერთების მაგალითებია:
- მაგნიუმის ქლორიდი (MgCl2), რომელიც შეიცავს Mg2+ კატიონებს და Cl- ანიონებს.
- ნატრიუმის ოქსიდი (Na2O), რომელიც შედგება Na+ და ანიონებისგან O2- .
თითოეულ მარილში იონების პროპორციები ისეთია, რომ ელექტრული მუხტები წონასწორობაშია, ანუ ნაერთი მთლიანობაში ელექტრული ნეიტრალურია. იონები აღწერილია მათი დაჟანგვის მდგომარეობით და წარმოქმნის სიმარტივით, რაც გამომდინარეობს ელემენტების იონიზაციის პოტენციალის (კატიონების) ან ელექტრონების აფინურობის (ანიონებისგან), საიდანაც ისინი წარმოიქმნება.
არაორგანული მარილები მოიცავს ოქსიდებს, კარბონატებს, სულფატებს და ჰალოგენებს. ბევრი ნაერთი ხასიათდება მაღალი დნობის წერტილებით. არაორგანული მარილები, როგორც წესი, მყარი კრისტალური წარმონაქმნებია. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი თვისებაა მათიწყალში ხსნადობა და კრისტალიზაციის სიმარტივე. ზოგიერთი მარილი (მაგ. NaCl) წყალში ძალიან ხსნადია, ზოგი კი (მაგ. SiO2) თითქმის უხსნადია.
ლითონები და შენადნობები
ლითონები, როგორიცაა რკინა, სპილენძი, ბრინჯაო, სპილენძი, ალუმინი არის ქიმიური ელემენტების ჯგუფი პერიოდული ცხრილის ქვედა მარცხენა მხარეს. ეს ჯგუფი მოიცავს 96 ელემენტს, რომლებიც ხასიათდება მაღალი თერმული და ელექტროგამტარობით. ისინი ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიაში. ლითონები პირობითად შეიძლება დაიყოს შავი და ფერადი, მძიმე და მსუბუქი. სხვათა შორის, ყველაზე ხშირად გამოყენებული ელემენტია რკინა, რომელიც იკავებს მსოფლიო წარმოების 95%-ს ყველა სახის ლითონს შორის.
შენადნობები არის რთული ნივთიერებები, რომლებიც მიიღება ორი ან მეტი ლითონის თხევად მდგომარეობაში დნობისა და შერევით. ისინი შედგება ფუძისგან (დომინანტი ელემენტები პროცენტული თვალსაზრისით: რკინა, სპილენძი, ალუმინი და ა.შ.) შენადნობი და მოდიფიცირებული კომპონენტების მცირე დანამატებით.
კაცობრიობა იყენებს დაახლოებით 5000 ტიპის შენადნობებს. ისინი წარმოადგენენ ძირითად მასალებს სამშენებლო და მრეწველობაში. სხვათა შორის, ასევე არის შენადნობები ლითონებსა და არამეტალებს შორის.
კლასიფიკაცია
არაორგანული ქიმიის ცხრილში ლითონები იყოფა რამდენიმე ჯგუფად:
- 6 ელემენტი შედის ტუტე ჯგუფში (ლითიუმი, კალიუმი, რუბიდიუმი, ნატრიუმი, ფრანციუმი, ცეზიუმი);
- 4 - ტუტე მიწაში (რადიუმი, ბარიუმი, სტრონციუმი, კალციუმი);
- 40 - გარდამავალში (ტიტანი, ოქრო, ვოლფრამი, სპილენძი, მანგანუმი,სკანდიუმი, რკინა და ა.შ.);
- 15 - ლანთანიდები (ლანთანი, ცერიუმი, ერბიუმი და სხვ.);
- 15 - აქტინიდები (ურანი, აქტინიუმი, თორიუმი, ფერმიუმი და ა.შ.);
- 7 - ნახევრადმეტალები (დარიშხანი, ბორი, ანტიმონი, გერმანიუმი და ა.შ.);
- 7 - მსუბუქი ლითონები (ალუმინი, კალა, ბისმუტი, ტყვია და ა.შ.).
არამეტალები
არამეტალები შეიძლება იყოს როგორც ქიმიური ელემენტები, ასევე ქიმიური ნაერთები. თავისუფალ მდგომარეობაში ისინი ქმნიან მარტივ ნივთიერებებს არალითონური თვისებებით. არაორგანულ ქიმიაში გამოიყოფა 22 ელემენტი. ეს არის წყალბადი, ბორი, ნახშირბადი, აზოტი, ჟანგბადი, ფტორი, სილიციუმი, ფოსფორი, გოგირდი, ქლორი, დარიშხანი, სელენი და ა.შ.
ყველაზე ტიპიური არამეტალები არიან ჰალოგენები. მეტალებთან რეაქციაში ისინი ქმნიან ნაერთებს, რომელთა ბმა ძირითადად იონურია, როგორიცაა KCl ან CaO. ერთმანეთთან ურთიერთქმედებისას არამეტალებს შეუძლიათ შექმნან კოვალენტურად შეკრული ნაერთები (Cl3N, ClF, CS2 და ა.შ.).
ფუძეები და მჟავები
ფუძეები რთული ნივთიერებებია, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია წყალში ხსნადი ჰიდროქსიდები. როდესაც იხსნება, ისინი იშლება ლითონის კატიონებთან და ჰიდროქსიდის ანიონებთან და მათი pH 7-ზე მეტია. ფუძეები შეიძლება ჩაითვალოს მჟავების ქიმიურად საპირისპიროდ, რადგან წყლის დისოციაციური მჟავები ზრდიან წყალბადის იონების კონცენტრაციას (H3O+), სანამ ბაზა არ შემცირდება.
მჟავები არის ნივთიერებები, რომლებიც მონაწილეობენ ქიმიურ რეაქციებში ფუძეებთან და მათგან ელექტრონებს იღებენ. პრაქტიკული მნიშვნელობის მჟავების უმეტესობა წყალში ხსნადია. დაშლისას ისინი იშლება წყალბადის კათიონებისგან(Н+) და მჟავე ანიონები და მათი pH 7-ზე ნაკლებია.
