Química inorgánica y orgánica. Fundamentos teóricos de la química inorgánica.

El curso de química en las escuelas comienza en el octavo grado con el estudio. principios generales ciencia: se describen posibles tipos de enlaces entre átomos, tipos de redes cristalinas y los mecanismos de reacción más comunes. Esto se convierte en la base para el estudio de una sección importante, pero más específica: los inorgánicos.

Lo que es

Esta es una ciencia que examina los principios estructurales, las propiedades básicas y la reactividad de todos los elementos de la tabla periódica. Un papel importante en los materiales inorgánicos lo desempeña la Ley Periódica, que organiza la clasificación sistemática de sustancias según cambios en su masa, número y tipo.

El curso también cubre compuestos formados por la interacción de elementos de la tabla (la única excepción es el área de los hidrocarburos, discutida en los capítulos de compuestos orgánicos). Los problemas de química inorgánica le permiten resolver lo recibido. conocimientos teóricos en la práctica.

La ciencia en perspectiva histórica

El nombre "inorgánicos" apareció de acuerdo con la idea de que abarca una parte del conocimiento químico que no está relacionada con la actividad de los organismos biológicos.

Con el tiempo se ha demostrado que La mayoría de mundo organico Puede producir compuestos "no vivos" y en el laboratorio se sintetizan hidrocarburos de cualquier tipo. Así, a partir del cianato de amonio, que es una sal de la química de los elementos, el científico alemán Wöhler logró sintetizar urea.

Para evitar confusiones con la nomenclatura y clasificación de los tipos de investigación en ambas ciencias, el plan de estudios de los cursos escolares y universitarios, después de la química general, implica el estudio de los inorgánicos como disciplina fundamental. En el mundo científico se mantiene una secuencia similar.

Clases de sustancias inorgánicas.

La química proporciona una presentación de material en la que los capítulos introductorios de los inorgánicos consideran la ley periódica de los elementos. tipo especial, que se basa en el supuesto de que cargas atómicas Los núcleos influyen en las propiedades de las sustancias y estos parámetros cambian cíclicamente. Inicialmente, la tabla se construyó como un reflejo del aumento en las masas atómicas de los elementos, pero pronto esta secuencia fue rechazada por su inconsistencia en el aspecto en el que las sustancias inorgánicas requieren consideración en este tema.

La química, además de la tabla periódica, supone la presencia de alrededor de un centenar de figuras, grupos y diagramas que reflejan la periodicidad de las propiedades.

Actualmente, es popular una versión consolidada de considerar un concepto como clases de química inorgánica. Las columnas de la tabla indican elementos según sus propiedades físicas y químicas, y las filas indican períodos similares entre sí.

Sustancias simples en inorgánicos.

Un signo en la tabla periódica y una sustancia simple en estado libre suelen ser cosas diferentes. En el primer caso, sólo se refleja el tipo específico de átomos, en el segundo, el tipo de conexión de las partículas y su influencia mutua en formas estables.

Los enlaces químicos en sustancias simples determinan su división en familias. Por tanto, se pueden distinguir dos tipos amplios de grupos de átomos: metales y no metales. La primera familia contiene 96 elementos de los 118 estudiados.

Rieles

El tipo de metal asume la presencia de un enlace del mismo nombre entre partículas. La interacción se basa en el intercambio de electrones de la red, que se caracteriza por la no direccionalidad y la insaturación. Es por eso que los metales conducen bien el calor y se cargan, tienen brillo metálico, maleabilidad y ductilidad.

Convencionalmente, los metales se encuentran a la izquierda en la tabla periódica cuando se traza una línea recta desde el boro hasta el astato. Los elementos cercanos a esta característica suelen ser de naturaleza límite y exhiben propiedades duales (por ejemplo, germanio).

Los metales forman principalmente compuestos básicos. Los estados de oxidación de tales sustancias no suelen exceder de dos. La metalicidad aumenta dentro de un grupo y disminuye dentro de un período. Por ejemplo, el francio radiactivo presenta propiedades más básicas que el sodio y, en la familia de los halógenos, el yodo incluso presenta un brillo metálico.

La situación es diferente en un período: se completan subniveles, delante de los cuales se encuentran sustancias con propiedades opuestas. En el espacio horizontal de la tabla periódica, la reactividad manifiesta de los elementos cambia de básica a anfótera y a ácida. Los metales son buenos agentes reductores (aceptan electrones al formar enlaces).

No metales

Este tipo de átomo se incluye en las principales clases de química inorgánica. Los no metales ocupan el lado derecho de la tabla periódica y exhiben propiedades típicamente ácidas. Muy a menudo, estos elementos se encuentran en forma de compuestos entre sí (por ejemplo, boratos, sulfatos, agua). En estado molecular libre se conoce la existencia de azufre, oxígeno y nitrógeno. También existen varios gases diatómicos no metálicos; además de los dos mencionados anteriormente, incluyen hidrógeno, flúor, bromo, cloro y yodo.

Son las sustancias más comunes en la Tierra: el silicio, el hidrógeno, el oxígeno y el carbono son especialmente comunes. El yodo, el selenio y el arsénico son muy raros (esto también incluye las configuraciones radiactivas e inestables, que se encuentran en los últimos períodos de la tabla).

En los compuestos, los no metales se comportan principalmente como ácidos. Son poderosos agentes oxidantes debido a la capacidad de agregar una cantidad adicional de electrones para completar el nivel.

en inorgánicos

Además de las sustancias que están representadas por un grupo de átomos, existen compuestos que incluyen varias configuraciones diferentes. Estas sustancias pueden ser binarias (consisten en dos partículas diferentes), tres, cuatro elementos, etc.

Sustancias de dos elementos

La química concede especial importancia a la naturaleza binaria de los enlaces en las moléculas. Las clases de compuestos inorgánicos también se consideran desde el punto de vista de los enlaces que se forman entre los átomos. Puede ser iónico, metálico, covalente (polar o no polar) o mixto. Por lo general, estas sustancias exhiben claramente cualidades básicas (en presencia de metal), anfóteras (dobles, especialmente características del aluminio) o ácidas (si hay un elemento con un estado de oxidación de +4 y superior).

Asociados de tres elementos

Los temas de química inorgánica incluyen la consideración de este tipo de combinación de átomos. Los compuestos que constan de más de dos grupos de átomos (los inorgánicos suelen ser especies de tres elementos) generalmente se forman con la participación de componentes que difieren significativamente entre sí en parámetros fisicoquímicos.

Los posibles tipos de enlaces son covalentes, iónicos y mixtos. Por lo general, las sustancias de tres elementos tienen un comportamiento similar a las sustancias binarias debido al hecho de que una de las fuerzas de interacción interatómica es mucho más fuerte que la otra: la débil se forma de forma secundaria y tiene la capacidad de disociarse más rápidamente en solución.

Clases de química inorgánica

La gran mayoría de las sustancias estudiadas en el curso de inorgánicos se pueden considerar según una clasificación sencilla en función de su composición y propiedades. Por tanto, se hace una distinción entre óxidos y sales. Es mejor empezar a considerar su relación familiarizándose con el concepto de formas oxidadas, en las que puede aparecer casi cualquier sustancia inorgánica. La química de tales asociados se analiza en los capítulos sobre óxidos.

Óxidos

Un óxido es un compuesto de cualquier elemento químico con oxígeno en estado de oxidación -2 (en peróxidos -1, respectivamente). La formación de enlaces se produce por la donación y adición de electrones con la reducción de O 2 (cuando el elemento más electronegativo es el oxígeno).

Pueden exhibir propiedades ácidas, anfóteras y básicas según el segundo grupo de átomos. Si es un óxido, no excede el estado de oxidación +2, si es un no metal, de +4 y superior. En muestras con parámetros duales se alcanza un valor de +3.

Ácidos en inorgánicos.

Los compuestos ácidos tienen una reacción ambiental inferior a 7 debido al contenido de cationes de hidrógeno, que pueden disolverse y posteriormente ser reemplazados por un ion metálico. Según la clasificación, son sustancias complejas. La mayoría de los ácidos se pueden preparar diluyendo los óxidos correspondientes con agua, por ejemplo formando ácido sulfúrico después de la hidratación de SO3.

Química inorgánica básica

Las propiedades de este tipo de compuestos se deben a la presencia del radical hidroxilo OH, que da la reacción del medio superior a 7. Las bases solubles se llaman álcalis, son las más fuertes en esta clase de sustancias debido a su completa disociación (descomposición en iones en el líquido). El grupo OH puede ser reemplazado por residuos ácidos al formar sales.

No química Orgánica Es una ciencia dual que puede describir sustancias desde diferentes puntos de vista. En la teoría protolítica, las bases se consideran aceptores de cationes de hidrógeno. Este enfoque amplía el concepto de esta clase de sustancias, llamando álcali a cualquier sustancia capaz de aceptar un protón.

Sales

Este tipo de compuesto se encuentra entre bases y ácidos, ya que es producto de su interacción. Por tanto, el catión suele ser un ion metálico (a veces amonio, fosfonio o hidronio) y la sustancia aniónica es un residuo ácido. Cuando se forma una sal, el hidrógeno es reemplazado por otra sustancia.

Dependiendo de la relación entre la cantidad de reactivos y su concentración entre sí, es racional considerar varios tipos de productos de interacción:

  • las sales básicas se obtienen si los grupos hidroxilo no se reemplazan por completo (tales sustancias tienen una reacción alcalina);
  • las sales ácidas se forman en el caso opuesto: cuando falta una base reaccionante, el hidrógeno permanece parcialmente en el compuesto;
  • las más famosas y fáciles de entender son las muestras promedio (o normales): son el producto de la neutralización completa de los reactivos con la formación de agua y una sustancia con solo un catión metálico o su análogo y un residuo ácido.

La química inorgánica es una ciencia que consiste en dividir cada una de las clases en fragmentos que se consideran en diferente tiempo: algunos - antes, otros - más tarde. Con un estudio más profundo, se distinguen 4 tipos más de sales:

  • Los dobles contienen un solo anión en presencia de dos cationes. Normalmente, estas sustancias se obtienen combinando dos sales con el mismo residuo ácido, pero con metales diferentes.
  • El tipo mixto es todo lo contrario al anterior: su base es un catión con dos aniones diferentes.
  • Los hidratos cristalinos son sales cuya fórmula contiene agua en estado cristalizado.
  • Los complejos son sustancias en las que el catión, el anión o ambos se presentan en forma de agrupaciones con un elemento formador. Estas sales se pueden obtener principalmente a partir de elementos del subgrupo B.

Otras sustancias incluidas en el taller de química inorgánica que pueden clasificarse como sales o como capítulos separados de conocimiento incluyen hidruros, nitruros, carburos y compuestos intermetálicos (compuestos de varios metales que no son una aleación).

Resultados

La química inorgánica es una ciencia que interesa a todo especialista en este campo, independientemente de sus intereses. Incluye los primeros capítulos estudiados en la escuela sobre este tema. El curso de química inorgánica prevé la sistematización de grandes cantidades de información de acuerdo con una clasificación clara y sencilla.

UDC 546(075) BBK 24,1 i 7 0-75

Compilado por: candidato Klimenko B.I. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado Volodchsnko A N., Ph.D. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado Pavlenko V.I., Doctor en Ingeniería. ciencias, prof.

Revisor Gikunova I.V., Ph.D. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado

Fundamentos de química inorgánica: Directrices para estudiantes de 0 a 75 años de educación a tiempo completo. - Belgorod: Editorial BelGTASM, 2001. - 54 p.

EN lineamientos metodológicos Las propiedades de las clases más importantes de sustancias inorgánicas se examinan en detalle, teniendo en cuenta las principales secciones de la química general. Este trabajo contiene generalizaciones, diagramas, tablas y ejemplos, que facilitarán una mejor asimilación de un extenso material factual. Atención especial Tanto en la parte teórica como en la práctica se dedica la conexión entre la química inorgánica y los conceptos básicos de la química general.

El libro está destinado a estudiantes de primer año de todas las especialidades.

UDC 546(075) BBK 24.1 i 7

© Academia Tecnológica Estatal de Belgorod materiales de construcción(BelGTASM), 2001

INTRODUCCIÓN

El conocimiento de los fundamentos de cualquier ciencia y los problemas que enfrenta es lo mínimo que cualquier persona debe saber para poder navegar libremente por el mundo que la rodea. Las ciencias naturales juegan un papel importante en este proceso. Las ciencias naturales son un conjunto de ciencias sobre la naturaleza. Todas las ciencias se dividen en exactas (naturales) y finas (humanidades). El primero en estudiar las leyes del desarrollo. mundo material, el segundo son las leyes de desarrollo y manifestación de la mente humana. En el trabajo presentado nos familiarizaremos con los conceptos básicos de uno de los Ciencias Naturales 7 química inorgánica. El estudio exitoso de la química inorgánica sólo es posible si se conocen la composición y las propiedades de las principales clases de compuestos inorgánicos. Conociendo las características de las clases de compuestos, es posible caracterizar las propiedades de sus representantes individuales.

Al estudiar cualquier ciencia, incluida la química, siempre surge la pregunta: ¿por dónde empezar? Del estudio de material fáctico: descripciones de las propiedades de los compuestos, indicaciones de las condiciones para su existencia, enumerando las reacciones en las que entran; Sobre esta base, se derivan las leyes que rigen el comportamiento de las sustancias o, por el contrario, primero se dan leyes y luego se analizan las propiedades de las sustancias sobre esta base. En este libro utilizaremos ambos métodos para presentar material fáctico.

1. CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA INORGÁNICA

¿Cuál es la materia de la química, qué estudia esta ciencia? Existen varias definiciones de química.

Por un lado, la química es la ciencia de las sustancias, sus propiedades y transformaciones. Por otro lado, la química es una de las ciencias naturales que estudia la forma química del movimiento de la materia. La forma química del movimiento de la materia son los procesos de asociación de átomos en moléculas y disociación de moléculas. La organización química de la materia se puede representar mediante el siguiente diagrama (Fig. 1).

Arroz. 1. Organización química de la materia.

La materia es una realidad objetiva dada a una persona en sus sensaciones, que es copiada, fotografiada, mostrada por nuestras sensaciones, existiendo independientemente de nosotros. La materia como realidad objetiva existe en dos formas: en forma de materia y en forma de campo.

Un campo (fuerzas gravitacionales, electromagnéticas, intranucleares) es una forma de existencia de la materia, que se caracteriza y se manifiesta principalmente por energía, no por masa, aunque tiene esta última. La energía es una medida cuantitativa del movimiento, que expresa la capacidad de los objetos materiales. hacer trabajo.

Masa (lat. massa - bulto, bulto, trozo) - cantidad física, una de las principales características de la materia, determinando sus propiedades inerciales y gravitacionales.

Un átomo es el nivel más bajo de organización química de la materia. Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Consta de un núcleo cargado positivamente y electrones cargados negativamente; En general, el átomo es eléctricamente neutro. Elemento químico - Este es un tipo de átomo con la misma carga nuclear. Hay 109 elementos conocidos, de los cuales 90 existen en la naturaleza.

Una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia que tiene las propiedades químicas de esa sustancia.

El número de elementos químicos es limitado y sus combinaciones lo dan todo.

variedad de sustancias.

¿Qué es una sustancia?

En un sentido amplio, la materia es un tipo específico de materia que tiene masa en reposo y se caracteriza, en determinadas condiciones, por determinadas propiedades físicas y químicas. Se conocen alrededor de 600 mil sustancias inorgánicas y alrededor de 5 millones de sustancias orgánicas.

En un sentido más estricto, una sustancia es un determinado conjunto de partículas atómicas y moleculares, sus asociados y agregados, ubicados en cualquiera de los tres estados de agregación.

Una sustancia está completamente definida por tres características: 1) ocupa parte del espacio; 2) tiene masa en reposo;

3) construido a partir de partículas elementales.

Todas las sustancias se pueden dividir en simples y complejas.

Los elementos forman no una, sino varias sustancias simples. Este fenómeno se llama alotropía, y cada una de estas sustancias simples se denomina modificación (modificación) alotrópica de un elemento determinado. La alotropía se observa en carbono, oxígeno, azufre, fósforo y varios otros elementos. Así, el grafito, el diamante, el carbino y los fullerenos son modificaciones alotrópicas del elemento químico carbono; fósforo rojo, blanco y negro: modificaciones alotrópicas del elemento químico fósforo. Se conocen unas 400 sustancias simples.

Una sustancia simple es una forma de existencia de sustancias químicas.

elementos en estado libre

Las sustancias simples se dividen en metales y no metales. Si un elemento químico es metálico o no metálico se puede determinar utilizando la tabla periódica de elementos de D.I. Mendeleev. Antes de hacer esto, recordemos un poco sobre la estructura de la tabla periódica.

1.1. Ley periódica y sistema periódico de D.I.Mendeleev.

Tabla periódica elementos - esta es una expresión gráfica de la ley periódica, descubierta por D.I. Mendeleev el 18 de febrero de 1869. La ley periódica suena así: las propiedades de las sustancias simples, así como las propiedades de los compuestos, dependen periódicamente de la carga del núcleo. de los átomos del elemento.

Hay más de 400 opciones para representar la tabla periódica. Las variantes celulares más comunes (variante corta - 8 células y variantes largas - 18 y 32 células). El sistema periódico de período corto consta de 7 períodos y 8 grupos.

Los elementos que tienen una estructura similar del nivel de energía externo se combinan en grupos. Hay principales (A) y secundarios (B).

grupos. Los grupos principales son elementos s y p, y los grupos secundarios son elementos d.

Un período es una serie sucesiva de elementos en cuyos átomos se llenan el mismo número de capas de electrones del mismo nivel de energía. La diferencia en la secuencia de llenado de las capas electrónicas explica la razón de las diferentes duraciones de los períodos. En este sentido, los períodos contienen diferentes cantidades elementos: 1er período - 2 elementos; 2º y 3er período: 8 elementos cada uno; 4to y 5to

períodos: 18 elementos cada uno y el sexto período: 32 elementos.

Los elementos de períodos pequeños (2º y 3º) se clasifican en un subgrupo de elementos típicos. Dado que los elementos yd- y / están llenos con el segundo y tercer elgk- exterior

lugar de sus átomos y, por lo tanto, una mayor capacidad para unir electrones (capacidad oxidante) transferidos valores altos su electronegatividad. Los elementos con propiedades no metálicas ocupan la esquina superior derecha de la tabla periódica

D. I. Mendeleev. Los no metales pueden ser gaseosos (F2, O2, CI2), sólidos (B, C, Si, S) y líquidos (Br2).

El elemento hidrógeno ocupa un lugar especial en la tabla periódica

sistema y no tiene análogos químicos. El hidrógeno se muestra metálico.

y propiedades no metálicas, y por lo tanto en la tabla periódica

colocados simultáneamente en el grupo IA y VIIA.

Debido a la gran diversidad de propiedades químicas, se distinguen de

eficiente Gases nobles(aerógenos) - elementos del grupo VIIIA

dic

sistemas. Las investigaciones de los últimos años permiten, sin embargo,

es posible clasificar algunos de ellos (Kr, Xe, Rn) como no metales.

Una propiedad característica de los metales es que la valencia

Los tronos están débilmente unidos a un átomo en particular, y

dentro de todos

existe el llamado electrónico

Por lo tanto todo

tener

alta conductividad eléctrica,

conductividad térmica

exactitud. Aunque también existen metales quebradizos (zinc, antimonio, bismuto). Los metales suelen presentar propiedades reductoras.

Sustancias complejas(compuestos químicos) son sustancias cuyas moléculas están formadas por átomos de diversos elementos químicos (moléculas heteroatómicas o heteronucleares). Por ejemplo, C 02, CON. Se conocen más de 10 millones. sustancias complejas.

La forma más elevada de organización química de la materia son los asociados y agregados. Los asociados son combinaciones de moléculas o iones simples en sustancias más complejas que no provocan cambios en la naturaleza química. Los asociados existen principalmente en estados líquidos y gaseosos, y los agregados existen en estados sólidos.

Las mezclas son sistemas que constan de varios compuestos distribuidos uniformemente, interconectados en proporciones constantes y que no interactúan entre sí.

1.2. Valencia y estado de oxidación.

La elaboración de fórmulas empíricas y la formación de nombres de compuestos químicos se basa en el conocimiento y uso correcto de los conceptos de estado de oxidación y valencia.

Estado de oxidación- esta es la carga condicional de un elemento en un compuesto, calculada a partir del supuesto de que el compuesto está formado por iones. Este valor es condicional, formal, ya que prácticamente no existen compuestos puramente iónicos. El grado de oxidación en valor absoluto puede ser un número entero o fraccionario; y en términos de carga puede ser positiva, negativa e igual a cero.

La valencia es una cantidad determinada por la cantidad de electrones desapareados en el nivel de energía exterior o la cantidad de orbitales atómicos libres capaces de participar en la formación de enlaces químicos.

Algunas reglas para determinar los estados de oxidación de elementos químicos.

1. El estado de oxidación de un elemento químico en una sustancia simple.

es igual a 0.

2. La suma de los estados de oxidación de los átomos de una molécula (ion) es 0.

(carga de iones).

3. Los elementos de los grupos I-III A tienen un estado de oxidación positivo correspondiente al número del grupo en el que se ubica el elemento.

4. Elementos de los grupos IV -V IIA, excepto el estado de oxidación positivo correspondiente al número del grupo; y un estado de oxidación negativo correspondiente a la diferencia entre el número de grupo y el número 8, tienen un estado de oxidación intermedio igual a la diferencia entre el número de grupo y el número 2 (Tabla 1).

tabla 1

Estados de oxidación de los elementos IV -V subgrupos IIA

Estado de oxidación

Intermedio

5. El estado de oxidación del hidrógeno es +1 si el compuesto contiene al menos un no metal; - 1 en compuestos con metales (hidruros); 0 en H2.

Hidruros de algunos elementos.

BeH2

NaH MgH2 АШ3

CaH2

GaH3

GeH4

AsH3

SrH2

EnH3

SnH4

SbH3

VaN2

Conexiones H

Intermedio

Conexiones

conexiones

6. El estado de oxidación del oxígeno suele ser -2, a excepción de los peróxidos (-1), superóxidos (-1/2), ozonuros (-1/3), ozono (+4), fluoruro de oxígeno (+ 2).

7. El estado de oxidación del flúor en todos los compuestos excepto F2> es -1. En compuestos con flúor se realizan formas superiores de oxidación de muchos elementos químicos (BiF5, SF6, IF?, OsFg).

8 . En los períodos, los radios orbitales de los átomos disminuyen al aumentar el número de serie y aumenta la energía de ionización. Al mismo tiempo, se potencian las propiedades ácidas y oxidantes; nivel superior

Las penalizaciones por oxidación de elementos se vuelven menos estables.

9. Los elementos de los grupos impares del sistema periódico se caracterizan por grados impares y los elementos de grupos pares se caracterizan por grados pares.

oxidación.

10. En los subgrupos principales, a medida que aumenta el número atómico de un elemento, el tamaño de los átomos generalmente aumenta y la energía de ionización disminuye. En consecuencia, se mejoran las propiedades básicas y se debilitan las propiedades oxidantes. En subgrupos de elementos ^ con número atómico creciente, la participación de los electrones ^ en la formación de enlaces

disminuye y por lo tanto disminuye

valor absoluto

sin oxidación (Tabla 2).

Tabla 2

Valores de estados de oxidación de elementos del subgrupo VA.

Estado de oxidación

Li, K, Fe, Ba

Ácido C 02, S 0 3

No metales

Anfótero ZnO BeO

anfígenos

Doble Fe304

Ser, AL Zn

formador de ole

aerógenos

CO, NO, SiO, N20

Bases Ba(OH)2

Ácidos HNO3

HIDRÓXIDOS

Anfolitos Zti(OH)2

KagSOz medio,

Hombre agrioKUz,

(SiOH)gCO3, 4 básico--------

Doble CaMg(COs)2

SaSGSU mixto

> quién cómo J 3 w »

Fig. 2. Esquema de las clases más importantes de sustancias inorgánicas.

La química inorgánica estudia los elementos químicos, sus sustancias simples y complejas (excepto los compuestos orgánicos de carbono), así como los patrones de transformación de estas sustancias. Actualmente existen en el mundo unas 400.000 sustancias inorgánicas.

Históricamente, el nombre de química inorgánica proviene de la idea de la parte de la química que se ocupa del estudio de elementos, compuestos y reacciones de sustancias que no están formadas por los seres vivos. Sin embargo, desde la síntesis de urea a partir del compuesto inorgánico cianato de amonio (NH4OCN), realizada en 1828 por el destacado químico alemán Friedrich Wöhler, los límites entre las sustancias de la naturaleza inanimada y viva se han vuelto borrosas, ya que los seres vivos producen muchas sustancias inorgánicas. , y casi todos los compuestos orgánicos se pueden sintetizar en laboratorios. Sin embargo, la división en varias áreas de la química es relevante y necesaria como antes, ya que los mecanismos de reacción y la estructura de las sustancias en la química orgánica e inorgánica difieren. Esto facilita la sistematización de métodos y métodos de investigación en cada industria.

La tarea más importante de la química inorgánica es desarrollar y fundamentar científicamente métodos para crear nuevos materiales con los necesarios. tecnología moderna propiedades. La base teórica de la química inorgánica es la ley periódica y el sistema periódico de elementos químicos basado en ella.

El texto de las conferencias refleja ideas modernas sobre la estructura de las sustancias y sus propiedades. Se presta especial atención al establecimiento de conexiones entre la estructura de las sustancias y sus transformaciones en sistemas inorgánicos para varios elementos de la tabla periódica. Las notas de la conferencia examinan primero la química del hidrógeno y los elementos p de los principales subgrupos VII – III de los grupos del sistema periódico de D.I. Mendeleev, luego se dan las características generales de los metales y se consideran los elementos s de los grupos IA y PA, luego las propiedades de los elementos de transición d y f. Las notas de la conferencia terminan con una descripción de las propiedades químicas de los gases inertes.

Cada sección comienza con características generales subgrupos: análisis de la configuración electrónica, posibles estados de oxidación e identificación de patrones generales en cambios en las propiedades redox y ácido-base de los compuestos, luego se dan las características de sustancias simples y compuestos de elementos de este grupo. Se presta especial atención al uso de sustancias (que están sistematizadas por la industria); papel biológico y toxicología. Cada sección finaliza con una lista de preguntas de autoevaluación que ayudan a los estudiantes a sistematizar y generalizar los conocimientos adquiridos.

Química Inorgánica- una rama de la química asociada al estudio de la estructura, reactividad y propiedades de todos los elementos químicos y sus compuestos inorgánicos. Esta área cubre todos los compuestos químicos excepto las sustancias orgánicas (una clase de compuestos que incluye el carbono, con excepción de unos pocos compuestos simples, generalmente clasificados como inorgánicos). La distinción entre compuestos orgánicos e inorgánicos que contienen carbono es, según algunas ideas, arbitraria. La química inorgánica estudia los elementos químicos y las sustancias simples y complejas que forman (excepto los compuestos orgánicos). Proporciona la creación de materiales de última tecnología. El número de sustancias inorgánicas conocidas en 2013 se acerca a las 400.000.

La base teórica de la química inorgánica es la ley periódica y el sistema periódico de D.I. Mendeleev basado en ella. La tarea más importante de la química inorgánica es el desarrollo y la fundamentación científica de métodos para crear nuevos materiales con las propiedades necesarias para la tecnología moderna.

En Rusia, la investigación en el campo de la química inorgánica la lleva a cabo el Instituto de Química Inorgánica que lleva su nombre. A. V. Nikolaev SB RAS (Instituto de Química SB RAS, Novosibirsk), Instituto de Química General e Inorgánica que lleva su nombre. N. S. Kurnakova (IGNKh RAS, Moscú), Instituto de Problemas Físico-Químicos de Materiales Cerámicos (IFKhPKM, Moscú), Centro Científico y Técnico “Materiales Superduros” (STC SM, Troitsk) y varias otras instituciones. Los resultados de la investigación se publican en revistas (Journal of Inorganic Chemistry, etc.).

Historia de la definición

Históricamente, el nombre de química inorgánica proviene de la idea de la parte de la química que se ocupa del estudio de elementos, compuestos y reacciones de sustancias que no están formadas por los seres vivos. Sin embargo, desde la síntesis de la urea a partir del compuesto inorgánico cianato de amonio (NH 4 OCN), realizada en 1828 por el destacado químico alemán Friedrich Wöhler, las fronteras entre las sustancias de la naturaleza viva e inanimada se han borrado. Así, los seres vivos producen muchas sustancias inorgánicas. Por otra parte, casi todos los compuestos orgánicos pueden sintetizarse en el laboratorio. Sin embargo, la división en varias áreas de la química es relevante y necesaria como antes, ya que los mecanismos de reacción y la estructura de las sustancias en la química orgánica e inorgánica difieren. Esto facilita la sistematización de métodos y métodos de investigación en cada industria.

Óxidos

Óxido(óxido, óxido): un compuesto binario de un elemento químico con oxígeno en el estado de oxidación −2, en el que el oxígeno mismo está asociado solo con el elemento menos electronegativo. El elemento químico oxígeno ocupa el segundo lugar en electronegatividad después del flúor, por lo que casi todos los compuestos de elementos químicos con oxígeno se clasifican como óxidos. Las excepciones incluyen, por ejemplo, difluoruro de oxígeno OF 2.

Los óxidos son un tipo muy común de compuestos que se encuentran en la corteza terrestre y en el Universo en general. Ejemplos de tales compuestos son el óxido, el agua, la arena, el dióxido de carbono y varios tintes.

Los óxidos son una clase de minerales que son compuestos de un metal con oxígeno.

Los compuestos que contienen átomos de oxígeno unidos entre sí se denominan peróxidos (peróxidos; contienen la cadena −O-O−), superóxidos (contienen el grupo O-2) y ozonuros (contienen el grupo O-3). No están clasificados como óxidos.

Clasificación

Según las propiedades químicas se distinguen:

Óxidos formadores de sales:

óxidos básicos (por ejemplo, óxido de sodio Na 2 O, óxido de cobre (II) CuO): óxidos metálicos cuyo estado de oxidación es I-II;

óxidos ácidos (por ejemplo, óxido de azufre (VI) SO 3, óxido de nitrógeno (IV) NO 2): óxidos metálicos con estado de oxidación V-VII y óxidos no metálicos;

óxidos anfóteros (por ejemplo, óxido de zinc ZnO, óxido de aluminio Al 2 O 3): óxidos metálicos con estado de oxidación III-IV y exclusión (ZnO, BeO, SnO, PbO);

Óxidos que no forman sales: monóxido de carbono (II) CO, óxido nítrico (I) N 2 O, óxido nítrico (II) NO.

Nomenclatura

Según la nomenclatura IUPAC, los óxidos se denominan “óxido” seguido del nombre del elemento químico en el que se encuentra. caso genitivo, por ejemplo: Na 2 O - óxido de sodio, Al 2 O 3 - óxido de aluminio. Si un elemento tiene un estado de oxidación variable, entonces el nombre del óxido indica su estado de oxidación con un número romano entre paréntesis inmediatamente después del nombre (sin espacio). Por ejemplo, Cu 2 O - óxido de cobre (I), CuO - óxido de cobre (II), FeO - óxido de hierro (II), Fe 2 O 3 - óxido de hierro (III), Cl 2 O 7 - óxido de cloro (VII) .

A menudo se utilizan otros nombres para los óxidos, según el número de átomos de oxígeno: si el óxido contiene solo un átomo de oxígeno, entonces se llama monóxido o monóxido, si hay dos, dióxido o dióxido, si hay tres, entonces trióxido o trióxido, etc. ejemplo: monóxido de carbono CO, dióxido de carbono CO 2, trióxido de azufre SO 3.

Los nombres históricos (triviales) de los óxidos también son comunes, como monóxido de carbono CO, anhídrido sulfúrico SO 3, etc.

A principios del siglo XIX y antes, los químicos llamaban “tierras” a los óxidos refractarios que eran prácticamente insolubles en agua.

Los óxidos con estados de oxidación más bajos (subóxidos) a veces se denominan óxido (análogo en inglés - protóxido) y subóxido (por ejemplo, monóxido de carbono (II), CO - monóxido de carbono; dióxido de tricarbono, C 3 O 2 - subóxido de carbono; óxido nitrógeno(I ), N 2 O - óxido nitroso; óxido de cobre (I), Cu 2 O - óxido de cobre). Los estados de oxidación superiores (óxido de hierro (III), Fe2O3) se denominan óxido de acuerdo con esta nomenclatura, y los óxidos complejos se denominan óxido-óxido (Fe 3 O 4 = FeO Fe 2 O 3 - óxido de hierro, uranio (VI) óxido) -diuranio(V), U 3 O 8 - óxido de uranio). Esta nomenclatura, sin embargo, no es coherente, por lo que dichos nombres deberían considerarse más tradicionales.

Propiedades químicas

Óxidos básicos

1. Óxido básico + ácido fuerte → sal + agua

2. Óxido básico fuerte + agua → álcali

3. Óxido fuertemente básico + óxido ácido → sal

4. Óxido básico + hidrógeno → metal + agua

Nota: el metal es menos reactivo que el aluminio.

Óxidos ácidos

1. Óxido de ácido + agua → ácido

Algunos óxidos, por ejemplo el SiO 2, no reaccionan con el agua, por lo que sus ácidos se obtienen indirectamente.

2. Óxido ácido + óxido básico → sal

3. Óxido ácido + base → sal + agua

Si el óxido de ácido es un anhídrido de un ácido polibásico, es posible la formación de sales ácidas o medias:

4. Óxido no volátil + sal1 → sal2 + óxido volátil

5. Anhídrido de ácido 1 + ácido 2 que contiene oxígeno anhidro → Anhídrido de ácido 2 + ácido 1 que contiene oxígeno anhidro

Óxidos anfóteros

Al interactuar con un ácido fuerte u óxido ácido, exhiben las siguientes propiedades básicas:

Al interactuar con una base fuerte u óxido básico, exhiben propiedades ácidas:

(en solución acuosa)

(cuando está fusionado)

Recibo

1. Interacción de sustancias simples (a excepción de gases inertes, oro y platino) con oxígeno:

Cuando los metales alcalinos (excepto el litio), así como el estroncio y el bario, se queman en oxígeno, se forman peróxidos y superóxidos:

2. Tostación o combustión de compuestos binarios en oxígeno:

3. Descomposición térmica de sales:

4. Descomposición térmica de bases o ácidos:

5. Oxidación de óxidos inferiores en superiores y reducción de óxidos superiores en inferiores:

6. Interacción de algunos metales con agua a altas temperaturas:

7. Interacción de sales con óxidos ácidos durante la combustión de coque con liberación de óxido volátil:

8. Interacción de metales con ácidos oxidantes:

9. Cuando las sustancias depurativas actúan sobre ácidos y sales:

10. Interacción de sales de ácidos débiles inestables con ácidos más fuertes:

Sales

Sales- una clase de compuestos químicos que consisten en cationes y aniones.


Los cationes metálicos y los cationes onio pueden actuar como cationes en sales.


(cationes amonio, fosfonio, hidronio y sus derivados orgánicos),


cationes complejos, etc., como aniones: aniones del residuo ácido de varios ácidos de Bronsted, tanto inorgánicos como orgánicos, incluidos carbaniones, aniones complejos, etc.

tipos de sales

Un grupo especial está formado por sales de ácidos orgánicos, cuyas propiedades difieren significativamente de las propiedades de las sales minerales. Algunos de ellos pueden clasificarse como una clase especial de sales orgánicas, los llamados líquidos iónicos o también “sales líquidas”, sales orgánicas con un punto de fusión inferior a 100 °C.

nombres de sales

Los nombres de las sales se forman a partir de dos palabras: el nombre del anión en caso nominativo y el nombre del catión en el caso genitivo: - sulfato de sodio. Para metales con estado de oxidación variable se indica entre paréntesis y sin espacio:- sulfato de hierro (II),- sulfato de hierro (III).

Los nombres de las sales ácidas comienzan con el prefijo "hidro-" (si hay un átomo de hidrógeno en la sal) o "dihidro-" (si hay dos). Por ejemplo, - bicarbonato de sodio, - dihidrógenofosfato de sodio.

Los nombres de las sales principales contienen el prefijo “hidroxo-” o “dihidroxo-”. Por ejemplo, - cloruro de hidroxomagnesio,- cloruro de dihidroxoaluminio.

En las sales hidratadas, la presencia de agua cristalina se indica con el prefijo “hidrato-”. El grado de hidratación se refleja mediante un prefijo numérico. Por ejemplo, - cloruro de calcio dihidrato.

El estado de oxidación más bajo del elemento formador de ácido (si hay más de dos estados de oxidación) se indica con el prefijo "hipo-". El prefijo "por-" indica el grado más alto oxidación (para sales ácidas con las terminaciones “-ova”, “-eva”, “-na”). Por ejemplo: - hipoclorito de sodio,- clorito de sodio, - clorato de sodio, - perclorato de sodio.

Métodos de recibo

Existir varios métodos obtención de sales:

1) Interacción de ácidos con metales, óxidos/hidróxidos básicos y anfóteros:

2) Interacción de óxidos ácidos con álcalis, óxidos/hidróxidos básicos y anfóteros:

3) Interacción de sales con ácidos y otras sales (si se forma un producto que sale de la esfera de reacción):

Interacción de sustancias simples:

La interacción de bases con no metales, por ejemplo, con halógenos:

Propiedades químicas

Las propiedades químicas están determinadas por las propiedades de los cationes y aniones incluidos en su composición.

Las sales interactúan con ácidos y bases si la reacción da como resultado un producto que sale de la esfera de reacción (precipitado, gas, sustancias ligeramente disociadas, por ejemplo, agua u otros óxidos):

Las sales interactúan con los metales si el metal libre está a la izquierda del metal en la sal en la serie electroquímica de actividad del metal:

Las sales interactúan entre sí si el producto de reacción abandona la esfera de reacción (se forma gas, precipitado o agua); incluidas estas reacciones pueden tener lugar con un cambio en los estados de oxidación de los átomos reactivos:

Algunas sales se descomponen cuando se calientan:

Base

Jardines- clase de compuestos químicos.

Las bases (hidróxidos básicos) son sustancias complejas que constan de átomos metálicos o iones amonio y un grupo hidroxilo (-OH). En una solución acuosa se disocian para formar cationes y aniones OH-.

El nombre de la base normalmente consta de dos palabras: "hidróxido de metal/amonio". Las bases que son muy solubles en agua se llaman álcalis.

Según la teoría de los protones de los ácidos y las bases, las bases son una de las principales clases de compuestos químicos, sustancias cuyas moléculas están

aceptores de protones.

En química orgánica, tradicionalmente, las bases también se refieren a sustancias que pueden formar aductos (“sales”) con ácidos fuertes; por ejemplo, muchos alcaloides se describen tanto en forma de “base alcaloide” como en forma de “sales de alcaloides”.

El concepto de base fue introducido por primera vez en la química por el químico francés Guillaume François Ruel en 1754. Observó que los ácidos, conocidos entonces como líquidos volátiles (como el ácido acético o clorhídrico), se convertían en sales cristalinas sólo cuando se combinaban con sustancias específicas. Ruel sugirió que tales sustancias sirven como "bases" para la formación de sales en forma sólida.

Recibo

La interacción de un óxido de base fuerte con agua produce una base fuerte o álcali.

Los óxidos débilmente básicos y anfóteros no reaccionan con el agua, por lo que de esta forma no se pueden obtener los hidróxidos correspondientes.

Los hidróxidos de metales poco activos se obtienen agregando álcali a soluciones de las sales correspondientes. Dado que la solubilidad de los hidróxidos débilmente básicos en agua es muy baja, el hidróxido precipita de la solución en forma de una masa gelatinosa.

La base también se puede obtener haciendo reaccionar un metal alcalino o alcalinotérreo con agua.

Química General. Química Inorgánica.

Materia y tareas de la química.

La química moderna es una de las ciencias naturales y es un sistema de disciplinas separadas: química general e inorgánica, química analítica, química orgánica, química física y coloidal, geoquímica, cosmoquímica, etc.

La química es una ciencia que estudia los procesos de transformación de sustancias, acompañados de cambios en la composición y estructura, así como las transiciones mutuas entre estos procesos y otras formas de movimiento de la materia.

Por tanto, el principal objeto de la química como ciencia son las sustancias y sus transformaciones.

En escenario moderno En el desarrollo de nuestra sociedad, el cuidado de la salud humana es una tarea de suma importancia. El tratamiento de muchas enfermedades ha sido posible gracias a los avances de la química en la creación de nuevas sustancias y materiales: medicamentos, sucedáneos de la sangre, polímeros y materiales poliméricos.

Sin un conocimiento profundo y completo en el campo de la química, sin comprender la importancia del impacto positivo o negativo de diversos factores químicos en la salud humana y el medio ambiente, es imposible convertirse en un profesional médico competente.

Química General. Química Inorgánica.

La química inorgánica es la ciencia de los elementos de la tabla periódica y de las sustancias simples y complejas que forman ellos.

La química inorgánica es inseparable de la química general. Históricamente, al estudiar la interacción química de los elementos entre sí, se formularon las leyes básicas de la química, los patrones generales de reacciones químicas, la teoría de los enlaces químicos, la doctrina de las soluciones y mucho más, que constituyen el tema de la química general.

Así, la química general estudia las ideas y conceptos teóricos que forman la base de todo el sistema. conocimiento químico.

La química inorgánica ha superado durante mucho tiempo la etapa de la ciencia descriptiva y actualmente está experimentando su "renacimiento" como resultado del uso generalizado de métodos químicos cuánticos, el modelo de banda del espectro de energía de los electrones y el descubrimiento de los compuestos químicos de valencia de los gases nobles. y la síntesis dirigida de materiales con propiedades físicas y químicas especiales. Basándose en un estudio en profundidad de la relación entre estructura química y propiedades, resuelve con éxito el problema principal: la creación de nuevas sustancias inorgánicas con propiedades específicas.

2. Métodos de química general e inorgánica.

De los métodos experimentales de la química, el más importante es el método de las reacciones químicas. Reacción química: la transformación de una sustancia en otra cambiando la composición y Estructura química. Las reacciones químicas brindan la oportunidad de explorar. Propiedades químicas sustancias. Por las reacciones químicas de la sustancia en estudio, se puede juzgar indirectamente su estructura química. Los métodos directos para determinar la estructura química se basan principalmente en el uso de fenómenos físicos.

También a partir de reacciones químicas se lleva a cabo la síntesis inorgánica, que últimamente ha logrado un gran éxito, especialmente en la producción de compuestos de alta pureza en forma de monocristales. Esto fue facilitado por el uso altas temperaturas y presiones, alto vacío, introducción de métodos de limpieza sin recipiente, etc.

Al realizar reacciones químicas, así como al aislar sustancias de una mezcla en su forma pura, los métodos preparativos juegan un papel importante: precipitación, cristalización, filtración, sublimación, destilación, etc. Actualmente, muchos de estos métodos de preparación clásicos se han desarrollado aún más y son líderes en la tecnología para la obtención de sustancias de alta pureza y monocristales. Estos son métodos de cristalización dirigida, recristalización zonal, sublimación al vacío y destilación fraccionada. Una de las características de la química inorgánica moderna es la síntesis y el estudio de sustancias de alta pureza en monocristales.

Los métodos de análisis fisicoquímico se utilizan ampliamente en el estudio de soluciones y aleaciones, cuando los compuestos formados en ellas son difíciles o prácticamente imposibles de aislar en un estado individual. Entonces explora propiedades físicas sistemas dependiendo de los cambios en la composición. Como resultado, se construye un diagrama de composición y propiedades, cuyo análisis permite sacar una conclusión sobre la naturaleza de la interacción química de los componentes, la formación de compuestos y sus propiedades.

Para comprender la esencia de un fenómeno, los métodos experimentales por sí solos no son suficientes, por eso Lomonosov dijo que un verdadero químico debe ser un teórico. Sólo a través del pensamiento, la abstracción científica y la generalización se aprenden las leyes de la naturaleza y se crean hipótesis y teorías.

La comprensión teórica del material experimental y la creación de un sistema coherente de conocimiento químico en la química general e inorgánica moderna se basa en: 1) la teoría de la mecánica cuántica de la estructura de los átomos y el sistema periódico de los elementos de D.I. Mendeléiev; 2) teoría química cuántica de la estructura química y la doctrina de la dependencia de las propiedades de una sustancia de “su estructura química”; 3) la doctrina del equilibrio químico, basada en los conceptos de termodinámica química.

3. Teorías y leyes fundamentales de la química.

Las generalizaciones fundamentales de la química y las ciencias naturales incluyen teoría atómico-molecular, ley de conservación de masa y energía,

Tabla periódica y teoría de la estructura química.

a) Teoría atómico-molecular.

El creador de los estudios atómico-moleculares y descubridor de la ley de conservación de la masa de sustancias M.V. Lomonosov es considerado legítimamente el fundador de la química científica. Lomonosov distinguió claramente dos etapas en la estructura de la materia: elementos (a nuestro entender, átomos) y corpúsculos (moléculas). Según Lomonosov, las moléculas de sustancias simples están formadas por átomos idénticos y las moléculas de sustancias complejas, por átomos diferentes. La teoría atómico-molecular recibió reconocimiento general a principios del siglo XIX, después de que se estableciera en la química el atomismo de Dalton. Desde entonces, las moléculas se han convertido en el principal objeto de la investigación química.

b) Ley de conservación de la masa y la energía.

En 1760, Lomonosov formuló una ley unificada de masa y energía. Pero antes de principios del siglo XX. estas leyes se consideraron independientemente unas de otras. La química se ocupaba principalmente de la ley de conservación de la masa de una sustancia (la masa de sustancias que entraron en una reacción química es igual a la masa de sustancias formadas como resultado de la reacción).

Por ejemplo: 2KlO 3 = 2 KCl + 3O 2

Izquierda: 2 átomos de potasio Derecha: 2 átomos de potasio

2 átomos de cloro 2 átomos de cloro

6 átomos de oxígeno 6 átomos de oxígeno

La física se ocupaba de la ley de conservación de la energía. En 1905, el fundador de la física moderna A. Einstein demostró que existe una relación entre masa y energía, expresada por la ecuación E = mс 2, donde E es energía, m es masa; c es la velocidad de la luz en el vacío.



c) Ley periódica.

La tarea más importante de la química inorgánica es estudiar las propiedades de los elementos e identificar los patrones generales de su interacción química entre sí. La mayor generalización científica para resolver este problema la hizo D.I. Mendeleev, quien descubrió la Ley Periódica y su expresión gráfica: el Sistema Periódico. Sólo gracias a este descubrimiento se hizo posible la previsión química, la predicción de nuevos hechos. Por tanto, Mendeleev es el fundador de la química moderna.

La ley periódica de Mendeleev es la base de la naturaleza.
taxonomía de elementos químicos. Elemento químico - colección
átomos con la misma carga nuclear. Patrones de cambios de propiedad
Los elementos químicos están determinados por la ley periódica. doctrina de
la estructura de los átomos explicaba el significado físico de la Ley Periódica.
Resultó que la frecuencia de cambios en las propiedades de los elementos y sus compuestos.
Depende de una estructura electrónica similar que se repite periódicamente.
capas de sus átomos. Las propiedades químicas y algunas físicas dependen de
la estructura de la carcasa electrónica, especialmente sus capas exteriores. Es por eso
La ley periódica es la base científica para el estudio de las propiedades más importantes de los elementos y sus compuestos: ácido-base, redox, catalítica, complejante, semiconductora, metaloquímica, química cristalina, radioquímica, etc.

La tabla periódica también jugó un papel colosal en el estudio de la radiactividad natural y artificial y la liberación de energía intranuclear.

La ley periódica y el sistema periódico se desarrollan y perfeccionan continuamente. Prueba de ello es la formulación moderna de la Ley Periódica: las propiedades de los elementos, así como las formas y propiedades de sus compuestos, dependen periódicamente de la magnitud de la carga del núcleo de sus átomos. Por tanto, la carga positiva del núcleo, y no masa atomica, resultó ser un argumento más preciso del que dependen las propiedades de los elementos y sus compuestos.

d) Teoría de la estructura química.

La tarea fundamental de la química es estudiar la relación entre la estructura química de una sustancia y sus propiedades. Las propiedades de una sustancia están en función de su estructura química. Antes de la mañana Butlerov creía que las propiedades de una sustancia están determinadas por su composición cualitativa y cuantitativa. Primero formuló los principios básicos de su teoría de la estructura química. Así: la naturaleza química de una partícula compleja está determinada por la naturaleza de las partículas elementales que la constituyen, su cantidad y estructura química. Traducido al idioma moderno esto significa que las propiedades de una molécula están determinadas por la naturaleza de los átomos que la constituyen, su número y la estructura química de la molécula. Inicialmente, la teoría de la estructura química relacionada con compuestos químicos que tienen estructura molecular. Actualmente, la teoría creada por Butlerov se considera una teoría química general de la estructura de los compuestos químicos y la dependencia de sus propiedades de su estructura química. Esta teoría es una continuación y desarrollo de las enseñanzas atómico-moleculares de Lomonosov.

4. El papel de los científicos nacionales y extranjeros en el desarrollo de la ciencia general y

química Inorgánica.