Química orgánica e inorgánica. Fundamentos teóricos de la química inorgánica

El curso de química en las escuelas comienza en el octavo grado con el estudio fundaciones comunes ciencia: describe los 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 de estructura, propiedades básicas y reactividad de todos los elementos de la tabla periódica. Un papel importante en los inorgánicos lo desempeña la Ley Periódica, que ordena la clasificación sistemática de las sustancias según los cambios en su masa, número y tipo.

El curso también cubre compuestos formados por la interacción de elementos de tabla (la única excepción es el campo de los hidrocarburos, que se considera en los capítulos de materia orgánica). Las tareas de química inorgánica le permiten calcular los conocimientos teóricos en la práctica.

La ciencia en el aspecto histórico

El nombre "inorgánico" surgió de acuerdo con la idea de que abarca una parte del conocimiento químico que no está relacionada con las actividades de los organismos biológicos.

Con el tiempo, se ha demostrado que la mayoría mundo orgánico puede producir compuestos no vivos, y los hidrocarburos de cualquier tipo se sintetizan en condiciones de laboratorio. Entonces, a partir del cianato de amonio, que es una sal en la química de los elementos, el científico alemán Wöhler pudo sintetizar urea.

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

Clases de sustancias inorgánicas

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

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

Actualmente, es popular una versión consolidada de la consideración de un concepto como clases de química inorgánica. Las columnas de la tabla indican los elementos según las propiedades fisicoquímicas, en las filas, los períodos similares entre sí.

Sustancias simples inorgánicas

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

El enlace químico en sustancias simples determina su división en familias. Por tanto, se pueden distinguir dos amplias variedades de grupos atómicos: metales y no metales. La primera familia contiene 96 elementos de los 118 estudiados.

Rieles

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

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

La mayoría de los metales forman compuestos básicos. Los estados de oxidación de estas sustancias no suelen superar los dos. En el grupo, la metalicidad aumenta y en el período disminuye. Por ejemplo, el francio radiactivo exhibe propiedades más básicas que el sodio, y en la familia de los halógenos, el yodo incluso tiene un brillo metálico.

La situación es diferente en el período: los subniveles terminan frente a los cuales hay sustancias con propiedades opuestas. En el espacio horizontal de la tabla periódica, la reactividad manifestada de los elementos varía de básica a anfótera a ácida. Los metales son buenos agentes reductores (aceptan electrones cuando forman 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, exhibiendo propiedades típicamente ácidas. Muy a menudo, estos elementos se encuentran en forma de compuestos entre sí (por ejemplo, boratos, sulfatos, agua). Se conoce la existencia de azufre, oxígeno y nitrógeno en estado molecular libre. También hay varios gases diatómicos no metálicos; además de los dos anteriores, estos incluyen hidrógeno, flúor, bromo, cloro y yodo.

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

En los compuestos, los no metales se comportan predominantemente como ácidos. Son poderosos oxidantes debido a la posibilidad de unir un número adicional de electrones para completar el nivel.

inorgánico

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

Sustancias de dos elementos

La química concede especial importancia al enlace binario en las moléculas. Las clases de compuestos inorgánicos también se consideran desde el punto de vista del enlace formado entre los átomos. Puede ser iónico, metálico, covalente (polar o no polar) o mixto. Por lo general, estas sustancias muestran claramente cualidades básicas (en presencia de metal), anfóteras (duales, especialmente típicas 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 prevén la consideración de este tipo de combinación de átomos. Los compuestos que constan de más de dos grupos de átomos (la mayoría de las veces los inorgánicos tratan con especies de tres elementos) generalmente se forman con la participación de componentes que difieren significativamente entre sí en parámetros físicos y químicos.

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

Clases de química inorgánica

La gran mayoría de sustancias inorgánicas estudiadas en el curso se pueden considerar mediante una clasificación simple, en función de su composición y propiedades. Entonces, hay óxidos y sales. Es mejor comenzar a considerar su relación con un conocimiento del 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

El óxido es un compuesto de cualquier elemento químico con oxígeno en estado de oxidación igual a -2 (en peróxidos -1, respectivamente). La formación de enlaces se produce debido al retroceso y la unión de electrones con la reducción de O 2 (cuando el elemento más electronegativo es el oxígeno).

Pueden exhibir propiedades tanto ácidas como anfóteras y básicas, dependiendo del segundo grupo de átomos. Si en el óxido no supera el estado de oxidación +2, si es un no metálico - desde +4 en adelante. En muestras con una naturaleza dual de los parámetros, se alcanza un valor de +3.

Ácidos inorgánicos

Los compuestos ácidos tienen una reacción del medio de menos de 7 debido al contenido de cationes de hidrógeno, que pueden disolverse y luego ser reemplazados por un ión metálico. Según la clasificación, son sustancias complejas. La mayoría de los ácidos se pueden obtener diluyendo los óxidos correspondientes con agua, por ejemplo, en la formación de ácido sulfúrico después de la hidratación con SO 3.

Química inorgánica básica

Las propiedades de este tipo de compuestos se deben a la presencia de un radical hidroxilo OH, que da una reacción del medio por encima de 7. Las bases solubles se denominan álcalis, son las más fuertes en esta clase de sustancias debido a la disociación completa (descomposición en iones en un líquido). El grupo OH durante la formación de sales se puede reemplazar por residuos ácidos.

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

sal

Este tipo de compuestos se encuentra entre bases y ácidos, ya que es producto de su interacción. Por lo tanto, generalmente un ión metálico (a veces amonio, fosfonio o hidronio) actúa como catión y un residuo ácido como sustancia aniónica. Cuando se forma la sal, el hidrógeno se reemplaza por otra sustancia.

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

  • se obtienen sales básicas si los grupos hidroxilo no están completamente sustituidos (tales sustancias tienen una reacción alcalina del medio);
  • las sales ácidas se forman en el caso opuesto: con la falta de una base reactiva, 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 diferentes momentos: algunos antes, otros después. Con un estudio más en profundidad, se distinguen 4 tipos más de sales:

  • Los dobles contienen un solo anión en presencia de dos cationes. Normalmente, estas sustancias se obtienen fusionando dos sales con el mismo residuo ácido, pero con metales diferentes.
  • El tipo mixto es el opuesto al anterior: se basa en un catión con dos aniones diferentes.
  • Los hidratos cristalinos son sales en cuya fórmula hay agua en estado cristalizado.
  • Los complejos son sustancias en las que un catión, un anión o ambos se presentan en forma de racimos con un elemento formador. Dichas 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 e intermetálicos (compuestos de varios metales que no son una aleación).

Salir

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

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

Compilado por: Klimenko B.I Cand. tecnología Ciencias, Assoc. Volodchsnko AN, Cand. tecnología Ciencias, Assoc. Pavlenko V. I., Dr. Tech. Ciencias, prof.

Revisor Gikunova I.V., Cand. tecnología Ciencias, Assoc.

Fundamentos de Química Inorgánica: Instrucciones metodológicas para estudiantes de 0-75 días de estudio. - Belgorod: Editorial BelGTASM, 2001 .-- 54 p.

A pautas en detalle, tomando en cuenta los principales apartados de la química general, se consideran las propiedades de las clases más importantes de sustancias inorgánicas Este trabajo contiene generalizaciones, diagramas, tablas, ejemplos, que contribuirán a una mejor asimilación de vasto material fáctico. Se presta especial atención, tanto en la parte teórica como en la práctica, a la conexión de la química inorgánica con los conceptos básicos de la química general.

El libro está dirigido 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 a los que se enfrenta es lo mínimo que cualquier persona debe conocer para poder navegar libremente por el mundo que le rodea. Las ciencias naturales juegan un papel importante en este proceso. Las ciencias naturales son una colección de ciencias naturales. Todas las ciencias se dividen en exactas (naturales) y agraciadas (humanitarias). El primero en estudiar las leyes del desarrollo. mundo material, el segundo - las leyes del desarrollo y manifestación de la mente humana. En este trabajo, nos familiarizaremos con los conceptos básicos de uno de ciencias Naturales 7 química inorgánica. El estudio exitoso de la química inorgánica solo es posible si se conocen la composición y 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? A partir del estudio del material fáctico: descripciones de las propiedades de los compuestos, indicando las condiciones de su existencia, enumerando las reacciones en las que entran; sobre esta base, se derivan las leyes que gobiernan el comportamiento de las sustancias o, a la inversa, se introducen primero leyes y luego se discuten las propiedades de las sustancias sobre su base. En este libro, utilizaremos ambas técnicas para presentar material fáctico.

1. CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA INORGÁNICA

¿Cuál es la asignatura de química, qué estudia esta ciencia? Hay 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 esquema (Fig. 1).

Figura: 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.

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

La masa (en latín massa - terrón, terrón, pieza) es una cantidad física, una de las principales características de la materia, que determina 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. Consiste en un núcleo cargado positivamente y electrones cargados negativamente; en general, el átomo es eléctricamente neutro. Elemento químico -es una especie de átomos con la misma carga nuclear. Hay 109 elementos conocidos, de los cuales 90 existen en la naturaleza.

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

Número elementos químicos es limitado, y sus combinaciones dan todo

variedad de sustancias.

¿Qué es sustancia?

En un sentido amplio, una sustancia es un tipo específico de materia que tiene una 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 conjunto definido de partículas atómicas y moleculares, sus asociados y agregados, que se encuentran en cualquiera de los tres estados agregados.

Una sustancia está completamente determinada por tres signos: 1) ocupa una parte del espacio, 2) tiene una masa en reposo;

3) construido a partir de partículas elementales.

Todas las sustancias se pueden dividir en simples y complejas.

los policías forman no una, sino varias sustancias simples. Tal fenómeno se llama alotropía, y cada una de estas sustancias simples es una modificación alotrópica (modificación) de un elemento dado. Se observa alotropía para 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, negro: modificaciones alotrópicas del elemento químico fósforo. Hay alrededor de 400 sustancias simples conocidas.

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

elementos en un estado libre

Las sustancias simples se dividen en metales y no metales. La pertenencia de un elemento químico a metales o no metales se puede determinar utilizando el sistema periódico de elementos de D.I. Mendeleev. Antes de hacer esto, recordemos un poco la estructura de la tabla periódica.

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

Sistema periódico elementos -Ésta es una expresión gráfica de la ley periódica descubierta por DI Mendeleev el 18 de febrero de 1869. La ley periódica es la siguiente: 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 mostrar el sistema periódico. Las variantes de celda más comunes (versión corta - 8 celdas y versión larga - 18 y 32 celdas). El sistema periódico de período corto consta de 7 períodos y 8 grupos.

Los elementos con una estructura similar del nivel de energía externa se combinan en grupos. Distinga entre principal (A) y secundaria (B)

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

El período es una fila secuencial de elementos, en cuyos átomos se produce el llenado del 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 cantidad diferente elementos: 1er período - 2 elementos; 2.º y 3.º períodos: 8 elementos cada uno; 4to y 5to

períodos - 18 elementos 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 уd- y / se llenan con el segundo y el tercero fuera del elgk-

el lado de sus átomos y, en consecuencia, una mayor capacidad para unir electrones (capacidad de oxidación), 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 el sistema periódico.

tallo y no tiene análogos químicos. El hidrógeno exhibe metales

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

colocados simultáneamente en el grupo IA y VIIA.

Debido a la gran originalidad de las propiedades químicas, se aíslan de

eficientemente gases nobles(aerogenos) - elementos del grupo VIIIA

salvaje

sistemas. Estudios recientes permiten sin embargo

ella para clasificar algunos de ellos (Kr, Xe, Rn) como no metales.

Una propiedad característica de los metales es que la valencia

tronos están débilmente ligados a un átomo particular, y

dentro de todos

hay un llamado electrónico

Por lo tanto todos

poseer

alta conductividad eléctrica,

conductividad térmica

tidad. Aunque existen metales frágiles (zinc, antimonio, bismuto). Los metales, por regla general, presentan 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, KON. Se conocen más de 10 millones de sustancias complejas.

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

Las mezclas son sistemas que constan de varios compuestos distribuidos uniformemente conectados por proporciones constantes y que no interactúan entre sí.

1.2. Estado de valencia y oxidación

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

Estado de oxidación- carga condicional del ego de un elemento en un compuesto, calculada a partir del supuesto de que el compuesto consta de iones. Este valor es condicional, formal, ya que prácticamente no existen compuestos puramente iónicos. El estado de oxidación absoluto puede ser un número entero o fraccionario; y en términos de carga puede ser positivo, negativo y cero.

La valencia es un valor determinado por el número de electrones no apareados en el nivel de energía externa o por el número de orbitales atómicos libres que pueden 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 en 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 encuentra este elemento.

4. Elementos de los grupos IV -V IIА, excepto el estado de oxidación positivo correspondiente al número de grupo; y el estado de oxidación negativo correspondiente a la diferencia entre el número de grupo y el número 8 tiene 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 subgrupos de elementos IV -V IIА

Estado de oxidación

Intermedio

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

Hidruros de algunos elementos

VeH2

NaH MgH2 ASh3

CaH2

GaH3

GeH4

AsH3

SrH2

InH3

SnH4

SbH3

BaH2

Compuestos H

Intermedio

Conexiones i t

conexiones

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

7. El estado de oxidación del flúor en todos los compuestos excepto F2\u003e es -1. En compuestos con flúor, se realizan formas superiores de oxidación de muchos elementos químicos (BiF5, SF6, IFα, OsFg).

8. En períodos, los radios orbitales de los átomos disminuyen al aumentar el número ordinal y aumenta la energía de ionización. Al mismo tiempo, se mejoran las propiedades ácidas y oxidantes; ste alto

las espumas de oxidación de los elementos se vuelven menos estables.

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

oxidación.

10. En los subgrupos principales, con un aumento en el número ordinal 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 los subgrupos de ^ -elementos con un aumento en el número de serie, la participación de n. ^ - electrones en la formación de enlaces

disminuye, y por lo tanto disminuye

valor absoluto del paso

sin oxidación (Tabla 2).

Tabla 2

Valores de los estados de oxidación de los elementos del subgrupo VA

Estado de oxidación

Li, K, Fe, Ba

Ácido С 02, S 0 3

No metales

ZnO BeO anfótero

Anfígenos

Doble Fe304

Be, AL Zn

formadora de yemas

Aerogenos

CO, NO, SiO, N20

Ba (OH) 2 bases

Ácidos HNO3

HIDRÓXIDOS

Ampholytes Zti (OH) 2

KagCO3 medio,

Manchuse amargo,

Básico (SION) gCO3, 4 --------

CaMg doble (CO) 2

SaSGSU Mixto

\u003e ¿quién es J 3 w "

Rice, 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 las leyes que rigen la transformación de estas sustancias. Actualmente, hay alrededor de 400.000 sustancias inorgánicas en el mundo.

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

La tarea más importante de la química inorgánica es desarrollar y fundamentar científicamente métodos para crear nuevos materiales con las propiedades necesarias para la tecnología moderna. El fundamento teórico de la química inorgánica es la ley periódica y el sistema periódico de elementos químicos basados \u200b\u200ben ella.

El texto de las conferencias reflejó ideas modernas sobre la estructura de las sustancias y sus propiedades. Se presta especial atención al establecimiento de vínculos entre la estructura de las sustancias y sus transformaciones en sistemas inorgánicos para varios elementos del sistema periódico. En las notas de clase, la química del hidrógeno y los elementos p de los principales subgrupos VII - III 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 d y f de transición. Las notas de clase concluyen 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 el cambio en las propiedades redox y ácido-base de los compuestos, luego se dan las características de las sustancias simples, compuestos de elementos de este grupo. Se presta atención detallada al uso de sustancias (que está sistematizado archivado por industria); papel biológico y toxicología. Cada sección termina con una lista de verificación de preguntas de autoexamen que ayudan a los estudiantes a organizar y resumir los conocimientos adquiridos.

Química Inorgánica - una sección de química relacionada con el estudio de la estructura, reactividad y propiedades de todos los elementos químicos y sus compuestos inorgánicos. Esta área cubre todos los compuestos químicos, con la excepción de las sustancias orgánicas (la clase de compuestos que incluye el carbono, con la excepción de algunos compuestos más simples, generalmente clasificados como inorgánicos). La distinción entre compuestos orgánicos e inorgánicos que contienen carbono es arbitraria en algunos aspectos: 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 para 2013 se acerca a las 400 mil.

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 desarrollar y fundamentar científicamente 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. AV Nikolaev SB RAS (INH SB RAS, Novosibirsk), Instituto de Química General e Inorgánica que lleva el nombre de NS Kurnakova (IGIC RAS, Moscú), Instituto de Problemas Físicos y Químicos de Materiales Cerámicos (IPHPKM, 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" y otras).

Historial de definiciones

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

Óxidos

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

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

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

Los compuestos que contienen átomos de oxígeno conectados entre sí se denominan peróxidos (peróxidos; contienen la cadena -O-O-), superóxidos (contienen el grupo O-2) y ozónidos (contienen el grupo O-3). No se clasifican como óxidos.

Clasificación

Según las propiedades químicas, se distinguen:

Óxidos formadores de sal:

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 de ácido (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, alúmina Al 2 O 3): óxidos metálicos con estados de oxidación III-IV y excepciones (ZnO, BeO, SnO, PbO);

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

Nomenclatura

De acuerdo con la nomenclatura de la IUPAC, los óxidos se denominan la palabra "óxido", seguida del nombre del elemento químico en 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 su estado de oxidación se indica en el nombre del óxido en un número romano entre paréntesis inmediatamente después del nombre (sin un espacio). Por ejemplo, Cu 2 O es óxido de cobre (I), CuO es óxido de cobre (II), FeO es óxido de hierro (II), Fe 2 O 3 es óxido de hierro (III), Cl 2 O 7 es óxido de cloro (VII).

Otros nombres para los óxidos se usan a menudo por la cantidad de átomos de oxígeno: si un óxido contiene solo un átomo de oxígeno, entonces se llama monóxido o monóxido, si dos - dióxido o dióxido, si tres - entonces trióxido o trióxido, etc. Por ejemplo: monóxido de carbono CO , dióxido de carbono CO 2, trióxido de azufre SO 3.

Los nombres de óxidos históricamente establecidos (triviales) también son comunes, por ejemplo, monóxido de carbono CO, anhídrido sulfúrico SO 3, etc.

A principios del siglo XIX y antes, los químicos llamaron "tierras" a los óxidos refractarios, prácticamente insolubles en agua.

Los óxidos con estados de oxidación más bajos (subóxidos) a veces se denominan, según la antigua nomenclatura rusa, óxido nitroso (análogo en inglés - protoxide) y subóxido (por ejemplo, monóxido de carbono (II), CO es monóxido de carbono; dióxido de tricarbon, C 3 O 2 es nonoxido de carbono; óxido nitrógeno (I), N 2 O - óxido nitroso; óxido de cobre (I), Cu 2 O - óxido de cobre). Los estados de oxidación más altos (óxido de hierro (III), Fe2O3) se denominan, de acuerdo con esta nomenclatura, óxido y los óxidos complejos se denominan óxido nitroso (Fe 3 O 4 \u003d FeO Fe 2 O 3 - óxido de hierro-óxido, óxido de uranio (VI) -diuranio (V), U 3 O 8 - óxido nitroso de uranio). Sin embargo, esta nomenclatura no es coherente, por lo que dichos nombres deben considerarse bastante tradicionales.

Propiedades químicas

Óxidos básicos

1. Óxido básico + ácido fuerte → sal + agua

2. Óxido de base fuerte + agua → álcali

3. Óxido de base fuerte + óxido ácido → sal

4. Óxido básico + hidrógeno → metal + agua

Nota: el metal es menos activo que el aluminio.

Óxidos de ácido

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 de forma indirecta.

2. Óxido de ácido + óxido básico → sal

3. Óxido de ácido + base → sal + agua

Si el óxido ácido es un anhídrido de ácido polibásico, se pueden formar sales ácidas o medias:

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

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

Óxidos anfóteros

Al interactuar con un ácido fuerte o un óxido ácido, exhiben propiedades básicas:

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

(en solución acuosa)

(cuando se fusiona)

Recepción

1. Interacción de sustancias simples (con excepción de los gases inertes, el oro y el platino) con el 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. Tostado o quemado de compuestos binarios en oxígeno:

3. Descomposición térmica de sales:

4. Descomposición térmica de bases o ácidos:

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

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

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

8. Interacción de metales con ácidos oxidantes:

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

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

sal

sal- una clase de compuestos químicos que consta de cationes y aniones.


El papel de los cationes en las sales puede ser cationes metálicos, cationes onio


(cationes de 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 sal

Un grupo especial está formado por sales de ácidos orgánicos, cuyas propiedades difieren significativamente de las de las sales minerales. Algunas de ellas pueden atribuirse a una clase especial de sales orgánicas, los llamados líquidos iónicos o, en otras palabras, "sales líquidas", sales orgánicas con un punto de fusión por debajo de 100 ° C.

Nombres de sal

Los nombres de las sales se forman a partir de dos palabras: el nombre del anión en el 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 ferroso (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, - dihidrogenofosfato de sodio.

Los nombres básicos de las sales 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 indica mediante un prefijo numérico. Por ejemplo, - cloruro de calcio dihidrato.

El prefijo "hipo" indica el estado de oxidación más bajo del elemento formador de ácido (si hay más de dos estados de oxidación). El prefijo "per-" indica el grado más alto oxidación (para sales ácidas con terminaciones "-ovaya", "-yas", "-s"). Por ejemplo: - hipoclorito de sodio, - clorito de sodio, - clorato de sodio, - perclorato de sodio.

Métodos de recepción

Existe diferentes métodos obteniendo 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, otras sales (si se forma un producto que sale de la esfera de reacción):

Interacción de sustancias simples:

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 que componen su composición.

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

Las sales interactúan con los metales si el metal libre está a la izquierda del metal en la composición de la sal en el rango electroquímico 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); incluyendo estas reacciones pueden ocurrir con un cambio en los estados de oxidación de los átomos de los reactivos:

Algunas sales se descomponen cuando se calientan:

Base

Cimientos - una clase de compuestos químicos.

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

El nombre base generalmente consta de dos palabras: "metal / hidróxido de amonio". Las bases bien solubles en agua se denominan álcalis.

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

aceptores de protones.

En química orgánica, tradicionalmente, las bases también se denominan sustancias capaces de formar aductos ("sales") con ácidos fuertes, por ejemplo, muchos alcaloides se describen tanto en forma de "alcaloides-base" como en forma de "sales de alcaloides".

El concepto de base en química fue introducido por primera vez por el químico francés Guillaume François Rouel en 1754. Señaló que los ácidos, conocidos en ese momento como líquidos volátiles (por ejemplo, ácido acético o clorhídrico), se convierten en sales cristalinas solo en combinación con sustancias específicas. Ruel sugirió que tales sustancias sirven como "bases" para la formación de sales en forma sólida.

Recepción

La reacción del óxido de base fuerte con agua produce una base o álcali fuerte.

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

Los hidróxidos metálicos de baja actividad se obtienen añadiendo álcali a las soluciones de las sales correspondientes. Dado que la solubilidad de hidróxidos débilmente básicos en agua es muy baja, el hidróxido cae de la solución en forma de masa gelatinosa.

Además, la base puede obtenerse 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 transiciones mutuas entre estos procesos y otras formas de movimiento de la materia.

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

En la etapa actual el desarrollo de nuestra sociedad, cuidar la salud humana es una tarea prioritaria. El tratamiento de muchas enfermedades fue posible gracias a los logros de la química en el campo de la creación de nuevas sustancias y materiales: medicamentos, sustitutos de la sangre, polímeros y materiales poliméricos.

Sin un conocimiento profundo y diversificado en el campo de la química, sin comprender la importancia de los efectos positivos o negativos de varios factores químicos en la salud humana y el medio ambiente, uno no puede convertirse en un trabajador médico competente.

Química General. Química Inorgánica.

La química inorgánica es la ciencia de los elementos del sistema periódico y de las sustancias simples y complejas formadas por ellos.

La química inorgánica es inseparable de la química general. Históricamente, en el estudio de la interacción química de los elementos entre sí, se formularon las leyes básicas de la química, las leyes generales del curso de las reacciones químicas, la teoría de los enlaces químicos, la teoría de las soluciones y mucho más, que es el tema de la química general.

Por lo tanto, la química general estudia los conceptos teóricos y los conceptos que forman la base de todo el sistema. conocimiento químico.

La química inorgánica ha pasado mucho tiempo por encima de 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 energético de los electrones, el descubrimiento de compuestos químicos de valencia de gases nobles y la síntesis dirigida de materiales con propiedades físicas y químicas especiales. Basado en un estudio profundo de la relación entre la estructura química y las propiedades, resuelve con éxito el problema principal: la creación de nuevas sustancias inorgánicas con las propiedades deseadas.

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 algunas sustancias en otras al cambiar la composición y estructura química... Las reacciones químicas brindan la oportunidad de explorar propiedades químicas Sustancias Mediante las reacciones químicas de la sustancia problema, se puede juzgar indirectamente su estructura química. Los métodos directos para establecer la estructura química se basan principalmente en el uso de fenómenos físicos.

Asimismo, sobre la base de reacciones químicas, se lleva a cabo la síntesis inorgánica, que recientemente ha logrado un gran éxito, especialmente en la preparación de compuestos de alta pureza en forma de monocristales. Esto fue facilitado por el uso de altas temperaturas y presión, alto vacío, la introducción de métodos de limpieza sin contenedores, etc.

Al realizar reacciones químicas, así como al aislar sustancias de una mezcla en forma pura, los métodos preparativos juegan un papel importante: precipitación, cristalización, filtración, sublimación, destilación, etc. En la actualidad, muchos de estos métodos preparativos clásicos se han desarrollado aún más y son líderes en la tecnología de obtención de sustancias altamente puras y monocristales. Estos son métodos de cristalización direccional, recristalización de zona, sublimación al vacío, destilación fraccionada. Una de las características de la química inorgánica moderna es la síntesis y el estudio de sustancias altamente puras 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 investiga propiedades físicas sistemas en función de cambios en la composición. Como resultado, se construye un diagrama de composición-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 del fenómeno, los métodos experimentales por sí solos no son suficientes, por lo que Lomonosov dijo que un verdadero químico debe ser un teórico. Solo a través del pensamiento, la abstracción científica y la generalización se conocen las leyes de la naturaleza, 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 mecánica cuántica de la estructura de los átomos y la tabla periódica de elementos de D.I. Mendeleev; 2) la 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 la teoría atómico-molecular, la ley de conservación de la masa y la energía,

Tabla periódica y teoría de la estructura química.

a) Teoría atómico-molecular.

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

b) La ley de conservación de masa y 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 ocupa principalmente de la ley de conservación de la masa de una sustancia (la masa de sustancias que entran en una reacción química es igual a la masa de sustancias formadas como resultado de la reacción).

Por ejemplo: 2КСlO 3 \u003d 2 КСl + 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 ocupó de la ley de conservación de la energía. En 1905, A. Einstein, el fundador de la física moderna, demostró que existe una relación entre masa y energía, expresada por la ecuación E \u003d mc 2, donde E es energía, m es masa; с - 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 para identificar las leyes 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: la tabla periódica. Fue solo como resultado de este descubrimiento que se hizo posible la predicción 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
sistemática de elementos químicos. Elemento químico - agregado
átomos con la misma carga nuclear. Regularidades de propiedades cambiantes
Los elementos químicos están determinados por la Ley Periódica. Enseñando sobre
la estructura de los átomos explica el significado físico de la Ley Periódica.
Resultó que la frecuencia de cambios en las propiedades de los elementos y sus compuestos.
depende de la estructura similar que se repite periódicamente de la electrónica
capas de sus átomos. Las propiedades químicas y algunas físicas dependen de
la estructura de la capa de electrones, especialmente sus capas externas. por lo tanto
La ley periódica es una base científica para el estudio de las propiedades más importantes de los elementos y sus compuestos: ácido-base, redox, catalítico, formador de complejos, semiconductores, metal-químico, cristal-químico, radioquímico, 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 la Tabla Periódica están en constante evolución y refinamiento. 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. Así, la carga positiva del núcleo, y no masa atomica, resultó ser un argumento más acertado del que dependen las propiedades de los elementos y sus compuestos.

d) La 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 son función de su estructura química. Antes de A.M. Butlerov creía que las propiedades de una sustancia están determinadas por su composición cualitativa y cuantitativa. Fue el primero en formular la proposición básica de su teoría de la estructura química. Así: la naturaleza química de una partícula compleja está determinada por la naturaleza de las partículas constituyentes elementales, su número 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 se refería a 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 la estructura química. Esta teoría es una continuación y desarrollo de la enseñanza atómico-molecular de Lomonosov.

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

química Inorgánica.