Химические свойства неорганических классов веществ: Химические свойства основных классов неорганических соединений. Оксиды, кислоты, основания, соли

Соль

Напомним, что соли образуются, когда ионы образуют ионные связи. В этих реакциях один атом отдает один или несколько электронов и, таким образом, становится положительно заряженным, тогда как другой атом принимает один или несколько электронов и становится отрицательно заряженным. Теперь вы можете определить соль как вещество, которое при растворении в воде диссоциирует на ионы, отличные от H ⁺ или OH ^— . Этот факт важен для отличия солей от кислот и оснований, обсуждаемых далее.

Типичная соль NaCl полностью диссоциирует в воде (рис. 2.15). Положительные и отрицательные области на молекуле воды (концы водорода и кислорода соответственно) притягивают отрицательные ионы хлорида и положительные ионы натрия, отталкивая их друг от друга. Опять же, в то время как неполярные и полярные ковалентно связанные соединения распадаются на молекулы в растворе, соли диссоциируют на ионы. Эти ионы являются электролитами; они способны проводить электрический ток в растворе. Это свойство имеет решающее значение для функции ионов при передаче нервных импульсов и стимулировании сокращения мышц.

Многие другие соли важны для организма. Например, соли желчных кислот, вырабатываемые печенью, помогают расщеплять пищевые жиры, а соли фосфата кальция образуют минеральную часть зубов и костей.

Кислоты и основания

Кислоты и основания, как и соли, разлагаются в воде на электролиты. Кислоты и основания могут сильно изменить свойства растворов, в которых они растворены.

Кислоты

Кислота — это вещество, которое выделяет ионы водорода (H ⁺ ) в растворе (рис. 2.16a). Поскольку у атома водорода есть только один протон и один электрон, положительно заряженный ион водорода — это просто протон.Этот одиночный протон с большой вероятностью участвует в химических реакциях. Сильные кислоты — это соединения, которые выделяют весь свой H ⁺ в растворе; то есть они полностью ионизируются. Соляная кислота (HCl), которая высвобождается из клеток слизистой оболочки желудка, является сильной кислотой, поскольку она высвобождает весь свой H ⁺ в водянистую среду желудка. Эта сильная кислота помогает пищеварению и убивает микробы, попавшие в организм. Слабые кислоты не ионизируются полностью; то есть некоторые из их ионов водорода остаются связанными внутри соединения в растворе.Примером слабой кислоты является уксус или уксусная кислота; он называется ацетатом после того, как отдает протон.

Базы

A base — это вещество, которое выделяет гидроксильные ионы (OH ^— ) в растворе, или вещество, которое принимает H ⁺ , уже присутствующий в растворе (см. Рисунок 2.16b). Ионы гидроксила или другое основание объединяются с присутствующим H ⁺ с образованием молекулы воды, тем самым удаляя H ⁺ и снижая кислотность раствора. Сильные основания высвобождают большую часть или все свои гидроксильные ионы; слабые основания высвобождают только некоторые гидроксильные ионы или поглощают только несколько H ⁺ .Пища, смешанная с соляной кислотой из желудка, сожгла бы тонкий кишечник, следующую часть пищеварительного тракта после желудка, если бы не высвобождение бикарбоната (HCO ₃ ^—), слабого основания, которое привлекает H ⁺ . Бикарбонат принимает часть протонов H ⁺ , тем самым снижая кислотность раствора.

Концепция pH

Относительную кислотность или щелочность раствора можно определить по его pH.Раствор pH определяет, насколько щелочной или кислый раствор является путем определения концентрации ионов водорода. Понятие pH станет более понятным, когда вы изучите шкалу pH, как показано на рисунке 2.17. Шкала состоит из серии приращений от 0 до 14. Раствор с pH 7 считается нейтральным — ни кислым, ни основным. Чистая вода имеет pH 7. Чем ниже число ниже 7, тем кислее раствор или тем выше концентрация H ⁺ .Концентрация ионов водорода при каждом значении pH в 10 раз отличается от следующего значения pH. Например, значение pH 4 соответствует концентрации протонов 10 ^–4 M или 0,0001M, а значение pH 5 соответствует концентрации протонов 10 ^–5 M или 0,00001M. Чем выше число выше 7, тем более щелочной (щелочной) раствор или тем ниже концентрация H ⁺ . Например, человеческая моча в десять раз более кислотная, чем чистая вода, а HCl в 10 000 000 раз кислотнее воды.

Буферы

pH крови человека обычно находится в диапазоне от 7,35 до 7,45, хотя обычно его определяют как pH 7,4. При таком слегка щелочном pH кровь может снижать кислотность, возникающую в результате того, что диоксид углерода (CO ₂ ) постоянно попадает в кровоток триллионами клеток тела. Гомеостатические механизмы (наряду с выдыханием CO ₂ при дыхании) обычно поддерживают pH крови в этом узком диапазоне.Это очень важно, потому что колебания — либо слишком кислые, либо слишком щелочные — могут привести к опасным для жизни расстройствам.

Все клетки организма зависят от гомеостатической регуляции кислотно-щелочного баланса при pH примерно 7,4. Таким образом, в организме есть несколько механизмов для этой регуляции, включая дыхание, выделение химических веществ с мочой и внутреннее высвобождение химических веществ, которые в совокупности называются буферами, в жидкости организма. Буфер представляет собой раствор слабой кислоты и ее сопряженного основания.Буфер может нейтрализовать небольшое количество кислот или оснований в жидкостях организма. Например, если есть даже небольшое снижение pH жидкости организма ниже 7,35, буфер в жидкости — в данном случае действуя как слабое основание — будет связывать избыточные ионы водорода. Напротив, если pH поднимается выше 7,45, буфер будет действовать как слабая кислота и вносить ионы водорода.

Гомеостатический дисбаланс

Кислоты и основания

Чрезмерная кислотность крови и других жидкостей организма известна как ацидоз.Распространенными причинами ацидоза являются ситуации и нарушения, которые снижают эффективность дыхания, особенно способность человека полностью выдыхать, что вызывает накопление CO ₂ (и H ⁺ ) в кровотоке. Ацидоз также может быть вызван метаболическими проблемами, которые снижают уровень или функцию буферов, которые действуют как основания или способствуют выработке кислот. Например, при тяжелой диарее из организма может выводиться слишком много бикарбоната, в результате чего кислоты накапливаются в жидкостях организма.У людей с плохо управляемым диабетом (неэффективное регулирование уровня сахара в крови) кислоты, называемые кетонами, вырабатываются в качестве топлива для организма. Они могут накапливаться в крови, вызывая серьезное заболевание, называемое диабетическим кетоацидозом. Почечная недостаточность, печеночная недостаточность, сердечная недостаточность, рак и другие заболевания также могут вызывать метаболический ацидоз.

Напротив, алкалоз — это состояние, при котором кровь и другие жидкости организма слишком щелочные (щелочные). Как и в случае ацидоза, основной причиной являются респираторные расстройства; однако при респираторном алкалозе уровни углекислого газа падают слишком низко.Заболевания легких, передозировка аспирином, шок и обычное беспокойство могут вызвать респираторный алкалоз, который снижает нормальную концентрацию H ⁺ .

Метаболический алкалоз часто возникает в результате продолжительной сильной рвоты, которая вызывает потерю ионов водорода и хлорида (как компонентов HCl). Лекарства также могут вызвать алкалоз. К ним относятся диуретики, которые заставляют организм терять ионы калия, а также антациды при приеме в чрезмерных количествах, например, при стойкой изжоге или язве.

Неорганическая химия — обзор

2.1 Введение

Если органическая химия определяется как химия углеводородных соединений и их производных, неорганическая химия может быть описана в очень общем виде как химия неуглеродных соединений или как химия всего остального . Сюда входят все остальные элементы периодической таблицы (рис. 2.1 и 2.2) и некоторые соединения углерода (например, оксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO ₂ )), которые играют важную роль во многих неорганических соединениях. .Таким образом, неорганическая химия — это подкатегория химии, связанная со свойствами и реакциями неорганических соединений, которая включает все химические соединения без цепей или колец атомов углерода, которые попадают в подкатегорию органических соединений.

Рис. 2.1. Периодическая таблица элементов.

Рис. 2.2. Периодическая таблица элементов, показывающая группы и периоды, включая элементы лантаноидов и актиниды.

Распространенное различие между неорганическими соединениями и органическими соединениями заключается в том, что неорганические соединения являются результатом естественных процессов, не связанных с какой-либо формой жизни, или результатом экспериментов человека в лаборатории, тогда как органические соединения являются результатом деятельности живых существ. .Однако следует соблюдать осторожность при использовании такого определения, поскольку органические соединения могут быть искусственно созданы в лаборатории. Другое определение относится к солевому свойству неорганических соединений, которое отсутствует в органических соединениях, но даже в этом случае это определение также неверно, поскольку органические кислоты (RCO ₂ H) sacrosanct также могут образовывать соли. Существует также аргумент, что неорганические соединения не имеют углеродно-водородных связей, что характерно для органических соединений, но это также не совсем верно, поскольку перфторуглероды (соединения углерод-фтор, в которых все атомы водорода заменены атомами фтора). ) не имеют углеродно-водородных связей, но по-прежнему являются органическими соединениями.Другое часто упоминаемое отличие состоит в том, что неорганические соединения содержат атомы металлов, а органические — нет. Опять же, это неверно, поскольку металлоорганические соединения содержат атомы металлов. Таким образом, рекомендуется проявлять осторожность при принятии любого определения, которое призвано определить различия между неорганическими соединениями и органическими соединениями.

Металлоорганическая химия , очень большая и быстро развивающаяся область, объединяет обе области, рассматривая соединения, содержащие прямые связи металл-углерод, и включает катализ многих химических реакций.Металлоорганические соединения содержат по крайней мере одну связь между атомом металла и атомом углерода. Они названы координационными соединениями в системе аддитивной номенклатуры. Название органического лиганда, связывающегося через один атом углерода, можно получить, рассматривая лиганд как анион или как нейтральную группу заместителя. Кроме того, биоинорганическая химия связывает биохимию и неорганическую химию, а поскольку химия окружающей среды включает изучение как неорганических, так и органических соединений, исследования этих различных подразделов химии являются важными областями знаний.Как можно себе представить, область неорганической химии чрезвычайно широка, предоставляя практически безграничные области для исследований.

В самом широком (или общем) смысле неорганические химические вещества и соединения определяются тем, чем они не являются: (i) они не являются органическими по своей природе и (ii) чем-либо помимо биологических, углеводородных и других подобных углеродных химикатов. может считаться неорганическим. С практической точки зрения, неорганические химические вещества — это вещества минерального происхождения, которые не содержат углерода в своей молекулярной структуре и обычно основаны на самых распространенных химических веществах на Земле: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний. .Исключение составляют CO и CO ₂ , а также производные минерального карбоната (CO ₃ ) и производные бикарбоната (HCO ₃ ).

Что касается экологических проблем, связанных с разливами или удалением неорганических химикатов, уже многое известно о влиянии молекулярной структуры на токсичность химических веществ для человека, гораздо меньше известно о влиянии молекулярной структуры на окружающую среду. стойкость химического вещества. Для экосистем, в которых существуют цветочные и фаунистические виды, стойкость любых химических веществ (неорганических и органических) является чрезвычайно важным критерием для прогнозирования потенциального вреда, поскольку неизбежно существуют некоторые виды, чувствительные к любым химическим веществам и любым стойким химическим веществам.Хотя некоторые химические вещества могут быть безвредными для ограниченного числа организмов, в конечном итоге они будут доставлены в ходе биогеохимических циклов к чувствительным видам в экосистеме. Таким образом, высокотоксичные, легко поддающиеся биологическому разложению вещества могут представлять гораздо меньшую проблему для окружающей среды, чем относительно безвредные стойкие химические вещества, которые могут нанести вред важнейшим видам растений или фауны.

Таким образом, изучение химического воздействия на окружающую среду можно разделить на две области исследования: (i) изучение уровней вещества, накапливающегося в воздухе, воде, почвах, включая отложения и биоту, и (ii) изучение воздействие химических веществ при достижении порогового уровня действия, особенно воздействия, производимые на биоту, которые представляют собой значительную неблагоприятную реакцию (т.д., кривая доза-реакция в окружающей среде). Чтобы предсказать тенденции уровней химического вещества, требуется гораздо больше информации о скорости закачки; поток и разделение между воздухом, водой, почвой и биотой; и потери в результате деградации, что дает начало концепции экологического баланса для экосистемы. Эти динамические явления регулируются физическими свойствами и химическими свойствами молекулярного загрязнителя.

Механика жидкостей и метеорология могут в будущем предоставить концептуальные и технические инструменты для создания прогнозных моделей таких систем.Большая часть знаний о последствиях получена из исследований острой токсикологии и медицинских исследований различных (но не всех) организмов (включая людей), но, поскольку воздействие на окружающую среду обычно связано с хроническим воздействием, все чаще проводятся исследования долгосрочного непрерывного воздействия до минутного воздействия. количества химического вещества. Хорошо известная сложность распознавания таких эффектов, когда они возникают в экосистеме, усугубляется тем фактом, что многие из эффектов неспецифичны и часто могут быть замаскированы аналогичными эффектами, возникающими в результате воздействия природных явлений, таких как голод, засуха и т. Д. (или более) нескольких метеорологических или катастрофических явлений.Даже если обнаружен подлинный эффект, необходимо найти кандидата в причинный агент и сопоставить его с этим эффектом. Этот процесс должен сопровождаться экспериментальными исследованиями (лабораторными исследованиями и / или полевыми исследованиями), которые вне всяких разумных сомнений связывают причинное (ые) неорганическое (ые) химическое (ые) химическое (ые) вещество (а) и любое неблагоприятное воздействие (а) на экосистему растений и / или животных. Этого можно достичь только путем тщательного сбора и усвоения технических знаний неорганической химии, касающихся свойств и поведения неорганических химикатов.

Однако нельзя ожидать, что инженер накопит столько же химических знаний, как профессиональный химик-неорганический — точно так же, как химик может стать брезгливым из-за необходимости владеть одной или несколькими инженерными дисциплинами. Но накопление достаточных знаний для (i) понимания поведения неорганических химикатов в окружающей среде с последующим (ii) умением делать разумные прогнозы (на основе свойств) поведения неорганических химикатов в окружающей среде.Неспособность признать взаимно интерактивные роли химика и инженера будет препятствовать и мешать разработке единой политики управления окружающей средой, которая будет применяться к устойчивости любой экосистемы или обширной экологической области (Глава 1).

Таким образом, неорганические химические вещества находят применение во всех аспектах химической промышленности, включая катализаторы, пигменты, поверхностно-активные вещества, покрытия, медицину, топливо и сельское хозяйство. Продукты неорганических химических процессов используются в качестве (i) основных химикатов для промышленных процессов, включая кислоты, основания, соли, окислители, газы и галогены; (ii) химические добавки, которые включают пигменты, щелочные металлы и красители; и (iii) готовая продукция, в которую входят удобрения, стекло и строительные материалы.

С промышленной точки зрения существует два основных класса неорганических химикатов: (i) щелочные химические вещества, включая кальцинированную соду, которая преимущественно представляет собой карбонат натрия (NaCO ₃ ), едкий натр (NaOH) и жидкий хлор (Cl _{). 2} ) и (ii) основные неорганические соединения, такие как фторид алюминия (AlF ₃ ), карбид кальция (CaC ₂ ), хлорат калия (KClO ₃ ) и диоксид титана (TiO ₂ ). Кроме того, хлорно-щелочная промышленность является важным компонентом мировой химической экономики.Основная реакция в промышленности — это реакция, в которой соленая вода (рассол — вода, содержащая хлорид натрия, NaCl) разлагается в процессе электролиза с образованием NaOH (гидроксид натрия, NaOH), газообразного хлора (Cl ₂ ) и водорода. (H ₂ ) газ:

2NaCl + 2h3O → Cl2 + h3 + 2NaOH

Хлор образуется на положительном электроде (аноде), а водород (H ₂ ) и гидроксид натрия образуются на отрицательном электроде ( катод). Эти три материала являются сырьем для производства отбеливателя (гипохлорит натрия, NaOCl) и множества других продуктов, включая кальцинированную соду (Na ₂ CO ₃ ).

Наконец, неорганическая химия — это предмет, к которому не следует подходить с какой-либо степенью смятения или колебаний, поскольку предмет становится легче по мере того, как отдельный исследователь работает над ним. Темы, затронутые в этой книге, являются основными темами, которые служат для ознакомления читателя не только с неорганической химией, но и для понимания воздействия неорганических химических веществ на различные экосистемы. Более того, понимание механизма, посредством которого происходит реакция, особенно важно, и, по необходимости, книга предлагает логический и упрощенный подход к реакциям различных неорганических функциональных групп.Это, в свою очередь, превращает список явно не связанных между собой фактов в разумную и связную тему. Эта глава будет служить введением в природу и производство неорганических химикатов и структуру неорганических химикатов, которые будут служить введением и производством неорганических химикатов (Глава 3), а следующая глава (Глава 4) представляет собой введение в химические свойства и физические свойства неорганических химикатов (глава 4), на основании которых можно оценить влияние неорганических химикатов на среду обитания растений и животных.

Неорганический материал — обзор

25.2.1 Неорганические материалы

Неорганические материалы были использованы в первом транзисторе в 1947 году в Bell Labs. Лучший способ получить обзор различных классов неорганических полупроводниковых материалов — это изучить периодическую таблицу элементов. Таблица 25.1 показывает часть таблицы Менделеева, которая связана со многими элементарными и составными полупроводниками.

Таблица 25.1. Часть периодической таблицы, связанная со многими элементарными и сложными полупроводниками

Большинство неорганических полупроводников относятся к группе IV, углерод (C) в форме алмаза, кремний (Si), германий (Ge) , и олово (Sn).Кристаллическая структура всех этих полупроводников показана в виде алмаза. Разница между ними заключается в проводящих свойствах металлов и изоляторов. Алмаз гораздо больше похож на изолятор; Между тем олово очень похоже на металл. Между ними кремний и германий действуют как два типичных полупроводника. В настоящее время они являются доминирующими материалами в микроэлектронике и наиболее важными материалами во всех современных коммуникационных технологиях. Помимо чистых элементарных полупроводников Si и Ge, сплавы обоих материалов также обладают полупроводниковыми свойствами, такими как SiGe или Si _{1- x} Ge _x , где x представляет собой мольную долю компонентов сплава.

Общей чертой элементов основной группы IV периодической таблицы является то, что на внешней оболочке их электронных облаков, так называемой валентной оболочке, находится четыре электрона. Они могут быть легированы различными типами и концентрациями примесей для изменения их проводимости. Это изменение проводимости можно рассматривать как одно из важнейших свойств полупроводника.

На рис. 25.1 показаны три основных представления связей в полупроводнике. На рис. 25.1 (а) показан собственный кремний, который очень чистый и содержит пренебрежимо малое количество примесей.Каждый атом кремния разделяет свои четыре внешних электрона со своими четырьмя соседними атомами, образуя четыре ковалентные связи. На рис. 25.1 (b) показан кремний n-типа, где замещающий атом фосфора с пятью крайними электронами заменил атом кремния. В результате отрицательно заряженный электрон передается решетке в зоне проводимости. Рис. 25.1 (c) показывает, что когда атом бора с тремя крайними электронами заменяет атом кремния, в валентной зоне создается положительно заряженная дырка, и дополнительный электрон будет принят для образования четырех ковалентных связей вокруг бора.Это кремний p-типа.

Рисунок 25.1. Три основных изображения связи полупроводника. (а) Собственный Si без примесей; (б) Si n-типа с донором (фосфором). (в) Si p-типа с акцептором (бором).

Помимо группы IV, соединения атомов в группах III-V также являются полупроводниками, такими как BN, BP, Bas, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, и InSb. За исключением нитридов, все эти соединения кристаллизуются в структуру цинковой обманки. Нитриды стабильны в структуре вюрцита.Между тем, кристаллы смеси, состоящие из бинарных соединений III-V, также обладают полупроводниковыми свойствами, такими как (Ga, Al) As, Ga (As, P), (In, Ga) As и (In, Ga) (As, P ).

Соединения атомов в группах II-VI, такие как ZnS, ZnSe, ZnTe, CdTe, HgSe, HgTe, CdS, CdSe и MgTe, также обладают полупроводниковыми свойствами. Как и в случае соединений III-V, большое количество полупроводниковых сплавов также может быть получено из соединений II-IV, таких как (Hg, Cd) Te, Zn (S, Se), Cd (S, Se) и т. Д.

Хотя неорганические материалы обеспечивают изготовленное устройство с лучшими характеристиками в области применения полупроводников, их кристаллическая структура не позволяет использовать их в текстильных изделиях, пригодных для носки.Эти материалы нельзя наносить на гибкую основу, такую ​​как лист, пленку или пряжу, с удовлетворительными адгезионными свойствами, поскольку они хрупкие и хрупкие и чувствительны к примесям в производственных условиях. Требование высокой температуры для их нанесения также является препятствием для их нанесения на текстильные основы. Наиболее распространенные текстильные материалы не могут выдерживать температуры выше 300 ° C, что препятствует традиционным технологиям нанесения на текстильные основы, таким как нанесение напыления (Carlston et al., 1965). Однако это неудобство преодолевается за счет использования аморфного кремния (a-Si) (Madan, 2006).

Работа над a-Si с использованием плазменного химического осаждения из паровой фазы (PECVD) в газообразном силане (SiH ₄ ) была впервые начата Стерлингом и его коллегами из Standard Telecommunication Laboratories, начиная с 1965 года (Sterling and Swann, 1965). В настоящее время он стал основой многомиллиардного рынка разнообразных приложений, таких как полевые устройства (Le Comber et al., 1979), жидкокристаллические дисплеи с активной матрицей (Rose, 2012), электрофотография (Schein, 1988). , датчики изображения, солнечные элементы (Rech, Wagner, 1999) и т. д.Его неупорядоченная атомная структура — главная особенность, которая отличает аморфные материалы от кристаллических. Хотя для a-Si существует слово аморфный , он не является полностью аморфным, поскольку a-Si сохраняет ковалентные связи между атомами кремния таким же образом в кристаллическом кремнии, с тем же числом соседей и той же средней связью. длины и валентные углы. Беспорядок представлен функцией распределения пар атомов. Аморфный кремний имеет тот же ближний порядок, что и кристалл, но не имеет дальнего порядка.Тем не менее, из-за неупорядоченной природы материала все еще остаются некоторые дефекты, так называемые оборванные связи.

В отличие от традиционного транзистора на основе кремния, для которого обычно требуется высокотемпературный процесс выше 800 ° C, большое преимущество аморфного кремния заключается в том, что он может быть нанесен в виде тонкой пленки при низкой температуре на различные подложки. Это дает огромное количество возможностей для использования в текстильных приложениях. Однако подвижность носителей аморфного кремния ограничена величиной порядка 1 см ² V ⁻¹ с ⁻¹ , что на два-три порядка ниже, чем у монокристаллического Si (∼200 см ² В ⁻¹ с ⁻¹ для концентрации носителей ∼10 ¹⁹ см ³ ) (Nomura et al., 2004). Фактически, из-за шероховатости поверхности текстиля и загрязнений фактическая линейная подвижность будет ниже идеального значения.

Неорганические химические вещества | Глоссарий | Marquard & Bahls

Химические вещества — это все химические соединения, производимые химическими процессами в лаборатории или промышленным способом. Это могут быть чистые вещества или смеси веществ. Химические вещества делятся на органических и неорганических химикатов . Органическая химия охватывает практически все углеродсодержащие соединения, в то время как неорганическая химия (неорганические вещества) относится к другим элементам периодической таблицы и их соединениям.Итак, неорганическая химия имеет дело со структурой и свойствами безуглеродных соединений, за исключением нескольких простых углеродных соединений, которые построены как типичные неорганические вещества или которые по историческим причинам отнесены к неорганической химии. Неорганические химические вещества включают кислоты и основания (наиболее важными из них являются серная кислота, соляная кислота, азотная кислота, фосфорная кислота, каустическая сода и аммиак), металлы, соли и минералы. С образованием газов связаны также различные неорганические превращения.Элементарный углерод (графит, алмаз) и некоторые соединения углерода, такие как диоксид углерода, оксид углерода, угольная кислота и карбиды, также относятся к неорганической химии.

Обозначение неорганических соединений регулируется правилами Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) и внесено в его «Красную книгу» (органические соединения перечислены в «Синей книге»).

В то время как в прошлом неорганическая химия имела дело с материалами, которые не производятся органической жизнью, разделение между неорганической и органической химией было неустойчивым с тех пор, как Фридрих Велер впервые сумел синтезировать мочевину в 1828 году.Он создал химическую мочевину из неорганического материала. Сегодня современные химические лаборатории могут производить практически любое органическое вещество (полный синтез). Тем не менее, различие по-прежнему полезно, потому что механизмы реакции и структуры материалов различаются в неорганической и органической химии.

Когда различные неорганические вещества вступают в химическую реакцию друг с другом, они образуют вещества с новыми свойствами, например соли. Типичные реакции между неорганическими материалами — это окислительно-восстановительные реакции (перенос электронов) или кислотно-щелочные реакции (перенос протонов).Неорганические соединения могут распадаться, особенно при более высоких температурах, из-за выходящих газов, например, при обжиге извести (кальцинировании), когда углекислый газ выделяется из карбоната кальция, оставляя оксид кальция в виде остатка.

В то время как органическая химия идентифицировала около 19 миллионов известных соединений углерода, неорганическая химия включает только около 500 000 известных соединений. Тем не менее неорганические соединения дают большие экономические выгоды. Производство металлов, керамики, цемента и извести имеет давние традиции.В последние десятилетия, например, большое значение приобрели соединения кремния. Они составляют основу современной полупроводниковой промышленности. Неорганическая химия также имеет большое значение для многих других отраслей. Например, в химической промышленности важными основными химическими веществами являются хлор, каустическая сода, серная кислота и аммиак.

В зависимости от свойств веществ или химикатов они должны быть соответствующим образом классифицированы, маркированы и упакованы. Точно так же химическая совместимость — т.е.е. как различные химические вещества будут реагировать друг с другом — необходимо учитывать при их хранении; см. подробные комментарии в разделе «Химические вещества».

Что такое неорганические соединения? — Определение, характеристики и примеры — Видео и стенограмма урока

Характеристики

Поскольку многие неорганические соединения содержат какие-либо металлы (щелочные, щелочные, переходные и т. Д.), Они могут проводить электричество. Например, находясь в твердом состоянии, неорганические соединения плохо проводят электричество.Однако в жидкой фазе неорганические соединения обладают высокой проводимостью. В этой фазе электроны неорганических соединений могут двигаться очень свободно, и это движение электронов отмечается как электричество.

Благодаря ионной связи, которая обычно присутствует в неорганических соединениях, они очень жестко удерживаются вместе и обладают чрезвычайно высокими температурами плавления и кипения. Другой отличительной особенностью неорганических соединений является их цвет. Неорганические соединения переходных металлов, даже находящиеся на столе, обычно сильно окрашены, и это опять же из-за конфигурации электронов «d-блока».Яркие и красивые цвета, которые можно увидеть при взрыве фейерверка, связаны с неорганическим металлом (обычно щелочным или щелочным), присутствующим в соединении. Поскольку неорганические соединения при горении имеют уникальный цвет, это можно использовать в качестве «маркера» для идентификации вовлеченного металла. Кроме того, неорганические соединения обычно хорошо растворяются в воде. Другими словами, они могут «исчезнуть» при помещении в воду, поскольку они просто растворятся. Еще одна показательная характеристика неорганических соединений — их способность образовывать кристаллы.Природа связи, обнаруженная в неорганических соединениях, дает им возможность выращивать кристаллы в насыщенных растворах.

Приложения и примеры

Подумайте теперь об одной из самых распространенных молекул во всем мире. Эта конкретная молекула занимает две трети планеты и составляет 70% человеческого тела. Вы можете догадаться, что это за молекула? Если вы угадали воду, значит, вы правы! Эта молекула — неорганическое соединение! Благодаря уникальности неорганических соединений, они находят множество применений в реальном мире.Большинство продуктов, которые мы потребляем ежедневно, обрабатывались некоторыми пестицидами в процессе выращивания, и этот пестицид является еще одним примером неорганического соединения.

Возьмем, к примеру, все химические вещества, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, чтобы понять важность и изобилие неорганических соединений, которые нас окружают. Например, соль и многие другие приправы, которые используются для придания вкуса нашей пище, являются неорганическими соединениями. Автомобили, в которых мы ездим, питаются от батарей, содержащих неорганические соединения, такие как серная кислота.Многие поверхности нашей одежды, обуви и автомобилей покрыты неорганическими соединениями, которые служат защитными покрытиями. С каждым вдохом в смесь попадают неорганические соединения. Каждый раз, когда мы выдыхаем, выделяется углекислый газ, и это тоже неорганическое соединение. Но почему диоксид углерода (углеродсодержащее соединение) не считается органическим? Проще говоря, диоксид углерода считается неорганическим, а не органическим, потому что он не содержит углеродно-водородных связей.Как упоминалось ранее, для того, чтобы соединение считалось органическим, должна присутствовать связь C-H.

Краткое содержание урока

Неорганические соединения замечательны в собственном отношении. Большая часть того, к чему мы прикасаемся или используем ежедневно, в некотором роде можно считать неорганическими соединениями. Эти соединения отображают множество цветов и ведут себя по-разному в зависимости от того, в какой фазе они находятся. Фундаментальное различие между органическими и неорганическими соединениями заключается в наличии связей углерод-водород или связей C-H.Неорганические соединения, как правило, представляют собой минеральные или геологические соединения, которые не содержат углерод-водородных связей. Все вокруг нас и часть всего, что мы используем ежедневно, — это неорганические соединения. В воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым мы дышим, в еде, которую мы едим, и в одежде, которую мы носим, ​​неорганические соединения присутствуют повсюду!

Неорганические соединения — определение и примеры

• Неорганические соединения — соединения, которые используют минералы и / или металлы для создания продуктов

Результаты обучения

По мере того, как вы узнаете о неорганических соединениях с помощью этого урока, вы разовьете способность:

• Определить и охарактеризовать неорганические соединения
• Признать их применение и привести примеры неорганических соединений вокруг нас

1.4: Классификация и свойства вещества

Цели обучения

• Используйте физические и химические свойства, включая фазу, для описания вещества.
• Различают физические и химические изменения.
• Определить образец вещества как элемент, соединение или смесь (гомогенный / гетерогенный).
• Признать физические методы, используемые для разделения смесей.

Физические и химические свойства

Свойства, которые химики используют для описания материи, делятся на две основные категории.Физические свойства — это характеристики, которые описывают материи. Они включают такие характеристики, как размер, форма, цвет и масса. Многие из этих свойств могут иметь количественный характер. Например, количественными физическими свойствами воды будут температура кипения (100 ° C / 212 ° F) и точка плавления (0 ° C / 32 ° F).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Физические свойства. (Авторское право; https: //www.slideshare.net/cfoltz/ph…cal-properties)

Химические свойства — это характеристики, которые описывают, как вещество изменяет свою химическую структуру или состав.Примером химического свойства является воспламеняемость — способность материала гореть — потому что горение (также известное как горение) изменяет химический состав материала. Окисление, ржавление, разложение и инертность также являются химическими свойствами. Нажмите на это видео и запишите физические и химические свойства элемента натрия.

Элементы и соединения

Любой образец вещества, который имеет одинаковые физические и химические свойства во всем образце, называется веществом.Есть два типа веществ. Вещество, которое не может быть разбито на химически более простые компоненты, является элементом. Алюминий, который используется в банках с газировкой, является элементом. Вещество, которое можно разбить на химически более простые компоненты (поскольку оно состоит из нескольких элементов), представляет собой соединение (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Вода — это соединение, состоящее из водорода и кислорода. Сегодня в известной нам вселенной 118 элементов. Напротив, на сегодняшний день ученые идентифицировали десятки миллионов различных соединений.

Иногда к веществу добавляют слово чистый , но это не является абсолютно необходимым.По определению, любое отдельное вещество является чистым.

Наименьшая часть элемента, которая поддерживает идентичность этого элемента, называется атомом. Атомы очень крошечные; чтобы сделать линию длиной 1 дюйм, вам потребуется 217 миллионов атомов железа. Наименьшая часть соединения, которая сохраняет идентичность этого соединения, называется молекулой. Молекулы состоят из атомов, которые соединены вместе и ведут себя как единое целое. Ученые обычно работают с миллионами и миллионами атомов и молекул одновременно.Когда ученый работает с большим количеством атомов или молекул одновременно, он изучает макроскопическое представление Вселенной.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Оценка элементов, молекул и соединений.

Неорганические и органические соединения

Соединения можно дополнительно классифицировать как неорганические или органические. Органические соединения содержат углерод, водород и, как правило, еще один элемент из правой части таблицы Менделеева.Будьте осторожны, думая об органических химикатах. В реальном мире термин «органический» обычно используется для описания продуктов, содержащих натуральные ингредиенты. В мире науки слово «органический» используется для обозначения соединений, имеющих углеродные и водородные связи. Посмотрите на некоторые из структур ниже, чтобы получить представление об органических химических структурах.

Органические структуры

Две показанные ниже молекулы широко используются в фармацевтической промышленности. Соединение слева известно как гидрокодон.Это опиоидное болеутоляющее, вызывающее сильную зависимость. Его регулярно назначают при хирургической и хронической боли. Состав справа — это Аддералл. Этот препарат используется для лечения СДВГ и нарколепсии. Оба этих препарата контролируются DEA (Агентство по борьбе с наркотиками), и их хранение незаконно, если у вас нет действующего рецепта.

Смеси

Материал, состоящий из двух или более веществ, представляет собой смесь.В смеси отдельные вещества сохраняют свою химическую идентичность. Многие смеси представляют собой очевидные комбинации двух или более веществ, например смесь песка и воды. Такие смеси называются гетерогенными смесями . В некоторых смесях компоненты настолько тесно связаны, что действуют как единое вещество (хотя это не так). Смеси с однородным составом называются гомогенными смесями (или растворами ). Растворенный в воде сахар является примером решения.Металлический сплав, такой как сталь, является примером твердого раствора. Воздух, состоящий в основном из азота и кислорода, представляет собой газообразный раствор.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Как бы химик классифицировал каждый образец материи?

1. соленая вода
2. почва
3. вода
4. кислород

Решение

1. Соленая вода действует как единое целое, даже если содержит два вещества — соль и воду.Морская вода — это однородная смесь или раствор.
2. Почва состоит из небольших кусочков различных материалов, поэтому представляет собой неоднородную смесь.
3. Вода — это вещество; более конкретно, поскольку вода состоит из водорода и кислорода, она представляет собой соединение.
4. Кислород, вещество, это элемент.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Как бы химик классифицировал каждый образец материи?

1. кофе
2. водород
3. яйцо

Ответьте на

Кофе может быть гетерогенной или гомогенной смесью.Если нерастворимые части можно идентифицировать, то они будут классифицированы как гетерогенные. В противном случае кофе будет однородной смесью или раствором.

Ответ б

Водород — это элемент. Он может располагаться на периодической таблице.

Ответ c

Яйцо (предположим, сырое) будет неоднородной смесью. Желток и яичный белок — это два разных вещества, которые можно легко увидеть.

Фазы

Другой способ классификации материи — описать ее как твердое тело, жидкость или газ, что и было сделано в примерах растворов. Эти три описания, каждое из которых подразумевает, что материя обладает определенными физическими свойствами, представляют три фазы материи. Твердое тело имеет определенную форму и определенный объем. Жидкости обычно имеют определенный объем, но не определенную форму; они принимают форму своих контейнеров. У газов нет ни формы, ни объема, они расширяются, заполняя свои сосуды.Каждый день мы сталкиваемся с материей в каждой фазе; Фактически, мы регулярно встречаем воду во всех трех фазах: лед (твердая фаза), вода (жидкость) и пар (газ).

Из нашего опыта работы с водой мы знаем, что вещества могут переходить из одной фазы в другую при подходящих условиях. Как правило, изменение температуры вещества (и, реже, давления, оказываемого на него) может вызвать фазовый переход, физический процесс, в котором вещество переходит из одной фазы в другую (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \) ).Изменения фаз имеют определенные имена в зависимости от того, какие фазы задействованы, как показано в Таблице \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \) иллюстрирует отношения между различными способами классификации материи.

Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)

1. Классифицируйте каждый как элемент, соединение, гетерогенную смесь или гомогенную смесь (раствор): воздух в Университете Фурмана, вода озера Фурман, медная проволока и водопроводная вода Furman.
2. В чем разница между гетерогенной смесью и гомогенной смесью? Приведите пример каждого.
3. Какие физические изменения: сжигание топлива, переваривание пищи, растворение соли в воде, медь, проводящая электричество, и кипение воды.

Ответьте на

Будем надеяться, что воздух Фурмана представляет собой однородную смесь (раствор). Если в этом месте нет горения или скопления пыли, это можно с уверенностью предположить. Озеро Фурман определенно представляет собой неоднородную смесь (местами может быть немного заболоченной). Медная проволока — это элемент. В природе очень мало элементов.Наконец, водопроводная вода Furman обычно представляет собой однородную смесь. В нашей водопроводной воде присутствуют природные и искусственные химические вещества (поверьте, вам нужен хлор). В наших туалетах действительно используется серая вода, которая может выглядеть неоднородной (подходит для канализации, но не для питья).

Ответ б

Гетерогенная смесь, очевидно, представляет собой смесь, например грязь; однородная смесь ведет себя как одно вещество, такое как соленая вода.

Ответ c

Физические изменения: растворение соли в воде, медь проводимость и кипение воды.Если состав не меняется, то это физическое изменение. Если существует способ физического разделения компонентов (например, кипячение, испарение, дистилляция, магнетизм или фильтрация), то произошло физическое изменение.

Авторы и авторство