длаводфлыо
Неорганическая химия — это раздел химии,
предметом изучения которой являются неорганические вещества, их строение.
Физические и химические свойства, зависимость этих
свойств от степени окисления элемента и его положение в периодической системе.
Химики знают огромное количество веществ — более 20 миллионов.
Из них примерно 1 миллион — это неорганические вещества.
Это чрезвычайно разнообразные соединения.
Вода, например, может быть жидкая, твердая, газообразная.
Это прозрачное соединение.
Легко плавится, легко переходит в газообразное состояние.
Напротив, например, флюорит (CaF2) — это достаточно прочное соединение,
твердое при обычных условиях, прозрачное или окрашенное, нерастворимое в воде.
Перманганат калия — это твердые, почти черные кристаллы,
которые растворяются в воде, образуя интенсивно насыщенные,
интенсивно окрашенные растворы в фиолетовый цвет.
Неорганические вещества присутствуют и в живой природе.
Так, например, именно неорганические комплексы ответственны за
реакции фотосинтеза — это комплекс магния с очень сложным органическим лигандом.
Неорганические вещества переносят вещества в нашей кровь — это гем.
И многие-многие другие вещества относятся к неорганическим.
Попытка простого запоминания свойств,
строения, названий и даже состава изначальна обречена на провал.
Поэтому чтобы разобраться во всей этой огромной армии соединений,
необходима классификация, то есть разделение веществ на определенные группы,
в которых вещества имеют общие свойства, признаки или характеристики.
Итак, мы будем классифицировать неорганические вещества,
для того чтобы систематизировать знания о них,
для того чтобы разделить вещества на более мелкие группы и классы.
И, конечно же, для того чтобы создать номенклатуру.
Химики всем известным соединениям на сегодняшний день дают названия.
И порой у одного вещества их не одно и не два, а существенно больше.
Итак, какие же признаки мы можем использовать,
для того чтобы разделить вещества на классы?
Конечно же, состав веществ.
Так, по составу можно выделить одноэлементные вещества, то есть простые,
бинарные вещества, сложные вещества.
Более сложной системой классификации является классификация по типу
переносимых частиц в химических реакциях, то есть по типу химических превращений.
В этом случае вещества будут относиться к таким классам, как кислоты, основания,
соли, окислители, восстановители, радикалы, лиганды,
комплексообразователи и многие-многие другие.
Строение — это очень важный классификационный признак.
По типу строения, или типу кристаллической решетки,
вещества можно разделить на молекулярные, ионные, металлы и многие-многие другие.
Прекраснейшим примером очень удачной классификации химических элементов
является периодическая система химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева.
Даже немножечко обидно, что за открытие закона, периодического закона
Дмитрий Иванович Менделеев так и не получил Нобелевской премии,
несмотря на то что несколько раз был на нее номинирован.
Но исторически первой система классификации была предложена
Антуаном Лораном Лавуазье.
Этот знаменитый француз в 1787 году как раз занимался составлением своей
таблицы простых тел.
И предложил следующую модель классификации соединений.
Есть простые вещества.
Сегодня мы бы назвали их одноэлементными.
Они при сгорании на воздухе или при окислении кислородом образуют оксиды,
которые в свою очередь могут взаимодействовать с водой с образованием
гидроксидов.
Их можно отнести либо к основаниям, либо к кислотам.
Лавуазье это сделал на основании обычных органолептических признаков:
кислоты — кислые на вкус, а растворы оснований — мылкие на ощупь.
При взаимодействий оснований и кислот образуются соли.
Конечно, существуют и более сложные классификационные схемы.
Давайте попробуем представить одну из таких, используя в качестве признака
классификации тип переносимых частиц в химических реакциях.
Итак, если в химических реакциях переносятся протоны или гидроксид-ионы (H+
или H−), то тогда можно разделить вещества на кислоты и основания,
а если же ионы, то тогда можно выделить класс солей.
Существует огромное число реакций, в которых переносятся электроны.
Электроны переносятся от восстановителей к оксилителям.
Существуют другие реакции, в которых переносятся неподеленные электронные пары
— такие реакции относятся к реакциям комплексообразования, мы о них будем,
безусловно, отдельно разговаривать.
Здесь можно выделить следующие классы веществ: лиганды,
комплексообразователи, при реакции которых друг с другом
образуются комплексные или координационные соединения.
Существуют и еще частицы, которые содержат неспаренные электроны,
такие частицы называются радикалами.
При взаимодействии радикалов друг с другом образуются ассоциаты.
Давайте попробуем применить другой классификационные признак и поделить все
вещества на классы, исходя из их состава.
Итак, я уже отмечал, что по составу вещества можно разделить на простые,
то есть одноэлементные, бинарные и многоэлементные.
Простые вещества в свою очередь бывают либо металлами, либо неметаллами.
Каждую из этих групп можно разделить на более мелкие,
используя какие-то химические свойства, например активные и неактивные металлы.
Бинарные соединения.
Если это бинарное соединение металла и металла, то, конечно же,
это будет класс интерметаллиды.
А если это будут соединения двух неметаллов — тут нет специального
названия, будем называть их соединения неметаллов.
А если это будет соединение металла и неметалла, то можно сказать,
что это будут соли и оксиды.
Сложных веществ, многоэлементных соединений огромное количество,
но и классов таких соединений, конечно, тоже много.
Здесь можно выделить, например, кислоты, основания, соли,
координационные соединения и, даже, может быть, такие необычные для вашего уха,
классы соединений, как кластеры и клатраты.
Итак, давайте попробуем составить некую универсальную модель классификаций
неорганических соединений, которые мы будем использовать в этом курсе.
Конечно же, вы можете составить свою собственную, используя свои собственные
классификационные признаки, и удобную именно вам.
Но в нашем курсе мы будем придерживаться следующей классификации неорганических
веществ.
По составу разделим их на простые, бинарные и многоэлементные.
Простые в свою очередь разделим на металлы и неметаллы.
Металлы бывают активные, к ним относятся щелочные и щелочно-земельные металлы,
то есть элементы первой и второй группы периодической системы.
Бывают обычные, активность которых не высокая и не низкая — это металлы,
которые находятся в середине ряда напряжения металлов.
А бывают благородные, к ним относятся, например, такие малоактивные — а отсюда их
и называют благородными — металлы, как золото или платина.
Неметаллы будет разделять на группы в соответствие с их
положением в периодической системе.
Так, элементы седьмой группы называются галогены.
Элементы шестой группы (сера, селен, теллур) называются халькогены.
Элементы пятой группы называются пниктогены.
А газы, образованные элементами,
находящимися в восьмой группе, называются благородные газы.
Бинарные соединения, как уже отмечалось можно разделить по их составу
три группы: интерметаллиды, соединения неметаллов и соединения металл-неметалл.
Интерметаллиды — это, по сути, сплавы двух металлов.
Соединения неметаллов также достаточно распространены, но бывают, например,
межгалогенные соединения (ICl и другие).
Соединения металл-неметалл будем разделять на группы в
соответствии с типом их строения.
Они бывают ионные, а бывают ковалентные.
Ионные соединения — это такие соли, например NaCl.
А ковалентные можно разделить опять же на много-много групп.
Здесь бывают водородные соединения, бывают нитриды, а бывают оксиды.
Вы догадались, что это соединения с водородом,
азотом и кислородом соответственно.
В свою очередь оксиды делятся на четыре класса в соответствии с их свойствами.
Это будут кислотные оксиды, основные оксиды,
амфотерные оксиды и безразличные, или несолеобразующие оксиды.
Чуть более подробно свойства оксидов мы разберем в одной из следующих лекции.
А теперь многоэлементные соединения.
Я отмечал, что здесь в соответствии с составом можно выделить различные классы.
Первый класс — гидроксиды.
По своим свойствам их также можно разделить на три группы: основные,
кислотные и амфотерные.
Посвятим им отдельную лекцию.
Соли — это, пожалуй, самый обширный класс неорганических веществ.
Соли бывают самые разнообразные: кислые, средние, основные,
двойные, смешанные, комплексные.
И этому будет, конечно, посвящена отдельная лекция.
Бывают комплексные координационные соединения,
мы рассмотрим их в отдельной теме.
Кластерные соединения начали интенсивно исследовать в середине XX
века — это соединения со связью металл-металл.
Само название кластерное соединение происходит от английского слова кластер,
что означает гроздь или рой,
а сами кластерные соединения являются небольшой такой моделью металлов.
Кластерные соединения находят широчайшее применение в катализе и других
приложениях.
Клатраты — это соединения включения или соединения типа гость-хозяин,
когда образуется каркас из молекул одного вещества с полостями,
а в эти полости включаются молекулы другого вещества.
Пожалуй, самыми знаменитыми клатратами являются газовые гидраты,
находящиеся на дне морей и океанов.
Это, по сути, лед, в полостях которого находятся молекулы метана.
Человечество, к сожалению, до сих не научилось добывать эти газовые гидраты,
а ведь там сосредоточено такое количество природного газа,
которое превышает все разведанные запасы природного
газа разрабатываемых на сегодняшний день месторождений.
Может быть, вам это и удастся.
Итак, мы составили с вами схему классификаций неорганических веществ.
Но как же давать этим веществам названия?
Давайте посмотрим это в следующей лекции.
