Chimica inorganica generale. Fondamenti di chimica inorganica. Elaborazione di formule per la valenza

In questa fase dell'evoluzione, nessuna persona può immaginare la propria vita senza chimica. Dopotutto, ogni giorno in tutto il mondo si verificano varie reazioni chimiche, senza le quali l'esistenza di tutti gli esseri viventi è semplicemente impossibile. In generale, ci sono due sezioni in chimica: chimica inorganica e organica. Per comprendere le loro principali differenze, devi prima capire quali sono queste sezioni.

Chimica inorganica

È noto che quest'area di studi di chimica tutte le proprietà fisiche e chimiche delle sostanze inorganiche, così come i loro composti, tenendo conto della loro composizione, struttura e della loro capacità di subire varie reazioni con l'uso di reagenti e in loro assenza.

Possono essere sia semplici che complessi. Con l'aiuto di sostanze inorganiche vengono creati nuovi materiali tecnicamente importanti che sono richiesti dalla popolazione. Più precisamente, questa sezione della chimica si occupa dello studio di quegli elementi e composti che non sono creati dalla natura vivente e non sono materiale biologico, ma si ottengono per sintesi da altre sostanze.

Nel corso di alcuni esperimenti si è scoperto che gli esseri viventi sono in grado di produrre molte sostanze inorganiche ed è anche possibile sintetizzare sostanze organiche in laboratorio. Ma, nonostante ciò, è ancora semplicemente necessario separare queste due aree l'una dall'altra, poiché ci sono alcune differenze nei meccanismi di reazione, nella struttura e nelle proprietà delle sostanze in queste aree che non consentono di combinare tutto in un'unica sezione.

Evidenziare sostanze inorganiche semplici e complesse. Le sostanze semplici comprendono due gruppi di composti: metalli e non metalli. I metalli sono elementi che hanno tutte le proprietà metalliche e hanno anche un legame metallico tra loro. Questo gruppo comprende i seguenti tipi di elementi: metalli alcalini, metalli alcalino terrosi, metalli di transizione, metalli leggeri, semimetalli, lantanidi, attinidi, nonché magnesio e berillio. Di tutti gli elementi ufficialmente riconosciuti della tavola periodica, novantasei dei centottantuno possibili elementi sono classificati come metalli, cioè più della metà.

Gli elementi più conosciuti dei gruppi non metallici sono l'ossigeno, il silicio e l'idrogeno, mentre quelli meno comuni sono l'arsenico, il selenio e lo iodio. I non metalli semplici includono anche l'elio e l'idrogeno.

Le sostanze inorganiche complesse sono divise in quattro gruppi:

• Ossidi.
• Idrossidi.
• Sale.
• Acidi.

Chimica organica

Quest'area della chimica studia le sostanze costituite da carbonio e altri elementi che entrano in contatto con esso, cioè creano i cosiddetti composti organici. Possono trattarsi anche di sostanze di natura inorganica, poiché un idrocarburo può legare a sé molti elementi chimici diversi.

Molto spesso, si occupa di chimica organica sintesi e lavorazione delle sostanze e i loro composti da materie prime di origine vegetale, animale o microbiologica, sebbene, soprattutto di recente, questa scienza sia cresciuta ben oltre il quadro designato.

Le principali classi di composti organici includono: idrocarburi, alcoli, fenoli, composti contenenti alogeni, eteri ed esteri, aldeidi, chetoni, chinoni, composti contenenti azoto e zolfo, acidi carbossilici, eterociclici, composti organometallici e polimeri.

Le sostanze studiate dalla chimica organica sono estremamente diverse perché, a causa della presenza di idrocarburi nella loro composizione, possono essere associate a molti altri elementi diversi. Naturalmente le sostanze organiche fanno parte degli organismi viventi anche sotto forma di grassi, proteine ​​e carboidrati, che svolgono diverse funzioni vitali. I più importanti sono energetici, normativi, strutturali, protettivi e altri. Fanno parte di ogni cellula, ogni tessuto e organo di qualsiasi creatura vivente. Senza di loro, il normale funzionamento del corpo nel suo insieme, del sistema nervoso, del sistema riproduttivo e di altri è impossibile. Ciò significa che tutte le sostanze organiche svolgono un ruolo enorme nell'esistenza di tutta la vita sulla terra.

Principali differenze tra loro

In linea di principio, queste due sezioni sono correlate, ma presentano anche alcune differenze. Prima di tutto, la composizione delle sostanze organiche include necessariamente carbonio, a differenza di quelli inorganici, che potrebbero non contenerlo. Esistono anche differenze nella struttura, nella capacità di reagire a vari reagenti e condizioni create, nella struttura, nelle proprietà fisiche e chimiche di base, nell'origine, nel peso molecolare e così via.

Nella materia organica la struttura molecolare è molto più complessa rispetto a quelli inorganici. Questi ultimi possono fondere solo a temperature abbastanza elevate e sono estremamente difficili da decomporre, a differenza di quelli organici, che hanno un punto di fusione relativamente basso. Le sostanze organiche hanno un peso molecolare abbastanza voluminoso.

Un'altra differenza importante è che solo le sostanze organiche hanno questa capacità formare composti con lo stesso insieme di molecole e atomi, ma che hanno diverse opzioni di layout. Si ottengono così sostanze completamente diverse, che differiscono l'una dall'altra per proprietà fisiche e chimiche. Cioè, le sostanze organiche sono inclini a una proprietà come l'isomeria.

“I concetti cambiano, le parole restano.” Quanto è vero! Quante volte senti: “Accendi l'elettricità”, “Stop all'elettricità”, anche se chi parla sa benissimo che una lampadina elettrica non si accende né si spegne, ma si accende e si spegne in un circuito di corrente.

Le parole che sono sopravvissute ai concetti precedentemente incorporati in esse includono le designazioni di due dipartimenti di chimica, tradizionalmente chiamati chimica inorganica e organica.

Per molto tempo, i chimici, non essendo in grado di produrre la maggior parte di quei composti chimici complessi che fanno parte degli organi di piante e animali, hanno spiegato la loro incapacità con il fatto che queste sostanze si formano nelle piante e negli animali sotto l'influenza di uno speciale “forza vitale” e non può essere sintetizzata in fiaschi e storte.

Anche il famoso chimico tedesco Weller era della stessa opinione e per esperienza personale era convinto dell'errore di questa opinione. Da composti senza dubbio inorganici di azoto e carbonio con ossigeno, ottenne una sostanza complessa, che si rivelò essere un tipico composto "organico" precedentemente noto: l'urea.

Ora sappiamo per certo che non è necessaria alcuna “forza vitale” per ottenere qualsiasi sostanza che faccia parte delle piante e degli animali, che tutte possono essere costruite dai loro elementi costitutivi. Il fatto che non tutti siano stati ancora ottenuti artificialmente non ci disturba affatto. Quelli non ottenuti con i moderni mezzi di sintesi si otterranno quando questi mezzi saranno migliorati.

In realtà, tutti i cosiddetti composti “organici” sono composti del carbonio. A differenza di altri elementi, il carbonio è in grado di formare molte decine di migliaia di composti con altre sostanze semplici. Per pura comodità di studio, tutti i diversi composti del carbonio sono ridotti a una disciplina separata dalla chimica degli altri elementi, “a vecchia memoria” chiamata chimica organica.

La curiosità più importante è che ora nei corsi di chimica “organica” si studia un numero enorme di composti del carbonio che non si trovano in nessuna pianta o animale.

L'inizio di una costruzione così sintetica di sostanze "organiche" che non esistono in natura, creata da un chimico nelle sue boccette, storte e apparati di fabbrica, fu posto dalla scoperta accidentale di uno studente di 18 anni Perkins.

Perkins concepì l'idea di produrre una sostanza medicinale sintetica, il chinino, estratta dalla corteccia dell'albero della china. Avendo ricevuto nel corso delle sue ricerche qualche nuovo composto, volle studiarne la solubilità e, dopo averlo sciolto in alcool, vide che la soluzione aveva un magnifico colore viola.

"Non può essere usato come vernice?" - pensò Perkins. Si è scoperto che è molto probabile che la soluzione tinga perfettamente la lana e la seta di un bellissimo colore viola.

Perkins rinunciò alla scienza, abbandonò l'università e fondò la prima fabbrica al mondo di vernici artificiali "organiche". Seguendolo, centinaia di altri chimici iniziarono a sintetizzare sempre più nuovi composti del carbonio, che trovarono impiego non solo come vernici, ma anche come disinfettanti, anestetici (antidolorifici), sostanze medicinali, velenose ed esplosive.

CHIMICA INORGANICA

Complesso formativo e metodologico

Prima parte. Programma del corso di lezioni

Nižnij Novgorod, 2006

UDC 546 (073,8)

Chimica inorganica: complesso didattico e metodologico. Prima parte. Programma del corso di lezioni / AA Sibirkin - Nizhny Novgorod: Università statale di Nizhny Novgorod, 2006. - 34 p.

La prima parte del complesso educativo e metodologico contiene un piano per un corso di lezioni di chimica inorganica per gli studenti del primo anno della Facoltà di Chimica dell'Università statale di Nizhny Novgorod. N. I. Lobachevskij.

Per gli studenti del 1° anno della Facoltà di Chimica che frequentano il corso di Chimica Inorganica.

© AASibirkin, 2006

© Università statale di Nižnij Novgorod

loro. N.I. Lobachevskij, dipartimento

chimica inorganica

Nota esplicativa

Il corso di Chimica Inorganica, tenuto presso la Facoltà di Chimica dell'UNN, mira a garantire che gli studenti padroneggino le basi della chimica inorganica come una delle discipline fondamentali nel sistema delle conoscenze chimiche.

Gli obiettivi principali del corso sono: padronanza da parte degli studenti delle leggi fondamentali delle trasformazioni chimiche; conoscenza di materiale fattuale relativo alla prevalenza e alle forme di presenza degli elementi chimici in natura, principi di lavorazione delle materie prime minerali, metodi di produzione, struttura, proprietà fisiche e reattività, uso pratico di sostanze inorganiche; sviluppare la capacità di risolvere problemi di calcolo standard e combinato relativi alle proprietà delle sostanze inorganiche; padronanza pratica delle basi della sperimentazione chimica, i metodi più importanti per ottenere e purificare sostanze inorganiche.

Il contenuto del corso prevede la spiegazione dei concetti più importanti della chimica fisica e della struttura della materia, lo sviluppo della capacità di applicare i modelli appresi per risolvere problemi pratici, che implementa l'idea di concentricità dell'educazione chimica in istruzione superiore. Comprendere le leggi delle reazioni e la reattività delle sostanze è la base per la formazione di una conoscenza ampia e profonda di materiale fattuale sulla chimica degli elementi e dei loro composti.

Come risultato dello studio del corso di chimica inorganica, gli studenti dovrebbero:

Sapere come le teorie scientifiche spiegano i processi di interazione delle sostanze, descrivono le relazioni quantitative tra i partecipanti a una trasformazione chimica, indicano la possibilità del verificarsi spontaneo del processo, caratterizzano la velocità delle trasformazioni, considerano lo stato di una sostanza e le sue trasformazioni in soluzioni .

Conoscere materiale fattuale relativo alla prevalenza e alle forme di presenza degli elementi chimici in natura, principi di lavorazione delle materie prime minerali, metodi di preparazione, struttura, proprietà fisiche e reattività, uso pratico di sostanze inorganiche.

Essere in grado di analizzare le proprietà degli elementi chimici in base alla loro posizione nella tavola periodica, spiegare le tendenze nei cambiamenti delle proprietà in un numero di sostanze simili, sulla base della teoria della struttura atomica e del legame chimico, rivelare la dipendenza delle proprietà delle sostanze sulla loro composizione e struttura, prevedere le proprietà delle sostanze, prevedere i probabili prodotti delle trasformazioni chimiche in condizioni specifiche, collegare le proprietà di una sostanza con possibili aree della loro applicazione.

Essere in grado di utilizzare simboli chimici, nomenclatura delle sostanze inorganiche, terminologia della chimica fisica e inorganica.

Essere in grado di comporre equazioni chimiche, disporre coefficienti stechiometrici, risolvere problemi di calcolo standard e combinati basati su di essi relativi alle proprietà delle sostanze inorganiche e alle leggi della loro trasformazione.

Avere le competenze per lavorare con la letteratura educativa, di riferimento e monografica, trovare autonomamente le informazioni necessarie sulla chimica degli elementi e sui loro composti, essere in grado di combinare, analizzare e sistematizzare i dati letterari.

Avere competenze pratiche negli esperimenti chimici di laboratorio, metodi di lavoro sicuro in un laboratorio chimico, implementare metodi per la sintesi e la purificazione di sostanze inorganiche, essere in grado di formulare una conclusione sulla natura di una sostanza basata sulla totalità dei dati sperimentali ottenuti.

Avere una comprensione della struttura elettronica di atomi, molecole, solidi, composti complessi e metodi per studiare le sostanze inorganiche.

Le basi teoriche necessarie per padroneggiare con successo il corso di chimica inorganica sono:

1. Corsi di chimica, matematica e fisica impartiti nelle scuole secondarie o negli istituti di istruzione secondaria specializzata a profilo chimico.

2. Corsi sulla struttura della materia e sulla cristallochimica, tenuti parallelamente al corso di Chimica inorganica presso la Facoltà di Chimica dell'UNN.

3. Conoscenza delle principali sezioni della chimica fisica previste dal presente programma, il cui studio precede la presentazione delle nozioni di base della chimica inorganica.

Il corso di lezioni di chimica inorganica e il suo programma si compongono di quattro sezioni. La sezione “Fondamenti teorici della chimica inorganica” combina materiale didattico su terminologia chimica, simbolismo e nomenclatura, leggi dei gas e stechiometria, fondamenti della termodinamica chimica, teoria delle soluzioni e degli equilibri di fase, elettrochimica, cinetica chimica e studio dei composti di coordinazione . La padronanza di questi concetti è necessaria affinché lo studio successivo del materiale reale della chimica inorganica possa essere effettuato su basi teoriche moderne e gettare le basi per la risoluzione di problemi computazionali.

Le sezioni "Chimica degli elementi - non metalli" e "Chimica degli elementi - metalli" rivelano il contenuto principale del corso: il materiale vero e proprio della chimica inorganica, che è sistematizzato sulla base della legge periodica. Le informazioni sugli elementi chimici sono presentate in una certa sequenza: presenza in natura, composizione isotopica, posizione nella tavola periodica, struttura atomica e possibilità di valenza, ruolo biologico. La conoscenza dei composti degli elementi chimici si forma nel seguente ordine logico: preparazione, struttura, proprietà fisiche e chimiche, applicazione, tecniche di lavoro sicuro. Il programma fornisce una descrizione comparativa delle proprietà degli elementi e dei loro composti in base alla loro posizione nel sistema periodico (stabilità degli stati di ossidazione, variazioni acido-base e proprietà redox dei composti), che riassume il materiale didattico su un dato elemento o sottogruppo.

Nella "Conclusione", sulla base della legge periodica, vengono sistematizzate le proprietà generali dei non metalli e dei metalli, vengono rivelati alcuni problemi di geochimica e radiochimica e vengono brevemente trattati i metodi per lo studio dei composti inorganici. Lo studio di queste sezioni aiuta a consolidare le connessioni logiche formatesi durante l'esame del materiale del corso vero e proprio.

Il corso di lezioni di Chimica Inorganica è strutturato per 140 ore nel primo e nel secondo semestre accademico. Il corso è affiancato da lezioni pratiche (70 ore), durante le quali gli studenti acquisiscono familiarità con le tecniche di risoluzione di problemi di calcolo, e da un laboratorio di laboratorio (140 ore). Lo studio del corso di chimica inorganica prevede il lavoro autonomo dello studente (150 ore), il superamento di colloqui e prove scritte. In ogni semestre gli studenti sostengono una prova pratica di laboratorio e un esame teorico del corso.

Fondamenti teorici della chimica inorganica

Concetti e leggi fondamentali della chimica. Scienze atomico-molecolari. Concetto classico e moderno di atomo. La struttura dell'atomo. Nucleo atomico, nucleoni, elettroni, gusci elettronici. Numero atomico e numero di massa. Isotopi. Elementi chimici. Legame chimico. Legami ionici e covalenti. Molecole e unità formula.

Mol. Costante di Avogadro. Ammontare della sostanza. Massa, volume e densità della materia. Masse atomiche e molari. Volume molare. Unità di massa atomica. Masse atomiche e molecolari relative.

Individuo chimico e sue caratteristiche. Omogeneità della materia, concetti di fase e regione di omogeneità. Struttura caratteristica. Struttura molecolare e cristallochimica. Concetti di base della chimica dello stato solido. Cella unitaria. Trasmissione. Ordine a lungo raggio. Concetto di polimorfismo e isomorfismo. Determinazione della composizione e legge di costanza della composizione. Legge dei rapporti multipli. Sostanza chimica individuale e pura. Sostanza complessa e composto chimico. Sostanza semplice ed elemento chimico. Allotropia e polimorfismo.

Simbolismo chimico. Nomenclatura dei composti inorganici.

Sistema e ambiente. Sistemi chiusi, aperti e isolati. Sistemi omogenei ed eterogenei. Stato del sistema e parametri di stato. Stati stazionari e di equilibrio del sistema. Processi nel sistema e loro classificazione. Parametri intensivi ed estensivi dello stato.

Il concetto di componente. Modi per esprimere la composizione dei sistemi. Frazioni di massa e molari. Concentrazioni molari e molali. Titolo. Solubilità. La legge di conservazione della massa e la condizione di equilibrio materiale. Massa molare della miscela.

Variabilità del sistema. Il concetto di componente indipendente. Regola delle fasi. Diagramma di stato di una singola sostanza. Punti figurati. Transizioni di fase. Applicazione della regola delle fasi all'analisi dei diagrammi di stato.

Metodi per la determinazione delle masse atomiche e molecolari. Metodi sperimentali per la determinazione delle masse molari di sostanze volatili. Metodi di Regnault, Mayer e Dumas. Calcolo delle masse molari dalle leggi dei gas. Determinazione delle masse molari di sostanze non volatili dalle proprietà colligative delle soluzioni. Determinazione sperimentale delle masse atomiche. Metodi basati sulla legge delle relazioni volumetriche semplici. Metodo Cannizzaro. Metodo spettrometrico di massa. Stima delle masse atomiche dalla regola di Dulong e Petit.

Leggi sui gas. Il concetto di gas ideale. Equazione di stato di un gas ideale. La costante universale dei gas e il suo significato fisico. Condizioni di misurazione del volume. Volume molare di un gas ideale. Legge di Avogadro. Densità e densità relativa dei gas. Equazioni di Clapeyron, Boyle e Mariotte, Gay-Lussac, Charles.

Miscele di gas ideali. Pressione parziale del componente. Legge delle pressioni parziali. Frazione di volume di un componente della miscela di gas. Pressione di vapore saturo. Descrizione matematica dell'eudiometro.

Stechiometria. Variabile chimica e sue relazioni con le altre grandezze estensive. Eccesso e carenza di reagenti. Resa del prodotto di reazione. Frazione in massa di un elemento in un composto e determinazione delle formule delle sostanze. La formula più semplice e vera. Determinazione della composizione delle miscele. Stechiometria delle reazioni che coinvolgono sostanze gassose. Legge delle relazioni volumetriche semplici.

Il concetto di equivalente. Numero di reazione equivalente. Numero equivalente di una sostanza e suo significato fisico. Legge degli equivalenti. Massa equivalente e volume equivalente. Massa equivalente di un composto binario. Concentrazione equivalente (normale). Stechiometria delle reazioni redox e dei processi elettrochimici. Le leggi di Faraday. Costante di Faraday.

Fondamenti di termodinamica. Il tema della termodinamica e le sue possibilità. Energia e sue tipologie. Energia meccanica ed interna. Calore e lavoro sono forme di trasferimento di energia. Segni di calore elementare e di lavoro elementare. Dipendenza dal calore e lavoro sul percorso del processo. Condizioni di scambio termico e lavoro. Rappresentazione del calore e del lavoro attraverso i fattori di intensità e capacità. Lavori utili e lavori di ampliamento. Affinità chimica. Entropia. Entropia e probabilità termodinamica. Postulato di Boltzmann.

La prima legge della termodinamica, suo contenuto ed espressione matematica. Entalpia. Effetto termico. Effetto termico a pressione costante e volume costante. Capacità termica. Capacità termica a pressione costante e volume costante. Dipendenza dell'entalpia dalla temperatura. Equazione di Kirchhoff. Capacità termiche specifiche e molari.

La seconda legge della termodinamica, il suo contenuto. Equazione fondamentale della termodinamica. Criterio per il verificarsi spontaneo di un processo in sistemi isolati e chiusi.

Funzione di Gibbs e suo differenziale. Il Gibbs funziona come criterio per il verificarsi spontaneo di una reazione. Equazione di Gibbs e Helmholtz e suoi tipi. Il significato fisico dei termini nell'equazione di Gibbs e Helmholtz.

Dipendenza della funzione di Gibbs dalla pressione. Potenziale chimico. Potenziale chimico standard. Pressione parziale relativa. Stato standard del gas. Condizioni standard.

Termodinamica chimica. Applicazione della termodinamica ai processi chimici. Cambiamento delle proprietà estensive durante una reazione. Relazione tra variazioni delle funzioni termodinamiche durante la reazione. Equazioni termochimiche e loro trasformazioni lineari.

Leggi di Lavoisier - Laplace e Hess. Calcolo dei cambiamenti nelle funzioni termodinamiche durante la reazione dei loro valori molari di queste funzioni e delle funzioni di formazione e combustione. Entalpia di formazione ed entalpia di combustione delle sostanze. Corollari dalla legge di Hess. Applicazione dei valori degli effetti energetici delle trasformazioni di fase e delle energie medie dei legami chimici nei calcoli termochimici. Determinazione sperimentale degli effetti termici mediante il metodo calorimetrico. Condizione di equilibrio termico.

Affinità chimica. Equazione dell'isoterma della reazione chimica. Costante termodinamica dell'equilibrio chimico. Equazione della reazione isobara. Dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura. Esprimere la costante di equilibrio in termini di pressioni parziali e concentrazioni. Relazione tra costanti di equilibrio chimico. Predire la direzione di un processo dalle equazioni dell'isoterma e delle isobare di reazione. Principio dell'equilibrio dinamico di Le Chatelier. Calcolo della composizione di una miscela di equilibrio dai valori tabulati delle funzioni termodinamiche.

Termodinamica delle transizioni di fase. Dipendenza della pressione del vapore dalla temperatura. Entropia della transizione di fase. Dipendenza dell'entropia di una sostanza dalla temperatura. Entropia assoluta della materia.

Soluzioni. Soluzioni vere e colloidali. Soluzioni sature e insature. Soluzioni concentrate e diluite.

La dissoluzione come processo fisico e chimico. Solubilità delle sostanze e sua dipendenza dalla temperatura. Entalpia di dissoluzione, energia reticolare ed entalpia di solvatazione.

Proprietà colligative delle soluzioni. Coefficiente isotonico, sua relazione con il grado di dissociazione. Pressione di vapore sopra la soluzione. Legge tonoscopica. Aumento del punto di ebollizione della soluzione. Legge ebulioscopica. Abbassamento del punto di inizio della cristallizzazione del solvente. Legge crioscopica. Osmosi. Pressione osmotica. Applicazione delle proprietà colligative per la determinazione delle masse molari delle sostanze.

Potenziale chimico del soluto e del solvente. Sistema asimmetrico di stati standard. Gas reali e soluzioni reali. Volatilità e attività. Sistema unificato di stati standard.

Equilibrio gas-liquido. Legge di Henry e sua giustificazione termodinamica. La costante di Henry. Coefficiente di solubilità di Ostwald. Coefficiente di assorbimento di Bunsen.

Equilibrio liquido-liquido. Legge di distribuzione di Nernst e sua giustificazione termodinamica. Coefficiente di distribuzione. Soluzione iniziale, estraente, estratto e raffinato. Coefficiente di estrazione. Frazione di sostanza non estratta. Estrazione singola e multipla, loro equazioni caratteristiche.

Equilibrio solido-liquido. Diagrammi di fusibilità di sistemi bicomponenti. Punti figurativi e loro significato. Diagramma di fusibilità di un sistema formante una serie continua di soluzioni solide. Diagrammi di fusibilità di tipo eutettico con completa insolubilità reciproca e limitata solubilità dei componenti allo stato solido. Diagramma di fusibilità di un sistema i cui componenti formano un composto chimico. La regione di omogeneità di un composto chimico. Applicazione della regola delle fasi all'analisi dei diagrammi di fusibilità. Calcolo delle quantità delle fasi di equilibrio e delle parti del sistema. Curve di raffreddamento come fonte di diagrammi di fusibilità.

Dissociazione elettrolitica. Elettroliti. Dissociazione elettrolitica e sua descrizione termodinamica. Costante e grado di dissociazione. Elettroliti forti e deboli.

Idee di base delle teorie degli acidi e delle basi. Teoria della dissociazione elettrolitica di Arrhenius, teoria dei sistemi solvo di Franklin, teoria dei protoni di Bronsted e Lowry, teoria di Usanovich, teoria degli acidi e delle basi duri e molli di Pearson. Autoprotolisi del solvente. Indice di idrogeno.

Equilibrio acido-base. Calcolo accurato ed approssimativo degli equilibri ionici. Equilibri ionici in soluzioni di acidi e basi forti. Equilibri ionici in soluzioni di acidi e basi deboli. Legge di diluizione di Ostwald. Idrolisi. Metodi per aumentare e sopprimere l'idrolisi. Equilibri ionici in soluzioni di sali idrolizzanti. Costante e grado di idrolisi. Soluzioni tampone. Equilibri ionici in soluzioni tampone.

Equilibrio precipitazione-dissoluzione e sua descrizione termodinamica. Prodotto di solubilità. Condizioni per la precipitazione e la dissoluzione del precipitato.

Equilibrio di complessazione. Agente complessante e ligandi. Numero di coordinazione. Costanti di formazione generali e graduali. Costante di instabilità.

Applicazione di costanti di dissociazione, prodotti di solubilità e costanti di complessazione per prevedere la possibilità di reazioni ioniche.

Reazioni redox. Ossidazione e riduzione. Agente ossidante e agente riducente. I più importanti agenti ossidanti e riducenti, prodotti della loro trasformazione chimica in vari ambienti. Disposizione dei coefficienti nelle equazioni di reazione utilizzando la bilancia elettronica e i metodi della semireazione.

Elettrochimica. Conduttori del primo e del secondo tipo. Il concetto di elettrodo e di reazione elettrodica. Classificazione degli elettrodi. Potenziale dell'elettrodo. Dipendenza del potenziale dell'elettrodo dalla concentrazione. Equazione di Nernst.

Cella elettrochimica. Cella galvanica e sua descrizione termodinamica. EMF di una cella galvanica. Determinazione delle funzioni termodinamiche da dati elettrochimici. Elettrolisi. Tensione di decomposizione. Elaborazione di equazioni per i processi di elettrolisi. Applicazione pratica dell'elettrolisi.

Cinetica chimica e catalisi. La velocità di una reazione chimica. Meccanismo di reazione. Reazioni semplici e complesse.

Dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione dei reagenti. Legge dell'azione di massa. Equazione cinetica. Costante di velocità di una reazione chimica. Ordine e molecolarità delle reazioni. Curve cinetiche e loro equazioni.

Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Equazioni di Van't Hoff e Arrhenius. Coefficiente di temperatura della velocità di reazione. Energia di attivazione e suo significato fisico. Diagramma energetico di una reazione. Fattore pre-esponenziale. Frequenza e fattori spaziali.

Catalisi e catalizzatori. Catalisi omogenea ed eterogenea. Inibitori. Promotori. Esempi di reazioni catalitiche.

Connessioni complesse. Concetti e definizioni di base. Connessione complessa. Sfera esterna. Sfera interna. Agente complessante (atomo centrale). Leganti (aggiunge). Numero di coordinazione. Dentalità. Leganti a ponte. Cluster.

Disposizioni fondamentali della teoria del coordinamento di A. Werner. Valenze principali e secondarie.

Classificazione dei composti complessi. Classificazione secondo la carica della sfera interna. Complessi neutri, cationici e anionici. Classificazione in base alla natura del ligando. Complessi acquatici, composti di ammoniaca, complessi idrossilici, complessi acidi, carbonili, complessi di leganti misti. Classificazione in base al numero di atomi centrali nella sfera interna. Complessi mononucleari e multinucleari. Gruppi speciali di composti complessi. Chelati, sali doppi, composti isopoli, composti eteropoli.

Isomeria di composti complessi. Isomeria strutturale. Isomeria intersferica (ionizzazione, idratazione, isomerismo molecolare (solvato)). Isomeria del ligando (isomeria del ligando, isomerismo del legame (sale)). Isomeria di coordinazione (metamerismo e polimerizzazione). Isomeria spaziale (isomerismo geometrico e ottico).

Nomenclatura dei composti complessi. Nomenclatura banale e sistematica. Regole per la formazione dei nomi dei complessi cationici, neutri e anionici. Indicazione del numero di ligandi, della natura del ligando e dello stato di ossidazione dell'atomo centrale. Indicazione del numero di ligandi complessi. Indicazione di ligandi a ponte e ligandi coordinati da più atomi. Compilazione di nomi sistematici di composti complessi.

Stabilità termodinamica e cinetica dei complessi. Complessi stabili e instabili. Complessi inerti e labili. Discussione sulla stabilità termodinamica dei complessi dal punto di vista della teoria degli acidi e delle basi duri e molli.

La natura dei legami chimici nei composti complessi. Idee di base sul metodo del legame di valenza, teoria del campo cristallino, metodo degli orbitali molecolari e teoria del campo dei ligandi. Significato metodologico della teoria della struttura dei composti complessi.

Previsione della struttura e delle proprietà di composti complessi dal punto di vista del metodo del legame di valenza. Determinazione della configurazione elettronica dell'atomo centrale. Complessi orbitali esterni e intraorbitari. Complessi ad alto e basso spin. Il ruolo della natura del ligando nella formazione dei complessi orbitali esterni e intraorbitari. Previsione della stabilità cinetica dei complessi. Classificazione del composto complesso in complessi orbitali esterni e intraorbitari. Predizione del numero di coordinazione, tipo di ibridazione e forma geometrica del complesso e delle sue proprietà magnetiche.

Previsione della struttura e delle proprietà di composti complessi dal punto di vista della teoria del campo cristallino. Previsione della disposizione relativa degli orbitali dell'atomo centrale nel campo dei ligandi di simmetria planare ottaedrica, tetraedrica e quadrata. Parametro di divisione. Serie spettrochimiche. Stima dell'entità della scissione D- sottolivello dell'atomo centrale. Riempimento di uno split level con elettroni nel caso di ligandi di campo forti e deboli. Predire il colore di un composto complesso dal valore del parametro di scissione. Previsione del comportamento del complesso in un campo magnetico. Energia di stabilizzazione del campo cristallino (CFE). Calcolo dell'ESC per complessi ottaedrici e tetraedrici formati da ligandi ad alto e debole campo. Previsione della stabilità cinetica dei complessi dal punto di vista della teoria del campo cristallino.

Complessi chelati. Effetto chelante. Regola dei cicli. Esempi di ligandi chelanti. Connessioni intracomplesse.

π-Complessi. Formazione di legami di coordinazione nei complessi π. Esempi di complessi π. Interazione π-dativo usando l'esempio del ferrocene e del bis-(benzene)cromo.

Reazioni chimiche che coinvolgono composti complessi. Reazioni di movimento dei ligandi tra la sfera esterna e quella interna. Dissociazione di composti complessi nelle sfere esterna ed interna. Costanti di formazione graduale e generale (completa). Costante di instabilità. Calcolo degli equilibri ionici in soluzioni di composti complessi. Reazioni di sostituzione del ligando. Meccanismi dissociativi e associativi di sostituzione. Rappresentazione di processi di dissociazione complessi come processi di sostituzione di ligandi con molecole d'acqua. Stereochimica dei processi di sostituzione in complessi quadrati e ottaedrici. Il fenomeno dell'influenza trans. Una gamma di influenze trans. Previsione della struttura dei prodotti di sostituzione dal punto di vista delle idee sulla trans-influenza. Ridistribuzione dei ligandi e formazione di complessi misti. Trasformazioni intramolecolari di un composto complesso. Trasformazioni chimiche di ligandi coordinati. Protonazione e deprotonazione dei ligandi. Idrossolazione e sue conseguenze. Superare l'idrossilazione in ambienti acidi e alcalini. Isomerizzazione dei ligandi. Reazioni di addizione, inserimento e condensazione con un ligando organico coordinato. Catalisi dei complessi metallici. Trasformazioni redox dell'atomo centrale. Influenza della natura del ligando sui valori dei potenziali redox delle trasformazioni dell'atomo centrale.

L'importanza dei composti complessi in natura, tecnologia, agricoltura, medicina.

La chimica inorganica descrive le proprietà e il comportamento dei composti inorganici, inclusi metalli, minerali e composti organometallici. Mentre la chimica organica studia tutti i composti contenenti carbonio, la chimica inorganica copre i restanti sottoinsiemi di altri composti. Ci sono anche sostanze che vengono studiate contemporaneamente da entrambi i rami della chimica, ad esempio i composti organometallici, che contengono un metallo o un metalloide legato al carbonio.

La chimica inorganica può essere suddivisa in diverse sottosezioni:

• aree di studio dei composti inorganici, ad esempio sali o loro composti ionici;
• geochimica: lo studio della chimica dell'ambiente naturale della Terra, che è di grande importanza per comprendere il pianeta o gestirne le risorse;
• estrazione di sostanze inorganiche (minerali metallici) per l'industria;
• chimica bioinorganica: lo studio dei singoli elementi (fossili naturali) necessari per la vita e che formano importanti molecole biologiche coinvolte nei sistemi biologici, nonché la comprensione della chimica delle sostanze tossiche;
• la chimica di sintesi studia le sostanze che possono essere ottenute o purificate senza l'intervento della natura mediante sintesi in impianti industriali o laboratori;
• La chimica industriale è il lavoro con sostanze in vari processi su larga scala o aree di ricerca.

Dove viene utilizzata la chimica inorganica?

I composti inorganici vengono utilizzati come catalizzatori, pigmenti, rivestimenti, tensioattivi, farmaci, combustibili e altri prodotti di uso quotidiano. Spesso hanno punti di fusione elevati e proprietà specifiche di alta o bassa conduttività elettrica che li rendono utili per determinati scopi.

Per esempio:

• L'ammoniaca è una fonte di azoto nei fertilizzanti ed è anche una delle principali sostanze chimiche inorganiche utilizzate nella produzione di nylon, fibre, plastica, poliuretani (utilizzati in rivestimenti resistenti agli agenti chimici, adesivi, schiume), idrazina (utilizzata nella produzione di carburante per missili) e esplosivi;
• il cloro viene utilizzato nella produzione di cloruro di polivinile (per la realizzazione di tubi, abbigliamento, mobili), prodotti chimici per l'agricoltura (fertilizzanti, insetticidi), nonché prodotti farmaceutici e chimici per la purificazione o la sterilizzazione dell'acqua;
• Il biossido di titanio viene utilizzato sotto forma di polvere bianca nella produzione di pigmenti di vernici, rivestimenti, plastica, carta, inchiostro, fibre, alimenti e cosmetici. Il biossido di titanio ha anche buone proprietà di resistenza ai raggi UV, che lo rendono utile nella produzione di fotocatalizzatori.

La chimica inorganica è una branca scientifica e domestica molto pratica. Particolarmente importante per l'economia del paese è la produzione di acido solforico, che è uno degli elementi più importanti utilizzati come materie prime industriali.

Cosa studi in chimica inorganica?

Gli esperti nel campo della chimica inorganica svolgono una vasta gamma di attività, dall'estrazione delle materie prime alla creazione di microchip. Il loro lavoro si basa sulla comprensione del comportamento e sulla ricerca di analoghi di elementi inorganici. Il compito principale è imparare come questi materiali possono essere modificati, divisi e utilizzati. Il lavoro dei chimici inorganici comprende lo sviluppo di metodi per il recupero dei metalli dai rifiuti e l'analisi dei minerali estratti a livello molecolare. L'enfasi generale è sulla padronanza delle relazioni tra proprietà fisiche e funzioni.

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Chimica inorganica- una branca della chimica associata allo studio della struttura, della reattività e delle proprietà di tutti gli elementi chimici e dei loro composti inorganici. Quest'area comprende tutti i composti chimici ad eccezione delle sostanze organiche (una classe di composti che include il carbonio, ad eccezione di alcuni composti semplici, solitamente classificati come inorganici). La distinzione tra composti organici e inorganici contenenti carbonio è, secondo alcune idee, arbitraria. La chimica inorganica studia gli elementi chimici e le sostanze semplici e complesse da essi formati (esclusi i composti organici). Fornisce la creazione di materiali della tecnologia più recente. Il numero di sostanze inorganiche conosciute nel 2013 si avvicina a 400mila.

Il fondamento teorico della chimica inorganica è la legge periodica e il sistema periodico di D.I. Mendeleev basato su di essa. Il compito più importante della chimica inorganica è lo sviluppo e la fondatezza scientifica di metodi per creare nuovi materiali con le proprietà necessarie per la tecnologia moderna.

In Russia, la ricerca nel campo della chimica inorganica è svolta dall'omonimo Istituto di chimica inorganica. A. V. Nikolaev SB RAS (Istituto di Chimica SB RAS, Novosibirsk), Istituto di Chimica Generale e Inorganica dal nome. N. S. Kurnakova (IGNKh RAS, Mosca), Istituto per i problemi fisico-chimici dei materiali ceramici (IFKhPKM, Mosca), Centro scientifico e tecnico “Materiali superduri” (STC SM, Troitsk) e una serie di altre istituzioni. I risultati della ricerca vengono pubblicati su riviste (Journal of Inorganic Chemistry, ecc.).

Storia della definizione

Storicamente il nome chimica inorganica deriva dall'idea di quella parte della chimica che si occupa dello studio di elementi, composti e reazioni di sostanze che non sono formate dagli esseri viventi. Tuttavia, a partire dalla sintesi dell'urea dal composto inorganico cianato di ammonio (NH 4 OCN), effettuata nel 1828 dall'eminente chimico tedesco Friedrich Wöhler, i confini tra le sostanze della natura inanimata e quella vivente sono stati cancellati. Pertanto, gli esseri viventi producono molte sostanze inorganiche. D'altra parte, quasi tutti i composti organici possono essere sintetizzati in laboratorio. Tuttavia, la divisione in varie aree della chimica è rilevante e necessaria come prima, poiché i meccanismi di reazione e la struttura delle sostanze nella chimica inorganica e organica differiscono. Ciò rende più semplice sistematizzare metodi e metodi di ricerca in ciascun settore.