Неорганические вещества¶
Неорганические вещества — это химические вещества, молекулы и соединения которых, как правило, не содержат углеродных цепей или скелетов (за некоторыми исключениями, такими как карбиды, карбонаты, цианиды и оксиды углерода). К неорганическим веществам относятся минералы, соли, металлы, кислоты, щёлочи, оксиды и многие простые вещества. Термин возник в XIX веке как противоположность «органическим» веществам — соединениям, изучавшимся в рамках химии живых организмов.
¶История возникновения понятия
В XVIII — начале XIX века считалось, что органические вещества могут образовываться только в живых организмах благодаря действию так называемой «жизненной силы». Вещества, получаемые из неживой природы (минералы, соли, кислоты), называли неорганическими. Эта граница была разрушена в 1828 году, когда немецкий химик Фридрих Вёлер синтезировал мочевину — типично органическое соединение — из неорганических реагентов (цианата аммония). С этого момента граница между двумя классами стала условной, однако разделение химии на органическую и неорганическую дожило до наших дней как удобная классификация.
¶Классификация
Неорганические вещества делятся на несколько больших групп:
| Группа | Примеры | Характерные свойства |
|---|---|---|
| Простые вещества | Металлы (железо, натрий, алюминий), неметаллы (кислород, азот, сера), полуметаллы (кремний, бор) | Состоят из атомов одного элемента |
| Оксиды | Оксид кальция CaO, оксид углерода(IV) CO₂ | Содержат кислород и один другой элемент |
| Кислоты | Серная H₂SO₄, соляная HCl, азотная HNO₃ | В водных растворах дают катионы водорода |
| Основания (щёлочи) | Гидроксид натрия NaOH, гидроксид кальция Ca(OH)₂ | В растворах дают гидроксид-ионы |
| Соли | Хлорид натрия NaCl, сульфат меди(II) CuSO₄ | Продукты нейтрализации кислот и оснований |
| Сложные вещества | Карбонат кальция CaCO₃, перманганат калия KMnO₄ | Содержат два и более элементов |
¶Физические и химические свойства
Неорганические вещества обладают свойствами, существенно отличающимися от органических соединений:
- Высокие температуры плавления и кипения. Большинство неорганических соединений (соли, оксиды металлов) образуют кристаллические решётки с прочными ионными или ковалентными связями.
- Растворимость в полярных растворителях. Многие соли и щёлочи хорошо растворяются в воде, в отличие от большинства органических веществ.
- Электропроводность. Расплавы и растворы солей проводят электрический ток за счёт подвижных ионов.
- Быстрые реакции. Неорганические реакции (нейтрализации, окислительно-восстановительные процессы) часто протекают мгновенно, тогда как органические синтезы требуют катализаторов, нагрева и времени.
- Негорючесть. В отличие от органических веществ, большинство неорганических соединений не горит.
¶Распространённость в природе
Неорганические вещества составляют основу неживой природы. Земная кора почти целиком сложена неорганическими минералами: полевыми шпатами, кварцем, силикатами. Океаны содержат растворённые соли — прежде всего хлорид натрия, хлорид магния, сульфат натрия. Атмосфера в основном состоит из неорганических молекул — азота, кислорода, аргона, диоксида углерода.
В живых организмах неорганические вещества составляют около 3–4 % массы, однако выполняют критические функции: ионы натрия, калия, кальция, магния, железа, фосфора участвуют в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, построении костей и зубов (гидроксиапатит), переносе кислорода гемоглобином.
¶Применение
Неорганические вещества широко используются в промышленности, сельском хозяйстве и повседневной жизни:
- Металлургия: железо, алюминий, медь и их сплавы — основа машиностроения и строительства.
- Сельское хозяйство: аммиак и азотные удобрения (аммиачная селитра, мочевина), фосфатные и калийные удобрения.
- Химическая промышленность: серная кислота — один из главных индикаторов промышленного развития; едкий натр (NaOH) применяется в производстве мыла, бумаги, очистке сточных вод.
- Строительство: цемент (силикаты кальция), гипс, известь, стекло (силикат натрия и кремнезём).
- Медицина: физраствор (хлорид натрия), антисептики (перманганат калия), противоядия при отравлениях металлическими солями.
- Электроника: полупроводники — кремний, германий, соединения галлия.
¶Неорганическая химия как наука
Неорганическая химия изучает строение, свойства и реакции неорганических веществ. В её рамках сформировались самостоятельные направления: координационная химия (комплексные соединения), бионеорганическая химия (металлоферменты), химия твёрдого тела, радиохимия. В России крупные школы неорганической химии работали в МГУ, Санкт-Петербургском университете, Институте общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН.