Неорганические вещества

Слайд 1

Слайд 2

Неоргани́ческая хи́мия — раздел химии, связанный с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений . Эта область охватывает все химические соединения, за исключением органических веществ (класса соединений, в которые входит углерод , за исключением нескольких простейших соединений, обычно относящихся к неорганическим). Различия между органическими и неорганическими соединениями, содержащими углерод являются по некоторым представлениям произвольными. Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме органических соединений). Обеспечивает создание материалов новейшей техники. Число известных на 2013 г. неорганических веществ приближается к 500 тысячам. .

Слайд 4

Исторически название неорганическая химия происходит от представления о части химии, которая занимается исследованием элементов, соединений, а также реакций веществ, которые не образованы живыми существами. Однако со времен синтеза мочевины из неорганического соединения цианата аммония (NH4OCN), который совершил в 1828 году выдающийся немецкий химик Фридрих Вёлер , стираются границы между веществами неживой и живой природы. Так, живые существа производят много неорганических веществ. С другой стороны, почти все органические соединения можно синтезировать в лаборатории. Однако деление на различные области химии является актуальным и необходимым, как и раньше, поскольку механизмы реакций, структура веществ в неорганической и органической химии различаются. Это позволяет проще систематизировать методы и способы исследования в каждой из отраслей. Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов (таблица Менделе́ева) — классификация химических элементов , устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра . Система является графическим выражением периодического закона , установленного русским химиком Д.И.Менделеевым в 1869 году . Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869— 1871годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы ). Всего предложено несколько сотен [3] вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и так далее). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец ( группа ) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды , в определённой мере подобные друг другу.

Слайд 5

Простые вещества Состоят из атомов одного химического элемента (являются формой его существования в свободном состоянии). В зависимости от того, какова химическая связь между атомами, все простые вещества в неорганической химии разделяются на две основные группы: металлы и неметаллы . Для первых характерна, соответственно, металлическая связь , для вторых — ковалентная . Стоит, впрочем, заметить, что радикальных и существенных отличий друг от друга вышеупомянутые простые вещества не имеют. Также выделяются две примыкающие к ним группы — металлоподобных и неметаллоподобных веществ. Существует явление аллотропии , которое состоит в возможности образования нескольких типов простых веществ из атомов одного и того же элемента; каждый из таких типов называется аллотропной модификацией. Если данное явление обусловлено различным молекулярным составом, то оно определяется как аллотропия состава; если способом размещения молекул и атомов в кристаллах — то как аллотропия формы .

Слайд 6

Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность , положительный температурный коэффициент сопротивления , высокая пластичность и металлический блеск. Из 118 [4] химических элементов , открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят: 6 элементов в группе щелочных металлов , 6 в группе щёлочноземельных металлов , 38 в группе переходных металлов , 11 в группе лёгких металлов , 7 в группе полуметаллов , 14 в группе лантаноиды + лантан , 14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний , вне определённых групп бериллий и магний . Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых .

Слайд 8

Немета́ллы — химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы . В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот , кислород и сера . Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода , минералы , горные породы , различные силикаты , фосфаты , бораты . По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются. Наиболее распространёнными являются кислород , кремний , водород ; наиболее редкими — мышьяк , селен , иод . Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами ) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов . Это определяет их бо́льшую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов. К неметаллам также относят водород и гелий .

Слайд 9

Сложные вещества Бинарными называются соединения, состоящие из атомов двух элементов. Их классификация также производится на основании типа химической связи; выделяют соединения ионные , ковалентные, металлические, а также характеризующиеся смешанным типом связи. Их химические свойства варьируются в зависимости от химической природы конкретных элементов: соединения, в состав которых входят металлические элементы, характеризуются основными свойствами, в то время как соединения неметаллических элементов проявляют кислотные свойства. Трехэлементные — наиболее простые по составу соединения, которые образуются при взаимодействии, как правило, существенно отличающихся друг от друга по химической природе бинарных соединений. С точки зрения химической связи их подразделяют на ионные, ковалентные и ионно-ковалентные. В зависимости от устойчивости ионов их внешней сферы варьируется устойчивость анионных комплексов, которая, в свою очередь, влияет на свойства соединения и степень его подобия бинарному.

Слайд 10

Качественная классификация Большую часть сложных неорганических веществ (то есть состоящих из двух и более химических элементов) можно разделить на следующие группы: Оксиды , Соли , Гидроксиды , Кислоты .

Слайд 11

Окси́д (о́кисел, о́кись) — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора , поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF2. Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина , вода , песок , углекислый газ , ряд красителей. Оксидами называется класс минералов , представляющих собой соединения металла с кислородом.

Слайд 12

Со́ли — класс химических соединений, к которому относятся вещества , состоящие из катионов металла (или катионов аммония ; известны соли фосфония или гидроксония ) и анионов кислотного остатка. Средние (нормальные) соли — все атомы водорода в молекулах кислоты замещены на атомы металла.. Кислые соли — атомы водорода в кислоте замещены атомами металла частично. Они получаются при нейтрализации основания избытком кислоты. Осно́вные соли — гидроксогруппы основания (OH−) частично замещены кислотными остатками. Пример: . Двойные соли — в их составе присутствует два различных катиона, получаются кристаллизацией из смешанного раствора солей с разными катионами, но одинаковыми анионами. Смешанные соли — в их составе присутствует два различных аниона. Гидратные соли ( кристаллогидраты ) — в их состав входят молекулы кристаллизационной воды . Комплексные соли — в их состав входит комплексный катион или комплексный анион. . Особую группу составляют соли органических кислот, свойства которых значительно отличаются от свойств минеральных солей. Некоторые из них можно отнести к особенному классу органических солей, так называемых ионных жидкостей или по-другому «жидких солей» ,

Слайд 13

Основания (осно́вные гидрокси́ды ) — сложные вещества, которые состоят из атомов металла или иона аммония и гидроксогруппы (-OH). В водном растворе диссоциируют с образованием катионов и анионов ОН−. Название основания обычно состоит из двух слов: «гидроксид металла/аммония». Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами .Согласно другому определению, основания — один из основных классов химических соединений , вещества, молекулы которых являются акцепторами протонов . Кисло́ты — сложные вещества , в состав которых обычно входят атомы водорода , способные замещаться на атомы металлов , и кислотный остаток . Водные растворы кислот имеют кислый вкус, обладают раздражающим действием, способны менять окраску индикаторов , отличаются рядом общих химических свойств .

Слайд 14

Также можно выделить следующие группы неорганических веществ: карбиды , нитриды , гидриды , интерметаллиды и другие, которые не укладываются в приведённую выше классификацию (более подробно см. Неорганическое вещество ) Карби́ды — соединения металлов и неметаллов с углеродом . Традиционно к карбидам относят соединения, в которых углерод имеет большую электроотрицательность, чем второй элемент (таким образом из карбидов исключаются такие соединения углерода, как оксиды, галогениды и тому подобные). Карбиды — тугоплавкие твёрдые вещества: карбиды бора и кремния (В4С и SiC), титана , вольфрама , циркония (TiC, WC и ZrC соответственно) обладают высокой твёрдостью, жаростойкостью, химической инертностью Нитри́ды — соединения азота с менее электроотрицательными элементами, например, с металлами (AlN;TiNx;Na3N;Ca3N2;Zn3N2; и т. д.) и с рядом неметаллов ( NH3 , BN , Si3N4 ). Соединения азота с металлами чаще всего являются тугоплавкими и устойчивыми при высоких температурах веществами, например, эльбор . Нитридные покрытия придают изделиям твёрдость, коррозионную стойкость; находят применение в энергетике, космической технике. Гидри́ды — соединения водорода с металлами и с имеющими меньшую электроотрицательность, чем водород, неметаллами. Иногда к гидридам причисляют соединения всех элементов с водородом. Гидриды делятся на три типа в зависимости от характера связи в соединении: ионные гидриды, металлические гидриды и ковалентные гидриды.

Слайд 15

Металлические соединения, или интерметаллиды — один из четырех базовых вариантов взаимодействия между металлами (остальные три — полное отсутствие какого-либо влияния, взаимное растворение в жидком состоянии и образование эвтектики в твердом, а также формирование как жидких, так и твердых растворов любого состава). В отличие от, например, твердых растворов интерметаллиды характеризуются сложной кристаллической структурой, непохожей на структуру исходных веществ; аналогичным образом у них могут появляться физические или химические особенности, не свойственные их составляющим в чистом виде. В целом для интерметаллидов характерно широкое разнообразие кристаллических структур и типов химической связи, что, в свою очередь, является причиной обширного спектра их возможных физических и химических свойств. Интерметаллиды, как и другие химические соединения, имеют фиксированное соотношение между компонентами. Интерметаллиды обладают, как правило, высокойтвёрдостью и высокой химической стойкостью. Очень часто интерметаллиды имеют более высокую температуру плавления, чем исходные металлы. Почти все интерметаллиды хрупки, так как связь между атомами в решётке становится ковалентной или ионной (например, в ауриде цезия CsAu), а не металлической. Некоторые из них имеют полупроводниковые свойства, причём, чем ближе к стехиометрии соотношение элементов, тем выше электрическое сопротивление. Никелид титана, известный под маркой «нитинол», обладает памятью формы — после закалки изделие может быть деформировано механически, но примет исходную форму при небольшом нагреве .