Неорганічна хімія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Неорганічна хімія

Неорганічна хімія, наука про хімічні елементи і утворюваних ними простих і складних речовинах (окрім з'єднань вуглецю, складових, за небагатьма виключеннями, предмет органічній хімії ) . Н. х. — найважливіша область хімії науки про перетворення речовини, що супроводяться змінами його складу, властивостей і (або) будови. Н. х. найтіснішим чином зв'язана, окрім органічної хімії, з ін. розділами хімії — аналітичною хімією, колоїдною хімією, крісталлохимієй, фізичною хімією, термодинамікою хімічної, електрохімією, радіохімією, хімічною фізикою ; на стику неорганічної і органічної хімії лежить хімія металоорганічних сполук і елементоорганічеських з'єднань . Н. х. найближчим чином стикається з геолого-мінералогічнімі науками, особливо з геохімією і мінералогією, а також з технічними науками — хімічною технологією (її неорганічною частиною), металургією і агрохімією . В Н. х. постійно застосовуються теоретичні вистави і експериментальні методи фізики.

  Історична довідка . Історія Н. х., особливо до середини 19 ст, тісно переплітається із загальною історією хімічних знань. Найважливіші досягнення хімії кінця 18 — почала 19 вв.(століття) (створення кисневої теорії горіння, хімічної атомістики, відкриття основних стехіометричних законів) з'явилися результатами вивчення неорганічних речовин.

  Вже в глибокій старовині були відомі метали, які або зустрічаються в природі в самородном стані (Au, Ag, Cu, Hg), або легко виходять (Cu, Sn, Pb) нагріванням їх окислених руд з вугіллям, а також деякі неметали (вуглець у вигляді вугілля і алмазу, S, можливо As). За 3—2 тис. років до н.е.(наша ера) в Єгипті, Індії, Китаї і ін. країнах уміли отримувати залізо з руд, виготовляти вироби із скла.

  Прагнення перетворити неблагородні, «недосконалі» метали на благородні, «досконалі» (Au і Ag) з'явилося причиною виникнення алхімія, що панувала в 4—16 вв.(століття) н.е.(наша ера) Алхіміки створили апаратуру для хімічних операцій (випаровування, кристалізації, фільтрування, перегонки, сублімації), які і у наш час служать для розділення і очищення речовин; вперше отримали деякі прості речовини (As, Sb, Р), соляну, сірчану і азотну кислоти, багато солей (купорос, галун, нашатир) і ін. неорганічні речовини. У 16 ст металургія, кераміка, склороблення і ін. виробництва, близько дотичні з Н. х., отримали досить широкий розвиток, що видно з праць Ст Бірінгуччо (1540) і Р. Агріколи (1556). У 1530-х рр. А. Т. Парацельс, якому були на досвіді відомі цілющі властивості препаратів Au, Hg, Sb, Pb, Zn, поклав початок ятрохимії вживанню хімії в медицині. У 17 ст укорінялося ділення речовин що вивчаються хімією, на мінеральних, рослинних і тваринних (вказане в 10 ст арабським ученим Ар-вражай), тобто намітилося розчленовування хімії на неорганічну і органічну. У 1661 Р. Бойль спростував вчення про чотири стихії і три початки, з яких нібито полягають всі тіла, і визначив хімічні елементи як речовини, що не можуть бути розкладеними на інших. В кінці 17 ст Р. Шталь, розвиваючи вистави І. Бехера, висловив гіпотезу, згідно якої при обпаленні і горінні тіла втрачають початок горючості, — флогистон . Ця гіпотеза панувала аж до кінця 18 ст

  Надалі становленню Н. х. як науки послужили роботи М. Ст Ломоносова і А. Лавуазье . Ломоносов сформулював закон збереження речовини і руху (1748), визначив хімію як науку про зміни, що відбуваються в складних речовинах, приклав атомістичні вистави до пояснення хімічних явищ, запропонував (1752) ділення речовин на органічних і неорганічних, показав, що збільшення ваги металів при обпаленні відбувається за рахунок приєднання деякої частини повітря (1756), Лавуазье спростував гіпотезу флогистона, показав роль кисню в процесах обпалення і горіння, конкретизував поняття хімічного елементу, створив першу раціональну номенклатуру хімічну (1787). На початку 19 ст Дж. Дальтон ввів в хімію атомізм, відкрив кратних стосунків закон і дав першу таблицю атомних вагів хімічних елементів. Тоді ж були відкриті Гей-Люссака закони (1805—08), постійність складу закон (Же. Пруст, 1808) і Авогадро закон (1811). У 1-ій половині 19 ст І. Берцеліус остаточно затвердив атомізм в хімії. В середині 19 ст були сформульовані і розмежовані поняття атома, молекули і еквіваленту (Ш. Жерар, С. Канніццаро ) . На той час було відоме понад 60 хімічних елементів. Проблему їх раціональної класифікації вирішило відкриття в 1869 періодичного закону Менделєєва і побудова періодичної системи елементів Менделєєва. На основі своїх відкриттів Д. І. Менделєєв виправив атомні ваги багатьох елементів і передбачив атомні ваги і властивості ще невідомих тоді елементів — Ga, Ge, Sc і ін. Після їх відкриття періодичний закон отримав загальне визнання і став міцною науковою основою хімії.

  В кінці 19 — початку 20 вв.(століття) особливу увагу химіков-неоргаников привернули дві малозвідані області — металеві сплави і комплексні з'єднання . Дослідження полірованої і протравленої поверхні стали за допомогою мікроскопа, почате в 1831 П. П. Аносовим, було продовжене Р. До. Сорбі (1863), Д. До. Чорновим (1868), німецьким ученим А. Мартенсом (з 1878). Воно було вдосконалене, а також істотно доповнено методом термічного аналізу (А. Ле Шателье, Ф. Осмондом в 1887, англійським ученим У. Робертс-Остоном — в 1899). Надалі найбільші роботи по дослідженню сплавів із застосуванням нової методики були виконані Н. С. Курнаковим (з 1899), А. А. Байковим (з 1900) і їх науковими школами. Обширні дослідження сплавів були проведені в Германії Р. Тамманом (з 1903) і його учнями. Теоретичну основу вчення про сплави дало правило фаз Дж. В. Гіббса . Систематичні дослідження комплексних з'єднань, зроблені в 1860-х рр. До. Бломстрандом і данським ученим С. Йергенсеном, були в 1890-гг. розвинені А. Вернером, що створив координаційну теорію, і Н. С. Курнаковим. Особливо широко роботи в цій області були поставлені в Росії і СРСР Л. А. Чугаєвим і його школою.

  На рубежі 19 і 20 вв.(століття) у історії Н. х. сталася крупна подія — були відкриті інертні гази : Ar (Дж. Релей, В. Рамзай, 1894), Не (В. Рамзай, 1895), Kr, Ne, Xe (англійські учені У. Рамзай і М. Траверс, 1898), Rn (німецький учений Ф. Дорн, 1900), які Д. І. Менделєєв за пропозицією У. Рамзая включив в особливу (нульову) групу своєї періодичної системи елементів (згодом були включені в 8-у групу). Ще значнішим було відкриття мимовільної радіоактивності урану (А. Беккерель, 1896) і торія (М. Ськлодовськая-кюрі і незалежно німецький вчений Р. Шмідт, 1898), за яким послідувало відкриття радіоактивних елементів Po і Ra (М. Ськлодовськая-кюрі, П. Кюрі, 1898). Ці відкриття привели до виявлення існування ізотопів, до створення радіохімії і теорії будови атома (Е. Резерфорд, 1911, Н. Бор, 1913, і др.; див.(дивися) Атомна фізика ) .

  Успіхи ядерної фізики дозволили синтезувати трансуранові елементи, що мають атомні номери від 93 по 105 (див. Актиноїди, Елементи хімічні, Ядерна хімія ) . Роботи по синтезу трансуранових елементів відкрили нову епоху в історії Н. х. Дослідження в цій області ведуться до СРСР, США Франції, ФРН(Федеральна Республіка Німеччини) і деяких ін. країнах.

  Методи дослідження . У Н. х. застосовуються два основні прийоми дослідження: препаратівний метод і метод физико-хімічного аналізу . Препаратівний метод практикувався з прадавніх часів. Його основу складають проведення реакцій між вихідними речовинами і розділення продуктів, що утворюються, за допомогою перегонки, сублімації, кристалізації, фільтрування і ін. операцій. Особливо поширений препаратівний метод в хімії комплексних з'єднань. Метод физико-хімічного аналізу в основному створений Н. С. Курнаковим, його учнями і послідовниками. Суть методу полягає у вимірі різних фізичних властивостей (температур почала і кінця кристалізації, а також електропровідності, твердості і ін.) систем з 2, 3 або багато компонентів. Отримані дані змальовують у вигляді діаграм склад-властивість. Їх геометричний аналіз дозволяє судити про склад і природу продуктів, що утворюються в системі, не виділяючи і не аналізуючи їх. Физико-хімічний аналіз вказує дороги синтезу речовин, дає наукову основу процесів переробки руд, здобуття солей, металів, сплавів і ін. важливих технічних матеріалів. Физико-хімічний аналіз визнаний у всьому світі провідним методом Н. х.

  Для сучасною Н. х. характерний незвичайно обширний круг нових методів дослідження будови і властивостей речовин і матеріалів. З середини 20 ст основна увага приділяється вивченню атомної і молекулярної будови неорганічних з'єднань прямим визначенням їх структури (тобто взаємного розташування атомів в молекулі). Воно виробляється методами крісталлохимії, спектроскопії, рентгенівського структурного аналізу, ядерного магнітного резонансу, ядерного квадрупольного резонансу, гамма-спектроскопії, електронного парамагнітного резонансу і ін. Велике значення має визначення важливих для техніки властивостей і особливостей (механічні, магнітні, електричні і оптичні властивості, жароміцність, жаростійкість, відношення до радіоактивного опромінення і ін.). Н. х. перетворилася на таку науку про неорганічні матеріали, яка грунтується переважно на даних про будову речовин на атомному і молекулярному рівнях.

  Успіхи неорганічної хімії. Відкриття трансуранових елементів, ефективне розділення (за допомогою хроматографії, екстрагування і ін.) рідкоземельних і інших важко роздільних елементів (наприклад, платинових металів) на індивідуально-чисті, економічне здобуття рідких елементів і матеріалів з них з особливими властивостями або заданим комплексом властивостей привели до якісних змін в Н. х. Необхідно також відзначити прогрес в технології здобуття високочистих елементів і з'єднань; здобуття з них і вживання монокристалів з певними властивостями (наприклад, пьезоелектріков, діелектриків, напівпровідників, надпровідників, кристалів для лазерів і ін.) склало спеціальну гілку промисловості. Особливо швидко розвивається хімія рідких елементів. У 60-і роки виникла хімія інертних газів, які раніше вважалися нездібними до хімічної взаємодії; отримано багато з'єднань Kr, Xe і Rn з фтором, оксиди Xe і ін.

  В сучасній Н. х. дуже велика увага приділяється вивченню хімічному зв'язку найважливішій характеристиці будь-якої хімічної сполуки. За допомогою фізичної апаратури удається як би «бачити» хімічний зв'язок. Методи кристалографії, деколи вельми трудомісткі, замінюються швидкісними методами (із застосуванням, наприклад, автоматичних дифрактометрів у поєднанні з ЕОМ(електронна обчислювальна машина)). Це дозволяє для неорганічних з'єднань швидко визначати міжатомні відстані (і оцінити електронну щільність), на підставі чого можна скласти повніше уявлення про будову молекул і розрахувати їх властивості. Ще детальніші відомості про хімічний зв'язок можна отримати за допомогою рентгеноелектронной спектроскопії. Розробка нових фізичних методів і інтерпретація отримуваних результатів вимагають спільної роботи химіков-неоргаников, фізиків і математиків. На основі вистав і методів квантової механіки усе більш успішно розглядаються проблеми будови і реакційної здатності хімічних сполук і питання хімічного зв'язку (див. Валентність, Квантова хімія ) .

  Неорганічні речовини і матеріали використовуються в різних робочих умовах, при інтенсивній дії середовища (газів рідин), механічних навантажень і ін. чинників. Тому важливе значення має вивчення кінетики неорганічних реакцій, зокрема при розробці нових технологій і матеріалів (див. Кінетика хімічна, Макрокінетика ) .

  Практичні вживання. Н. х. дає новий вигляд пального для авіації і космічних ракет, речовини, що перешкоджають обмерзанню літаків, а також посадочних смуг на аеродромах. Вона створює нові тверді і надтверді матеріали для абразивних і ріжучих інструментів. Так, використання в них компактного кубічного бору нітриду (боразона) дозволяє обробляти дуже тверді сплави при таких високих температурах і швидкостях, при яких діамантові різці згорають. Отримані нові склади флюсів для зварки металів; нові комплексні з'єднання, вживані в технології, сільському господарстві і медицині; нові будівельні матеріали, у тому числі значно полегшені (наприклад, на основі або за участю фосфатів), нові напівпровідникові і лазерні матеріали, жароміцні металеві сплави, нові мінеральні добрива і багато що інше. Н. х. задовольняє найрізноманітніші запити практики, вельми бурхливо розвивається і належить до найважливіших основ науково-технічного прогресу.

  Наукові установи, громадські організації, періодичні видання. До 1917 дослідження по Н. х. велися в Росії лише в лабораторіях АН(Академія наук) і вузів (гірського, політехнічного і електротехнічного інститутів в Петербурзі, університетів в Петербурзі, Москві, Казані, Києві, Одесі). У 1918 почали свою діяльність засновані при АН(Академія наук) в Петрограді інститут физико-хімічного аналізу (засновник Н. С. Курнаков) і інститут по вивченню платини і ін. благородних металів (засновник Л. А. Чугаєв). У 1934 обидва ці інституту і Лабораторія загальної хімії АН(Академія наук) СРСР об'єднані в інститут загальної і неорганічної хімії АН(Академія наук) СРСР (у 1944 йому привласнено ім'я Н. С. Курнакова). Про ін. інститутах див.(дивися) Хімічні інститути научно-ісследовательськие . Проблеми Н. х. розглядаються на конгресах Міжнародного союзу теоретичної і прикладної хімії, який має секцію Н. х., і на з'їздах національних хімічних суспільств, у тому числі Хімічного суспільства імені Д. І. Менделєєва.

  Роботи по Н. х. у 18—19 вв.(століття) публікувалися (і продовжують публікуватися) в хімічних журналах, а також у виданнях національної АН(Академія наук), університетів, вищих технічних шкіл і науково-дослідних інститутів. У зв'язку з швидким розвитком Н. х. у 1892 в Германії був заснований «Zeitschrift fur anorganische (з 1915 «... und allgemeine») Chemie». З 1962 в США виходить журнал «Inorganic Chemistry». У СРСР роботи по Н. х. друкувалися в заснованих в 1919 «Вістях Інституту (з 1935 — Сектори) физико-хімічного аналізу» і «Вістях Інституту (з 1935 — Сектори) по вивченню платини і інших благородних металів». У 1956 обидва видання об'єднано в «Журнал неорганічної хімії».

  Літ.: Класичні роботи. Менделєєв Д. І., Основи хімії, 13 видавництво, т. 1—2, М. — Л., 1947; Lavoisier A. L., Traité élémentaire de chimie, t. 1—2, P., 1789; Berzelius J. J., Lehrbuch der Chemie, 5 Aufl., Bd 1—5, Lpz., 1847—56.

  Історія. Джуа М., Історія хімії, пер.(переведення) з італ.(італійський), М., 1966; Фігуровський Н. А., Нарис загальної історії хімії. Від прадавніх часів до початку XIX ст, М., 1969; Ковалів Ст І., Еволюція уявлень про основні закони хімії, М., 1967; Солов'їв Ю. І., Еволюція основних теоретичних проблем хімії, М., 1971; Розвиток загальною, неорганічною і аналітичній хімії в СРСР, під ред. Н. М. Жаворонкова, М., 1967; Тананаєв І. Ст, Основні досягнення неорганічної хімії за 50 років Радянської влади, «Журнал Всесоюзного хімічного суспільства ним. Д. І. Менделєєва». 1967, т. 12 № 5; Фігуровський Н. А., Відкриття хімічних елементів і походження їх назв, М., 1970; Partington J. R., A history of chemistry, v. 1, pt 1, L., 1970; v. 2—4, L. 1961-64.

  Довідники. Gmelin L., Handbuch der anorganischen Chemie, 8 Aufl., Syst.- Num. 1—70, Ст, 1924 (видавництво продовжується); Mellor J. W., A comprehensive treatise on inorganic and theoretical chemistry, v. 1—16, L., 1952—34; Pascal P., Nouveau traité de chimie minérale, t. 1—19, P., 1956—1963.

  Керівництво і посібники для вищої школи. Некрасов Би. Ст, Основи загальної хімії, т. 1—2, М., 1974; Ремі Г., Курс неорганічної хімії, пер.(переведення) з йому.(німецький), т. 1—2, М., 1963—66; Щукарев С. А., Лекції із загального курсу хімії, т. 1—2, Л., 1962—64; Полінг Л., Загальна хімія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1974; Барнард А., Теоретичні основи неорганічної хімії, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Дій М., Селбін Д., Теоретична неорганічна хімія, пер.(переведення) з англ.(англійський), 2 видавництва, М., 1971; Коттон Ф., Уїлкинсон Дж., Сучасна неорганічна хімія, пер.(переведення) з англ.(англійський), ч. 1—2, М., 1969.

  Монографії і збірки робіт. Керівництво по препаратівной неорганічної хімії, під ред. Р. Брауєра, пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1956; Фізичні методи дослідження і властивості неорганічних з'єднань, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1970; Курнаков Н. С., Введення у физико-хімічний аналіз, 4 видавництва, М. — Л., 1940; його ж, Ізбр. праці, т. 1—3, М., 1960—63; Аносов Ст Я., Погодін С. А., Основні початки физико-хімічного аналізу, М. — Л., 1947; Грінберг А. А., Введення в хімію комплексних з'єднань, 3 видавництва, М. — Л., 1966; Вдовенко Ст М., Сучасна радіохімія, М., 1969. Див. також літ.(літературний) при статтях, заслання на які дани в тексті.

  І. Ст Тананаєв, С. А. Погодін.