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Química inorgánica

Para el diario, vea Química inorgánica (diario).

Química inorgánica es el rama de química tratado a las características y al comportamiento de compuestos inorgánicos. Este campo cubre todos compuestos químicos excepto la miríada compuestos orgánicos (compuestos que contienen enlaces del C-H), de que son los temas química orgánica. La distinción entre las dos disciplinas está lejos de absoluto, y hay mucho traslapo, más importante en el sub-discipline de química organometallic.

Contenido

Conceptos dominantes

El bulto de compuestos inorgánicos ocurra como sales, la combinación de cationes y aniones ensamblado cerca vinculación iónica. Los ejemplos de cationes son sodio Na+, y magnesio Magnesio2+ y los ejemplos de aniones son óxido O2− y cloruro Cl−. Como las sales neutral se cargan, estos compuestos de la forma de los iones por ejemplo óxido del sodio Na2O o cloruro del magnesio MgCl2. Los iones son descritos por su estado de la oxidación y su facilidad de la formación se puede deducir de potencial de la ionización (para los cationes) o de afinidad del electrón (aniones) de los elementos del padre.

Las clases importantes de compuestos inorgánicos son óxidos, carbonatos, sulfatos y halides. Muchos compuestos inorgánicos son caracterizados por colmo puntos de fusión. Las sales inorgánicas son típicamente pobres conductores en el de estado sólido. Otra característica importante es su solubilidad en e.g. agua (véase: carta de la solubilidad), y facilidad de cristalización. Donde algunas sales (e.g. NaCl) sea muy soluble en el agua, otras (e.g. SiO2) no sea.

El más simple reacción inorgánica es dislocación doble cuando en mezclarse de dos sales los iones se intercambian sin un cambio en estado de la oxidación. En reacciones redox un reactivo, oxidante, baja su estado de la oxidación y otro reactivo, reductant, hace su estado de la oxidación aumentar. El beneficio neto es un intercambio de electrones. El intercambio del electrón puede ocurrir indirectamente también, e.g. en baterías, un concepto dominante adentro electroquímica.

Cuando un reactivo contiene los átomos del hidrógeno, una reacción puede ocurrir intercambiando los protones adentro química de la ácido-base. En una definición más general, un ácido puede ser cualquier especie química capaz de atar a los pares del electrón se llama a Ácido de Lewis; cualquier molécula que tienda para donar un par del electrón se refiere inversamente como a Base de Lewis. Como refinamiento de las interacciones de la ácido-base, Teoría de HSAB considera polarizability y el tamaño de iones.

Los compuestos inorgánicos se encuentran en naturaleza como minerales. El suelo puede contener el sulfuro del hierro como pirita o sulfato de calcio como yeso. Los compuestos inorgánicos son trabajos múltiple también encontrados como biomoléculas: como electrólitos (cloruro de sodio), en almacenamiento de energía (ATP) o en la construcción ( polyphosphate espina dorsal adentro DNA).

El primer compuesto inorgánico artificial importante era nitrito del amonio para la fertilización del suelo con Proceso de Haber. Los compuestos inorgánicos se sintetizan para el uso como catalizadores por ejemplo óxido del vanadio (V) y (III) cloruro titanium, o como reactivo en química orgánica por ejemplo hidruro del aluminio del litio.

Las subdivisiones de la química inorgánica son química organometallic, química del racimo y química bioinorganic. Estos campos son campos de investigación activos en química inorgánica, estado dirigidos hacia nuevo catalizadores, superconductors, y terapias.

Química inorgánica industrial

La química inorgánica es un área de la ciencia altamente práctica. Tradicionalmente, la escala de la economía de una nación se podía evaluar por su productividad del ácido sulfúrico. Los 20 productos químicos inorgánicos superiores fabricados en Canadá, China, Europa, Japón, y los E.E.U.U. (2005 datos):[1] sulfato del aluminio, amoníaco, nitrato de amonio, sulfato del amonio, negro de carbón, clorina, ácido hidroclórico, hidrógeno, peróxido de hidrógeno, ácido nítrico, nitrógeno, oxígeno, ácido fosfórico, carbonato de sodio, clorato del sodio, hidróxido del sodio, silicato del sodio, sulfato de sodio, ácido sulfúrico, y dióxido titanium.

La fabricación de fertilizantes es otro uso práctico de la química inorgánica industrial.

Química inorgánica descriptiva

La química inorgánica descriptiva se centra en la clasificación de los compuestos basados en sus características. La clasificación se centra en parte en la posición en la tabla periódica del elemento más pesado (el elemento con el peso atómico más alto) del compuesto, en parte agrupando compuestos por sus semejanzas estructurales. Al estudiar compuestos inorgánicos, uno encuentra a menudo las partes de las diversas clases de la química inorgánica (un compuesto organometallic es caracterizado por su química de la coordinación, y puede demostrar características de estado sólido interesantes).

Diversas clasificaciones son:

Compuestos de la coordinación

Artículo principal: Química de la coordinación
Vea también: Werner-tipo complejo

Metales clásicos de la característica de los compuestos de la coordinación limitados a “pares solitarios“de los electrones que residen en los átomos principales del grupo de ligands tales como H2O, NH3, Cl−, y CN−. En la coordinación moderna compone casi todo el orgánico y los compuestos inorgánicos se pueden utilizar como ligands. El “metal” es generalmente un metal de los grupos 3-13, así como transporte-lanthanides y transporte-actinidas, pero de cierta perspectiva, todos los compuestos químicos se pueden describir como complejos de la coordinación.

El stereochemistry de los complejos de la coordinación puede ser absolutamente rico, según lo hecho alusión por a la separación de Werner de dos enantiomers de [Co ((OH)2Co (NH3)4)3]6+, una demostración temprana que el chirality no es inherente a los compuestos orgánicos. Un tema tópico dentro de esta especialización es química supramolecular de la coordinación.[2]

Compuestos principales del grupo

Estos elementos de la característica de la especie de grupos 1, 2 y 13-18 (excepto el hidrógeno) de la tabla periódica. Debido a su reactividad a menudo similar, los elementos en el grupo 3 (Sc, Y, y La) y grupo 12 (Zn, Cd, y Hectogramo) también se incluyen generalmente.[3]

Los compuestos principales del grupo se han sabido desde los principios de la química, e.g. elemental sulfuro y el blanco destilable fósforo. Experimentos en el oxígeno, O2, cerca Lavoisier y Priestley no sólo identificó un importante diatómico gas, pero abierto la manera para describir compuestos y reacciones según stoichiometric cocientes. El descubrimiento de una síntesis práctica de amoníaco usando los catalizadores del hierro cerca Carl Bosch y Fritz Haber en la humanidad profundamente afectada temprana 1900's, demostrando la significación de la síntesis química inorgánica. Los compuestos principales típicos del grupo son SiO2, SnCl4, y N2O. Muchos compuestos principales del grupo se pueden también clasificar como “organometallic”, mientras que contienen a grupos orgánicos, e.g. B (CH3)3). Los compuestos principales del grupo también ocurren en naturaleza, e.g. fosfato en DNA, y por lo tanto puede ser clasificado como bioinorganic. Inversamente, los compuestos orgánicos que carecen ligands del hidrógeno (muchos) se pueden clasificar como “inorgánicos”, por ejemplo los fullerenes, buckytubes y óxidos binarios del carbón.

Compuestos del metal de la transición

Los compuestos que contienen los metales del grupo 4 a 11 se consideran los compuestos del metal de la transición. Los compuestos con un metal del grupo 3 o 12 a veces también se incorporan en este grupo, pero también se clasifican a menudo como compuestos principales del grupo.

Los compuestos del metal de la transición demuestran una química rica de la coordinación, variando de tetraédrico para el titanio (e.g. TiCl4) cuadrado planar para algunos complejos del níquel a octaédrico para los complejos de la coordinación del cobalto. Una gama de los metales de la transición se puede encontrar en compuestos biológico importantes, tales como hierro en hemoglobina.

Compuestos Organometallic

Artículo principal: Química Organometallic

Generalmente, los compuestos organometallic se consideran contener al grupo de M-C-H.[4] El metal (m) en estas especies puede ser un elemento principal del grupo o un metal de la transición. Operacionalmente, la definición de un compuesto organometallic es relajada para incluir también altamente lipofílico complejos por ejemplo carbonyls del metal e incluso metal alkoxides.

Los compuestos Organometallic principalmente se consideran una categoría especial porque los ligands orgánicos son a menudo sensibles a la hidrólisis o a la oxidación, haciendo necesario que la química organometallic emplea métodos preparatorios especializados que tradicionales en el Werner-tipo complejos. La metodología sintética, especialmente la capacidad de manipular complejos en solventes de la energía coordinating baja, permitió la exploración de ligands muy débil coordinating tales como hidrocarburos, H2, y N2. Porque los ligands son productos petroquímicos en un cierto sentido, el área de la química organometallic ha beneficiado grandemente de su importancia a la industria.

Compuestos del racimo

Artículo principal: Compuesto del racimo

Los racimos se pueden encontrar en todas las clases de compuestos químicos. Según la definición comúnmente aceptada, un racimo consiste como mínimo en un sistema triangular de los átomos que se enlazan directamente el uno al otro. Pero los complejos dimetallic enlazados metal-metal son altamente relevantes al área. Los racimos ocurren en sistemas inorgánicos “puros”, química organometallic, química principal del grupo, y química bioinorganic. La distinción entre los racimos muy grandes y los sólidos a granel se vela cada vez más. Este interfaz es la base química del nanoscience o nanotechnology y preséntese específicamente del estudio de los efectos del tamaño del quántum adentro selenide del cadmio racimos. Así, los racimos grandes se pueden describir como arsenal de átomos encuadernados intermedios en carácter entre una molécula y un sólido.


Compuestos de Bioinorganic

Artículo principal: Química de Bioinorganic

Vea también Química de Bioorganometallic

Por la definición, estos compuestos ocurren en naturaleza, pero el subcampo incluye especie anthropogenic, tal como agentes contaminadores (e.g. methylmercury) y drogas (e.g. Cisplatin).[5] El campo, que incorpora muchos aspectos de la bioquímica, incluye muchas clases de compuestos, e.g. los fosfatos en la DNA, y también complejos del metal que contienen los ligands que se extienden de las macromoléculas biológicas, comúnmente peptides, a la especie mal definida por ejemplo ácido humic, y a agua (e.g. coordinado a gadolinium complejos empleados para MRI). La química bioinorganic se centra tradicionalmente en electrón y energía-transfiere en las proteínas relevantes a la respiración. La química inorgánica medicinal incluye el estudio de no esencial y elementos esenciales con usos a la diagnosis y a las terapias.

Compuestos de estado sólido

Artículo principal: química de estado sólido

Focos de esta parte importante encendido estructura,[6] el enlazar, y las características físicas de materiales. En la práctica, la química inorgánica de estado sólido utiliza técnicas por ejemplo cristalografía para ganar una comprensión de las características que resultan de interacciones colectivas entre las subunidades del sólido. Se incluyen en química de estado sólido los metales y su aleaciones o derivados intermetálicos. Los campos relacionados son física condensada de la materia, mineralogía, y ciencia material.

Química inorgánica teórica

Una perspectiva alternativa en el área de la química inorgánica comienza con Modelo de Bohr del átomo y, con las herramientas y los modelos de química teórica y química de cómputo, se amplía en enlazar en moléculas simples y entonces más complejas. Las descripciones mecánicas para las especies del multielectron, la provincia del quántum exacto de la química inorgánica, son difíciles. Este desafío ha frezado muchos acercamientos semi-quantitative o semi-empíricos incluyendo teoría orbital molecular y teoría del campo del ligand, Paralelamente a estas descripciones teóricas, las metodologías aproximadas se emplean, incluyendo teoría funcional de la densidad.

Las excepciones a las teorías, cualitativo y cuantitativo, son extremadamente importantes en el desarrollo del campo. Por ejemplo, CuII2(OAc)4(H2O)2 es casi diamagnetic debajo de temperatura ambiente mientras que la teoría cristalina del campo predice que la molécula tendría dos electrones desapareados. El desacuerdo entre la teoría cualitativa (paramagnética) y la observación (diamagnetic) condujo al desarrollo de los modelos para el “acoplador magnético.” Estos modelos mejorados condujeron al desarrollo de nuevos materiales magnéticos y de nuevas tecnologías.

Teorías cualitativas

La química inorgánica ha beneficiado grandemente de teorías cualitativas. Tales teorías son más fáciles de aprender pues requieren poco fondo en teoría del quántum. Dentro de compuestos principales del grupo, VSEPR la teoría de gran alcance predice, o por lo menos racionaliza, estructuras de los compuestos principales del grupo, tales como una explicación para porqué NH3 es pyramidal mientras que ClF3 T-se forma. Para los metales de la transición, teoría cristalina del campo permite que uno entienda el magnetismo de muchos complejos simples, tales como porqué [FEIII(CN)6]3− tiene solamente un electrón desapareado, mientras que [FEIII(H2O)6]3+ tiene cinco. Un acercamiento cualitativo particularmente de gran alcance a determinar la estructura y la reactividad comienza con clasificar las moléculas según cuenta del electrón, centrándose en los números de electrones de la valencia, generalmente en el átomo central en una molécula.

Teoría molecular del grupo de la simetría

Una construcción central en química inorgánica es la teoría de simetría molecular.[7] Matemático teoría del grupo proporciona la lengua para describir las formas de moléculas según su “simetría del grupo del punto". La teoría del grupo también permite descomponer en factores y la simplificación de cálculos teóricos.

Las características espectroscópicas se analizan y se describen con respecto a las características de la simetría del, entre otras cosas, estados vibratorios o electrónicos. El conocimiento de las características de la simetría de la tierra y de los estados excitados permite que uno prediga los números y las intensidades de absorciones en espectros vibratorios y electrónicos. Un uso clásico de la teoría del grupo es la predicción del número de las vibraciones del C-O en complejos substituidos del carbonyl del metal. Los usos mas comunes de la simetría a la espectroscopia implican espectros vibratorios y electrónicos.

Como herramienta educacional, la teoría del grupo destaca concordancias y diferencias en la vinculación de la especie de otra manera dispar, por ejemplo WF6 y MES (CO)6 o CO2 y NO2.

Caminos de reacción

La teoría de reacciones químicas es más desafiadora que la teoría para una molécula estática. Teoría de Marcus proporciona un acoplamiento de gran alcance entre la vinculación, el mecanismo, y la reactividad. Las fuerzas relativas de los enlaces del metal-ligand, que se pueden calcular teóricamente, anticipan los caminos cinético accesibles.

Termodinámica y química inorgánica

Un acercamiento cuantitativo alternativo a la química inorgánica se centra en energías de reacciones. Este acercamiento es altamente tradicional y empírico, solamente es también útil. Los amplios conceptos que se acuestan en términos termodinámicos incluyen potencial redox, acidez, fase cambios. Un concepto clásico en termodinámica inorgánica es Ciclo Llevado-Haber, tales como que se utiliza para determinar las energías de procesos elementales afinidad del electrón, algo de que no se puede observar directamente.

Química inorgánica mecánica

Un aspecto importante y cada vez más popular de la química inorgánica se centra en caminos de reacción. Los mecanismos de reacciones se discuten diferentemente para diversas clases de compuestos.

Elementos y lanthanides principales del grupo

Los mecanismos de los compuestos principales del grupo de grupos 13-18 se discuten generalmente en el contexto de la química orgánica (los compuestos orgánicos son compuestos principales del grupo, después de todos). Elementos más pesados que compuestos de la forma de C, de N, de O, y de F a menudo con más electrones que predichos por regla del octeto, según lo explicado en el artículo encendido hypervalent moléculas. Los mecanismos de sus reacciones diferencian de los compuestos orgánicos por esta razón. Alumbrador de los elementos que carbón (B, Sea, Li) así como Al y Magnesio forme a menudo las estructuras electrón-deficientes con las cuales sea electrónicamente relacionado carbocations. Tales especies electrón-deficientes tienden para reaccionar vía caminos sociables. La química de los lanthanides refleja muchos aspectos de la química considerados para el aluminio.

Complejos del metal de la transición

Los mecanismos para las reacciones de los metales de la transición se discuten diferentemente de compuestos principales del grupo.[8] El papel importante de d-orbitarios en enlazar influencia fuertemente los caminos y los índices de la substitución y de la disociación del ligand. Estos temas se cubren en artículos encendido química de la coordinación y ligand. Se observan los caminos sociables y dissociative.

Un aspecto overarching de la química mecánica del metal de la transición es el lability cinético del complejo ilustrado por el intercambio del agua libre y encuadernada en los complejos prototípicos [M (H2O)6]n+:

[M (H2O)6]n+ + 6 H2→ de O* [M (H2O*)6]n+ + 6 H2O
donde H2O* denota isotópico agua enriquecida, e.g. H217O

Los índices del intercambio del agua varían por 20 órdenes de la magnitud a través de la tabla periódica, con los complejos del lanthanide en uno extremo y (III) las especies Ir que son los más lentos.

Reacciones Redox

Las reacciones Redox son frecuentes para los elementos de la transición. Dos clases de la reacción redox se consideran: átomo-transfiera las reacciones, tales como adición oxidative/eliminación reductora, y electrón-transfiera. Una reacción redox fundamental es “uno mismo-intercambia”, que implica degenerado reacción entre un oxidante y un reductant. Por ejemplo, permanganato y su pariente reducido uno-electrón manganato electrón del intercambio uno:

[MnO4]− + [Mn*O4]2− → [MnO4]2− + [Mn*O4]−

Reacciones en los ligands

Los ligands coordinados exhiben la reactividad distinta de los ligands libres. Por ejemplo, la acidez de los ligands del amoníaco adentro [Co (NH3)6]3+ se eleva concerniente al NH3 sí mismo. Los Alkenes limitados a los cationes del metal son reactivos hacia nucleophiles mientras que los alkenes no están normalmente. La parte grande e industrial importante de catálisis bisagras en la capacidad de metales de modificar la reactividad de ligands orgánicos. Catálisis homogénea ocurre en la solución y catálisis heterogénea ocurre cuando gaseoso o disuelto los substratos obran recíprocamente con las superficies de sólidos. Tradicionalmente catálisis homogénea se considera parte de química organometallic y catálisis heterogénea se discute en el contexto de ciencia superficial, un subcampo de la química de estado sólido. Pero los principios químicos inorgánicos básicos son iguales. Los metales de la transición, casi únicamente, reaccionan con las moléculas pequeñas tales como CO, H2, O2, y C2H4. La significación industrial de estas materias de base conduce el área activa de la catálisis.

Caracterización de compuestos inorgánicos

Debido a la gama diversa de elementos y las características correspondientemente diversas de los derivados que resultan, la química inorgánica se asocia de cerca a muchos métodos de análisis. Más viejos métodos tendieron para examinar características a granel tales como la conductividad eléctrica de soluciones, puntos de fusión, solubilidad, y acidez. Con el advenimiento de teoría del quántum y la extensión correspondiente del aparato electrónico, las herramientas nuevas se ha introducido para sondar las características electrónicas de moléculas y de sólidos inorgánicos. Estas medidas proporcionan a menudo las penetraciones relevantes a los modelos teóricos. Por ejemplo, medidas en espectro del fotoelectrón de metano demostrado que describiendo la vinculación por el dos-centro, los enlaces del dos-electrón predijeron entre el carbón y usar del hidrógeno Teoría en enlace de la valencia no es apropiado para describir procesos de la ionización en una manera simple. Tales penetraciones condujeron a la popularización de teoría orbital molecular como delocalised completamente orbitarios son una descripción simple más apropiada del retiro del electrón y de la excitación del electrón.

Las técnicas comúnmente encontradas son:

Química inorgánica sintética

Aunque una cierta especie inorgánica se puede obtener en forma pura de la naturaleza, la mayoría se sintetizan en plantas químicas y en el laboratorio.

Los métodos sintéticos inorgánicos se pueden clasificar áspero acordando la volatilidad o la solubilidad de los reactivo componentes.[9] Los compuestos inorgánicos solubles están preparados usando métodos de síntesis orgánica. Para los compuestos metal-que contienen que son reactivos hacia el aire, Línea de Schlenk y caja de guante se siguen las técnicas. Los compuestos y los gases volátiles se manipulan en “la tubería de cristal que consiste en de los múltiples de vacío” interconectada a través de las válvulas, la totalidad de las cuales se puede evacuar a 0.001 milímetros hectogramo o menos. Los compuestos son el usar condensado nitrógeno líquido (punto de ebullición. 78K) u otro cryogens. Los sólidos están preparados típicamente usando los hornos de tubo, los reactivo y los productos que son sellados en los envases, hechos a menudo de la silicona fundida (SiO amorfo2) pero a veces materiales especializados tales como tubos o pinta soldados con autógena “barcos” de TA. Los productos y los reactivo se transportan entre las zonas de la temperatura para conducir reacciones.

Referencias

En Wikiversity usted puede aprender más y enseñar otros alrededor Química inorgánica en:
  1. ^ “Hechos y figuras producto químico de la industria química” y noticias de la ingeniería, 10 de julio de 2006.
  2. ^ Lehn, J. M., química de Supramolecular: Conceptos y perspectivas, VCH: Weinhiem, 1995
  3. ^ Bosque verde, N. N.; Y Earnshaw, A. (1997). Química de los elementos (2do Edn.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
  4. ^ C. Elschenbroich, A. Organometallics de Salzer”: Una introducción sucinta” (2do Ed) (1992); Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 3-527-28165-7
  5. ^ S. J. Lippard, J. M. Libros de la ciencia de la universidad de la química de Berg “principios Bioinorganic”: Valle del molino, CA; 1994. ISBN 0-935702-73-3.
  6. ^ Pozos, A.F. (1984). Química inorgánica estructural, Oxford: Presión de Clarendon.
  7. ^ Algodón, F. A., usos químicos de la teoría del grupo, Juan Wiley y hijos: Nueva York, 1990
  8. ^ R. G. Wilkins “cinética y mecanismo de reacciones de los complejos” Wiley-VCH Verlag del metal de la transición; 2do, 1991) ISBN 3-527-28389-7
  9. ^ Girolami, G. S.; Rauchfuss, T. B. y Angelici, R. J., síntesis y técnica en la química inorgánica, libros de la ciencia de la universidad: Valle del molino, CA, 1999

Vea también

Acoplamientos

Acoplamientos a los diarios inorgánicos en línea de la química[1]

v • d • e
Química
Lista de biomoléculas • Lista de compuestos inorgánicos • Lista de compuestos orgánicos • Tabla periódica

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