Analitikai kémia

Szervetlen kémia

A modern kémia, amely többé-kevésbé a tömegmegmaradási törvény 18. század végi elfogadásától kezdődik, kezdetben azokra az anyagokra összpontosított, amelyek nem kapcsolódtak élő szervezetekhez. Az ilyen anyagok tanulmányozása, amelyek általában kevés vagy egyáltalán nem tartalmaznak szenet, alkotja a szervetlen kémia tudományágát. A korai munkák az egyszerű anyagok – nevezetesen az elemek – azonosítására törekedtek, amelyek minden összetettebb anyag alkotóelemei. Egyes elemek, mint például az arany és a szén, már az ókor óta ismertek, sok más elemet pedig a 19. században és a 20. század elején fedeztek fel és tanulmányoztak. Ma már több mint 100 elemet ismerünk. Az olyan egyszerű szervetlen vegyületek, mint a nátrium-klorid (konyhasó) tanulmányozása vezetett a modern kémia néhány alapvető fogalmához, amelyek közül kiemelkedik a határozott arányok törvénye. Ez a törvény kimondja, hogy a legtöbb tiszta kémiai anyag esetében az alkotóelemek mindig meghatározott tömegarányban vannak jelen (pl. minden 100 gramm só 39,3 gramm nátriumot és 60,7 gramm klórt tartalmaz). A só kristályos formája, a halit, nátrium- és klóratomok keveredéséből áll, minden egyes klóratomra egy nátriumatom jut. Az ilyen vegyületet, amely kizárólag két elem kombinációjával jön létre, bináris vegyületnek nevezzük. A bináris vegyületek nagyon gyakoriak a szervetlen kémiában, és kevés szerkezeti változatosságot mutatnak. Emiatt a szervetlen vegyületek száma korlátozott az egymással reagálni képes elemek nagy száma ellenére. Ha három vagy több elemet egyesítenek egy anyagban, a szerkezeti lehetőségek nagyobbak lesznek.

A 20. század eleji nyugalmi időszak után a szervetlen kémia ismét izgalmas kutatási területté vált. A bór és hidrogén vegyületei, az úgynevezett boránok egyedi szerkezeti tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek a szervetlen molekulák felépítéséről való gondolkodásban változást kényszerítettek ki. Egyes szervetlen anyagok olyan szerkezeti tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyekről sokáig azt hitték, hogy csak a szénvegyületekben fordulnak elő, és még néhány szervetlen polimert is előállítottak. A kerámiák oxigénnel kombinált szervetlen elemekből álló anyagok. A kerámiatárgyakat évszázadok óta porított ásványi anyagok pasztájából készült edény erős hevítésével állítják elő. Bár a kerámiák igen kemények és nagyon magas hőmérsékleten is stabilak, általában törékenyek. Jelenleg olyan új kerámiákat gyártanak, amelyek elég erősek ahhoz, hogy a sugárhajtóművek turbinalapátjaiként használják őket. Van remény arra, hogy a kerámia egy nap felváltja majd az acélt a belsőégésű motorok alkatrészeiben. 1987-ben egy ittriumot, báriumot, rezet és oxigént tartalmazó kerámiáról, amelynek közelítő képlete YBa2Cu3O7, megállapították, hogy körülbelül 100 K hőmérsékleten szupravezető. A szupravezető nem nyújt ellenállást az elektromos áram áthaladásával szemben, és ez az új típusú kerámia nagyon is széles körben felhasználható elektromos és mágneses alkalmazásokban. A szupravezető kerámia előállítása olyan egyszerű, hogy akár egy középiskolai laboratóriumban is előállítható. Felfedezése jól szemlélteti a kémia kiszámíthatatlanságát, hiszen alapvető felfedezéseket még mindig lehet tenni egyszerű berendezésekkel és olcsó anyagokkal.

A szervetlen kémia legérdekesebb fejlesztései közül sokan áthidalják a szakadékot más tudományágakkal. A fémorganikus kémia olyan vegyületeket vizsgál, amelyek szénben gazdag egységekkel kombinált szervetlen elemeket tartalmaznak. Számos fémorganikus vegyület fontos szerepet játszik az ipari kémiában katalizátorként, azaz olyan anyagként, amely képes felgyorsítani egy reakció sebességét még akkor is, ha csak nagyon kis mennyiségben van jelen. Bizonyos sikereket értek el az ilyen katalizátorok felhasználásával a földgáz rokon, de hasznosabb kémiai anyagokká történő átalakításában. A kémikusok olyan nagyméretű szervetlen molekulákat is létrehoztak, amelyek fématomokból, például platinából álló magot tartalmaznak, amelyet különböző kémiai egységekből álló héj vesz körül. E vegyületek némelyike, amelyeket fémklasztereknek neveznek, a fémekre jellemző tulajdonságokkal rendelkezik, míg mások a biológiai rendszerekhez hasonló módon reagálnak. A biológiai rendszerekben lévő fémek nyomnyi mennyiségei nélkülözhetetlenek az olyan folyamatokhoz, mint a légzés, az idegek működése és a sejtek anyagcseréje. Az ilyen jellegű folyamatok képezik a bioorganikus kémia tanulmányozásának tárgyát. Bár egykor úgy gondolták, hogy az élőlények megkülönböztető kémiai jellemzői a szerves molekulák, ma már tudjuk, hogy a szervetlen kémia is létfontosságú szerepet játszik.