Chimica inorganica

La chimica moderna, che risale più o meno all’accettazione della legge di conservazione della massa alla fine del XVIII secolo, si concentrò inizialmente su quelle sostanze che non erano associate agli organismi viventi. Lo studio di tali sostanze, che normalmente hanno poco o niente carbonio, costituisce la disciplina della chimica inorganica. I primi lavori hanno cercato di identificare le sostanze semplici, cioè gli elementi, che sono i costituenti di tutte le sostanze più complesse. Alcuni elementi, come l’oro e il carbonio, sono noti fin dall’antichità, e molti altri sono stati scoperti e studiati nel corso del XIX e all’inizio del XX secolo. Oggi se ne conoscono più di 100. Lo studio di semplici composti inorganici come il cloruro di sodio (sale comune) ha portato ad alcuni dei concetti fondamentali della chimica moderna, la legge delle proporzioni definite ne è un esempio notevole. Questa legge afferma che per la maggior parte delle sostanze chimiche pure gli elementi costitutivi sono sempre presenti in proporzioni fisse per massa (ad esempio, ogni 100 grammi di sale contiene 39,3 grammi di sodio e 60,7 grammi di cloro). La forma cristallina del sale, conosciuta come halite, consiste in atomi di sodio e cloro mescolati, un atomo di sodio per ogni atomo di cloro. Un tale composto, formato unicamente dalla combinazione di due elementi, è conosciuto come un composto binario. I composti binari sono molto comuni nella chimica inorganica, e mostrano poca varietà strutturale. Per questo motivo, il numero di composti inorganici è limitato nonostante il grande numero di elementi che possono reagire tra loro. Se tre o più elementi sono combinati in una sostanza, le possibilità strutturali diventano maggiori.

Dopo un periodo di quiescenza nella prima parte del 20° secolo, la chimica inorganica è diventata di nuovo un’area eccitante di ricerca. I composti di boro e idrogeno, noti come borani, hanno caratteristiche strutturali uniche che hanno costretto a cambiare il modo di pensare l’architettura delle molecole inorganiche. Alcune sostanze inorganiche hanno caratteristiche strutturali a lungo ritenute presenti solo nei composti del carbonio, e sono stati persino prodotti alcuni polimeri inorganici. La ceramica è un materiale composto da elementi inorganici combinati con l’ossigeno. Per secoli gli oggetti in ceramica sono stati fatti riscaldando fortemente un recipiente formato da una pasta di minerali in polvere. Anche se le ceramiche sono abbastanza dure e stabili a temperature molto alte, di solito sono fragili. Attualmente, si stanno producendo nuove ceramiche abbastanza forti da essere usate come pale di turbina nei motori a reazione. C’è la speranza che la ceramica possa un giorno sostituire l’acciaio nei componenti dei motori a combustione interna. Nel 1987 una ceramica contenente ittrio, bario, rame e ossigeno, con la formula approssimativa YBa2Cu3O7, è stata trovata per essere un superconduttore ad una temperatura di circa 100 K. Un superconduttore non offre alcuna resistenza al passaggio di una corrente elettrica, e questo nuovo tipo di ceramica potrebbe benissimo trovare largo uso in applicazioni elettriche e magnetiche. Una ceramica superconduttrice è così semplice da realizzare che può essere preparata in un laboratorio di scuola superiore. La sua scoperta illustra l’imprevedibilità della chimica, perché scoperte fondamentali possono ancora essere fatte con attrezzature semplici e materiali poco costosi.

Molti degli sviluppi più interessanti della chimica inorganica colmano il divario con altre discipline. La chimica organometallica studia i composti che contengono elementi inorganici combinati con unità ricche di carbonio. Molti composti organometallici giocano un ruolo importante nella chimica industriale come catalizzatori, che sono sostanze in grado di accelerare la velocità di una reazione anche quando sono presenti in quantità molto piccole. Un certo successo è stato raggiunto nell’uso di tali catalizzatori per convertire il gas naturale in sostanze chimiche correlate ma più utili. I chimici hanno anche creato grandi molecole inorganiche che contengono un nucleo di atomi di metallo, come il platino, circondato da un guscio di diverse unità chimiche. Alcuni di questi composti, chiamati cluster metallici, hanno caratteristiche dei metalli, mentre altri reagiscono in modi simili ai sistemi biologici. Tracce di metalli nei sistemi biologici sono essenziali per processi come la respirazione, la funzione nervosa e il metabolismo cellulare. Processi di questo tipo formano l’oggetto di studio della chimica bioinorganica. Anche se una volta si pensava che le molecole organiche fossero la caratteristica chimica distintiva delle creature viventi, ora si sa che anche la chimica inorganica gioca un ruolo vitale.