Chimie anorganică

Chimia modernă, care datează mai mult sau mai puțin de la acceptarea legii conservării masei la sfârșitul secolului al XVIII-lea, s-a concentrat inițial asupra acelor substanțe care nu erau asociate cu organismele vii. Studiul acestor substanțe, care în mod normal au puțin sau deloc carbon, constituie disciplina chimiei anorganice. Primele lucrări au încercat să identifice substanțele simple – și anume, elementele – care sunt constituenții tuturor substanțelor mai complexe. Unele elemente, cum ar fi aurul și carbonul, au fost cunoscute încă din antichitate, iar multe altele au fost descoperite și studiate pe parcursul secolului al XIX-lea și la începutul secolului al XX-lea. În prezent, sunt cunoscute mai mult de 100 de elemente. Studiul unor compuși anorganici atât de simpli precum clorura de sodiu (sarea comună) a condus la unele dintre conceptele fundamentale ale chimiei moderne, legea proporțiilor definite fiind un exemplu notabil. Această lege afirmă că, pentru majoritatea substanțelor chimice pure, elementele constitutive sunt întotdeauna prezente în proporții fixe în funcție de masă (de exemplu, fiecare 100 de grame de sare conține 39,3 grame de sodiu și 60,7 grame de clor). Forma cristalină a sării, cunoscută sub numele de halit, este formată din atomi de sodiu și clor amestecați, câte un atom de sodiu pentru fiecare atom de clor. Un astfel de compus, format doar prin combinarea a două elemente, este cunoscut sub numele de compus binar. Compușii binari sunt foarte comuni în chimia anorganică și prezintă o varietate structurală redusă. Din acest motiv, numărul de compuși anorganici este limitat, în ciuda numărului mare de elemente care pot reacționa între ele. Dacă trei sau mai multe elemente sunt combinate într-o substanță, posibilitățile structurale devin mai mari.

După o perioadă de acalmie în prima parte a secolului XX, chimia anorganică a devenit din nou un domeniu de cercetare interesant. Compușii de bor și hidrogen, cunoscuți sub numele de borani, au caracteristici structurale unice care au forțat o schimbare în gândirea asupra arhitecturii moleculelor anorganice. Unele substanțe anorganice au caracteristici structurale despre care s-a crezut mult timp că apar doar în compușii de carbon, iar câțiva polimeri anorganici au fost chiar produși. Ceramica este un material compus din elemente anorganice combinate cu oxigen. Timp de secole, obiectele ceramice au fost fabricate prin încălzirea puternică a unui vas format dintr-o pastă de minerale pulverizate. Deși ceramica este destul de dură și stabilă la temperaturi foarte ridicate, ea este de obicei fragilă. În prezent, se fabrică ceramică nouă, suficient de rezistentă pentru a fi utilizată ca palete de turbină în motoarele cu reacție. Există speranța că, într-o bună zi, ceramica va înlocui oțelul în componentele motoarelor cu combustie internă. În 1987, s-a constatat că o ceramică ce conține ytriu, bariu, cupru și oxigen, cu formula aproximativă YBa2Cu3O7, este un supraconductor la o temperatură de aproximativ 100 K. Un supraconductor nu opune rezistență la trecerea unui curent electric, iar acest nou tip de ceramică ar putea fi utilizat pe scară largă în aplicații electrice și magnetice. O ceramică supraconductoare este atât de simplu de realizat încât poate fi preparată într-un laborator de liceu. Descoperirea sa ilustrează imprevizibilitatea chimiei, deoarece descoperirile fundamentale pot fi încă făcute cu echipamente simple și materiale ieftine.

Multe dintre cele mai interesante evoluții din chimia anorganică fac legătura cu alte discipline. Chimia organometalică investighează compușii care conțin elemente anorganice combinate cu unități bogate în carbon. Mulți compuși organometalici joacă un rol important în chimia industrială în calitate de catalizatori, care sunt substanțe capabile să accelereze viteza unei reacții chiar și atunci când sunt prezenți doar în cantități foarte mici. S-au obținut unele succese în utilizarea unor astfel de catalizatori pentru transformarea gazului natural în substanțe chimice înrudite, dar mai utile. De asemenea, chimiștii au creat molecule anorganice mari care conțin un nucleu de atomi de metal, cum ar fi platina, înconjurat de un înveliș de diferite unități chimice. Unii dintre acești compuși, denumiți clustere metalice, au caracteristicile metalelor, în timp ce alții reacționează în moduri similare cu sistemele biologice. Cantitățile de urme de metale din sistemele biologice sunt esențiale pentru procese precum respirația, funcționarea nervilor și metabolismul celular. Procesele de acest tip constituie obiectul de studiu al chimiei bioinorganice. Deși s-a crezut cândva că moleculele organice reprezintă trăsătura chimică distinctivă a ființelor vii, acum se știe că și chimia anorganică joacă un rol vital.

.