เคมีอนินทรีย์เบื้องต้น
เคมีอนินทรีย์เป็นการศึกษาคุณสมบัติและปฏิกิริยาของสารประกอบอนินทรีย์ ซึ่งรวมถึงโลหะ แร่ธาตุ และสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิก สารประกอบอนินทรีย์ต่างจากสารประกอบอินทรีย์ตรงที่ไม่มีพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจน (CH) สาขาวิชาเคมีนี้มีบทบาทสำคัญในสาขาต่างๆ รวมถึงวัสดุศาสตร์ การเร่งปฏิกิริยา และการแพทย์
การจำแนกประเภทของสารประกอบอนินทรีย์
โดยทั่วไปสารประกอบอนินทรีย์จะถูกจำแนกตามองค์ประกอบหรือประเภทของพันธะที่มีอยู่ ชั้นเรียนหลักบางชั้นเรียน ได้แก่:
- กรด : สารที่ปล่อยไฮโดรเจนไอออน ( \(H^+\) ) ในน้ำ ตัวอย่างเช่น กรดไฮโดรคลอริก ( \(HCl\) ) แยกตัวออกจากน้ำเพื่อให้ไอออน \(H^+\) และ \(Cl^-\)
- เบส : สารประกอบที่ปล่อยไฮดรอกไซด์ไอออน ( \(OH^-\) ) ในน้ำ โซเดียมไฮดรอกไซด์ ( \(NaOH\) ) เป็นตัวอย่าง โดยการแยกตัวออกเพื่อให้ไอออน \(Na^+\) และ \(OH^-\) ในน้ำ
- เกลือ : ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบส ตัวอย่างเช่น โซเดียมคลอไรด์ ( \(NaCl\) ) ซึ่งเป็นเกลือแกงทั่วไป
- ออกไซด์ : สารประกอบที่มีออกซิเจนและธาตุอื่น คาร์บอนไดออกไซด์ ( \(CO_2\) ) และน้ำ ( \(H_2O\) ) เป็นตัวอย่างที่พบบ่อย
- โลหะและโลหะผสม : โลหะบริสุทธิ์ เช่น เหล็ก ( \(Fe\) ) และสารประกอบที่มีองค์ประกอบโลหะ เช่น เหล็ก โลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน ( \(C\) )
พันธะเคมีในสารประกอบอนินทรีย์
คุณสมบัติของสารประกอบอนินทรีย์ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยประเภทของพันธะเคมีที่ประกอบด้วย:
- พันธะไอออนิก : เกิดขึ้นระหว่างโลหะและอโลหะโดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากโลหะไปยังอโลหะ โซเดียมคลอไรด์ ( \(NaCl\) ) เป็นตัวอย่าง
- พันธะโควาเลนต์ : พันธะที่เกิดจากการแบ่งปันอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ น้ำ ( \(H_2O\) ) เป็นตัวอย่างคลาสสิกที่ออกซิเจนใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมของไฮโดรเจน
- พันธะโลหะ : เกิดขึ้นในโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสม โดยที่อิเล็กตรอนถูกแยกตำแหน่งออกจากอะตอมหลายอะตอม ทำให้พวกมันนำไฟฟ้าและความร้อนได้
ตารางธาตุและองค์ประกอบ
ตารางธาตุเป็นเครื่องมือพื้นฐานในเคมีอนินทรีย์ การจัดองค์ประกอบตามเลขอะตอมและคุณสมบัติทางเคมี:
- กลุ่ม : คอลัมน์ในตารางธาตุหรือที่เรียกว่าตระกูล ประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบกลุ่ม 1 เรียกว่าโลหะอัลคาไล และมีปฏิกิริยาสูงในน้ำ
- ระยะเวลา : แถวในตารางธาตุเรียกว่าระยะเวลา ธาตุในช่วงเวลาเดียวกันจะมีจำนวนออร์บิทัลของอะตอมเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ธาตุทั้งหมดในช่วงที่ 2 มีอิเล็กตรอนอยู่ในเปลือก 2 ชั้น
- โลหะทรานซิชัน : พบได้ตรงกลางตารางธาตุในกลุ่ม 3 ถึง 12 ขึ้นชื่อในเรื่องความสามารถในการสร้างไอออนต่างๆ ได้หลากหลาย (เช่น \(Fe^{2+}\) , \(Fe^{3+}\) ) และสารประกอบที่มีสี
- แลนทาไนด์และแอกติไนด์ : ธาตุเหล่านี้พบได้ในสองแถวใต้ส่วนหลักของตารางธาตุ และแสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กและสื่อกระแสไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์
ปฏิกิริยาอนินทรีย์ที่สำคัญ
เคมีอนินทรีย์เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาหลายประเภทที่สำคัญ ได้แก่:
- ปฏิกิริยารีดอกซ์ : สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารสองชนิด ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจนเพื่อสร้างน้ำเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากไฮโดรเจนไปเป็นออกซิเจน
- ปฏิกิริยากรด-เบส : ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสเพื่อผลิตน้ำและเกลือ ตัวอย่างคือการทำให้กรดไฮโดรคลอริกเป็นกลางด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อสร้างโซเดียมคลอไรด์และน้ำ
- ปฏิกิริยาการตกตะกอน : เกิดขึ้นเมื่อสารละลายในน้ำสองชนิดผสมกันและมีของแข็งที่ไม่ละลายน้ำซึ่งเรียกว่าตะกอนเกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น การผสมซิลเวอร์ไนเตรตกับโซเดียมคลอไรด์ในน้ำจะทำให้เกิดการตกตะกอนของซิลเวอร์คลอไรด์
- ปฏิกิริยาเชิงซ้อน : เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของไอออนเชิงซ้อนจากไอออนและโมเลกุลเชิงเดี่ยว ตัวอย่างทั่วไปคือการก่อตัวของไอออนเฮกซะควอคอปเปอร์(II) เมื่อคอปเปอร์ซัลเฟตละลายในน้ำ
การประยุกต์เคมีอนินทรีย์
เคมีอนินทรีย์มีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม การวิจัย และชีวิตประจำวัน บางส่วนได้แก่:
- วิทยาศาสตร์วัสดุ : สารประกอบอนินทรีย์ใช้ในการผลิตวัสดุ เช่น เซรามิก แก้ว และเซมิคอนดักเตอร์
- การเร่งปฏิกิริยา : ปฏิกิริยาหลายอย่างในอุตสาหกรรมเคมีได้รับการอำนวยความสะดวกโดยตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์ เช่น การใช้แพลตตินัมในการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาของก๊าซไอเสียรถยนต์
- ยา : สารประกอบอนินทรีย์ถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพวินิจฉัยและเป็นยา เช่น ซิสพลาติน ซึ่งเป็นยาเคมีบำบัด
- เคมีสิ่งแวดล้อม : สารเคมีอนินทรีย์ถูกใช้ในกระบวนการบำบัดน้ำและในการฟื้นฟูพื้นที่ที่ปนเปื้อน
บทสรุป
เคมีอนินทรีย์เป็นสาขาที่กว้างและมีพลวัตซึ่งครอบคลุมการศึกษาองค์ประกอบ สารประกอบ และปฏิกิริยาที่ไม่มีพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจน ด้วยการใช้งานที่หลากหลายและบทบาทพื้นฐานในการทำความเข้าใจธรรมชาติของสสาร เคมีอนินทรีย์จึงเป็นสาขาวิชาที่สำคัญของการศึกษาในสาขาวิทยาศาสตร์เคมี
