Неорганічна хімія

Визначення і загальна характеристика

НЕОРГАНІ́ЧНА ХІ́МІЯ — роз­діл хімії, що ви­вчає хімічні елементи, їх прості й складні сполуки, за винятком органічних і елементоорганічних, методи їх отрима­н­ня та досліджень, фізичні та хімічні властивості, молекулярно-атомні пере­творе­н­ня речовин. Під час цих пере­творень молекули одних речовин руйнуються, а на їхньому місці утворюються молекули ін. речовин з новими властивостями і функціями, що на­ближує на кінц. етапі створе­н­ня необхід. продуктів реакції — речовин, матеріалів або процесів для жит­тєдіяльності людства й збереже­н­ня взагалі життя на Землі. Здобутки Н. х. знаходять практ. викори­ста­н­ня у багатьох галузях, зокрема хімічній промисловості, металургійній промисловості. Ще у 18 ст. М. Ломоносов за­пропонував поділ речовин на орган. й неорган., тому від 1752 саме його вважають основоположником Н. х. у Росії та ін. країнах. Донедавна у світі нараховували бл. 400 тис. неорган. речовин, і ця кількість увесь час збільшується. Серед гол. зав­дань Н. х. — роз­шире­н­ня теор. дослідж., що сприяють роз­роблен­ню нових та удосконален­ню наявних технол. процесів, наук. об­ґрунтуван­ню способів створе­н­ня нових синтет. матеріалів з потріб. для сучас. техніки часто наперед за­даними властивостями. Теор. фундаментом Н. х. уважають закони й теорії, сформульов. ще за часів її заснува­н­ня. Найбільш важливі — закон збереже­н­ня маси речовини (маса речовин, що вступили в реакцію, дорівнює масі речовин, отриманих внаслідок реакції), закон сталості складу (кожна чиста речовина, незалежно від способу її добува­н­ня, завжди має сталий якіс. та кількіс. склад), закон еквівалентів (речовини взаємодіють між собою в кількостях, пропорц. їх еквівалентам), закон крат. від­ношень (якщо два елементи утворюють кілька сполук, то масові кількості одного елемента, що сполучаються з тою ж кількістю ін., від­носяться між собою як невеликі цілі числа). Період. закон хім. елементів — фундам. закон природи, що ви­значає властивості хім. елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук, що пере­бувають у період. залежності від значень зарядів ядер атомів. 1869 Д. Менделєєв при зі­ставлен­ні властивостей ві­домих на той час хім. елементів та величин їхніх атом. мас сформулював період. закон таким чином, що властивості хім. елементів, прос­тих речовин, а також склад і властивості сполук елементів, пере­бувають у період. залежності від значень атом. мас. Виявлена ним періодичність — система, що дала ро­зумі­н­ня закономірності та до­зволила ви­значити місце в ній неві­домих на той час елементів, не лише перед­бачивши, а й схарактеризувавши їх. Проте саме формулюва­н­ня період. закону з від­кри­т­тями нових елементів, їх будови та властивостей змінилося, уточнилося й ві­ді­йшло від за­пропонованого Д. Менделєєвим. 1911 нідерланд. фізик А. Ван ден Брук висловив припуще­н­ня, що атом. номер елемента збігається з величиною позитив. заряду ядра атома, що й стала основою класифікації хім. елементів. Отже, від­повід­но до період. закону, хім. властивості елементів є функцією зарядів ядер їх атомів. Один елемент може утворювати кілька простих речовин (молекули їх складаються з атомів одного й того ж хім. елемента). До таких, напр., належать водень, азот, хлор та ін., бо молекули водню H₂ складаються лише з атомів водню (гідрогену), молекули азоту N₂ — з атомів азоту (нітрогену), молекули хлору Cl₂ — з атомів хлору. Простих речовин нині ві­домо понад 400. Молекули складної речовини складаються з атомів двох або більше хім. елементів, що сполучені між собою тим чи ін. типом хім. звʼязку. За­звичай це молекула, що може ви­значатися певною хім. формулою. У Н. х. склад. речовин не­зрівнян­но більше, ніж простих. Усього до серед. 1970-х рр. було ви­вчено бл. 100 тис. неорган. склад. речовин або зʼ­єд­нань. Складні неорган. речовини (сполуки або зʼ­єд­на­н­ня) за складом (кількістю елементів, що входять до їхнього складу) поділяють на бінарні, тернарні, більш складні квартерні тощо, а за будовою і властивостями — на оксиди, карбіди, бориди, нітриди, силіциди, гідриди, гідрани, гідрини, гідроксиди, кисневмісні кислоти та їх солі, ізо- і гетерополікислоти та їх солі, галогено- й тіоангідриди, сполуки або зʼ­єд­на­н­ня несольового типу, ко­ординац. сполуки, неорган. полімери, між­галоїдні сполуки, металіди. Усі пере­раховані сполуки, а також хім. звʼяз­ки, електрон­на будова атомів, будова молекул, ко­ординац. хімія, хімія радіо­актив. речовин, роз­робле­н­ня та об­ґрунтува­н­ня способів створе­н­ня нових матеріалів з необхід. для сучас. техніки властивостями є предметом детал. ви­вче­н­ня фахівцями з Н. х. Для виріше­н­ня цих питань у Н. х. широко за­стосовують теор. уявле­н­ня й методи ін. або суміж. наук — фізики, кри­стало­графії, кри­сталохімії, аналітичної хімії, фізичної хімії, електрохімії, квантової хімії та ін. У сучас. дослідж. Н. х. для встановле­н­ня індивідуальності сполук та виявле­н­ня функціонал. властивостей використовують низку при­йомів і методів: синтез, елемент. хім. аналіз, фіз.-хім. аналіз (побудова діа­грам стану склад-властивості та їхня інтер­претація), методи спектро­скопії (електрон­на, інфрачервона, коливал., рентґенів., радіо­­спектро­скопія), рентґено­графія, нейтроно­графія, електрон. парамагніт. і ядер. магніт. резонанси та багато ін. Видат. від­кри­т­тями у галузі Н. х. в минулому століт­ті були: синтез і ви­вче­н­ня зʼ­єд­нань інерт. елементів, комплексів пере­хід. металів з молекуляр. азотом, брому в ступ. окисне­н­ня 7, нептунію, плутонію та ін. елементів. На базі теор. основ Н. х. роз­роблено й створ. без­ліч технологій виробництва неорган. речовин (кислот, лугів, солей, мінеральних добрив, напів­провід­ник. сполук, сенсорів і лазерних матеріалів), кольорових металів, рідкісних металів, отрима­н­ня нових видів палива, матеріалів мед. при­значе­н­ня, буд. матеріалів тощо. До першочергових про­блем роз­витку нової техніки, в яких Н. х. ві­ді­грає важливу роль, належать пита­н­ня одержа­н­ня надтвердих і жароміц. сплавів (див. Надтверді матеріали, Жароміцність та жароміцні металеві матеріали, Жаро­стійкість та жаро­стійкі металеві матеріали), одержа­н­ня рідкісних металів і надчистих металів (див. Чисті метали) для потреб ядер. енергетики, напів­провід­ник. і над­провід. промисловості, цифр. при­строїв, виготовле­н­ня феромагнетиків, сегнето­електриків, різноманіт. елементів для сучас. систем звʼязку, роз­робле­н­ня різноманіт. функціонал. матеріалів, що використовують у різних галузях техніки, медицини, нар. господарства тощо. Роз­виток Н. х. по­вʼязаний з іменами таких вчених, як А. Лавуазьє, Ш. Жерар, Ж. Пруст (усі — Франція), Р. Бойль, Дж. Дальтон (обидва — Велика Британія), Є. Берцеліус (Швеція), С. Кан­ніц­царо (Італія). Знач. внесок у роз­виток Н. х. зробили рос. науковці Т. Ловіц, В. Любарський, М. Курнаков, Л. Чугаєв, І. Черняєв, В. Вернадський, В. Хлопін, М. Жаворонков, В. Спіцин, І. Тананаєв. В Україні Н. х. як фундам. наука почала роз­виватися від­носно недавно, від поч. 19 ст., особливо зі збільше­н­ням кількості навч. закладів і наук. центрів. Курси лекцій для студентів, а також окремі дослідж. у галузі Н. х. теор. і приклад. характеру проводили здебільшого у ВНЗах — політех. ін­ститутах і університетах Києва (І. Фонберг, М. Каяндер, С. Реформатський, О. Сперанський, Я. Михайленко, П. Алексєєв, М. Бунге, В. Кістяківський, В. Плотніков, А. Думансь­кий), Харкова (В. Каразін, Ф. Гізе, О. Ходнєв, М. Бекетов, М. Ізмайлов, В. Пал­ладін), Львова (Ю. Грабовський, Л. Пебаль, Е. Лін­неман, С. Тол­лочко), Одеси (Д. Менделєєв, П. Мелікішвілі, Л. Писаржевський), Дні­пра (В. Ройтер, Б. Дайн), Сімферополя (В. Вернадський, О. Байков, П. Данильченко). Подальший роз­виток Н. х. в Україні повʼязаний із заснува­н­ням Хім. лаб. ВУАН (1918, кер. В. Вернадський), в якій працювали вчені В. Кистяківський, В. Плотніков, М. Усанович, М. Рабинович та ін., що сприяло становлен­ню низки пров. академ. ін­ститутів. У закладах вищої освіти та ін­ститутах АНУ в 19 та 1-й пол. 20 ст. працювали ві­домі хіміки-неорганіки: О. Ходнєв, М. Бекетов (алюмо-, натрій-, магнієтермія); імена П. Мелікішві­лі та Л. Писаржевського повʼяза­ні з дослідж. пероксид. сполук, А. Бродського — з хімією ізотопів, Є. Бурксера — з ви­вче­н­ням радіо­актив. мінералів, П. Хрущова — з термохім. реакціями. Найбільших успіхів було досягнуто в дослідж. хімії ко­ординац. сполук К. Яцимирського, А. Бабка, А. Пилипенка, В. Скопенка, Л. Бударіна, Л. Волштейна, В. Дулової (хімія комплекс. сполук та ко­ординац. зʼ­єд­нань). Широко ві­домі роботи В. Ізбекова, І. Шеки, А. Голуба, Ю. Делімарського (хімія і технологія рідкіс. елементів), Г. Самсонова, П. Будникова, Б. Лисіна, Ф. Овчаренка, О. Байкова, А. Бережного, Г. Семченко та ін. (хімія тугоплавких металів, силікатів, композиц. матеріалів), В. Тшебятовського, Є. Гладишевського (метал­лохімія та інтерметалічні сполуки). Осн. про­блеми Н. х., що ви­вчали в Україні у 2-й пол. 20 ст., стосувалися заг. закономірностей хім. науки й роз­витку ідей період. закону Д. Менделєєва (Ю. Делімарський, Г. Майтак); синтезу й будови неорган. сполук (О. Бродський, Ю. Назаренко, Г. Самсонов, В. Чалий); хімії комплекс. сполук і роз­чинів (А. Бабко, М. Комар, Б. Набиванець, Н. Давиденко, Н. Ко­строміна, Ф. Шевченко, К. Михалевич); високотемператур. ко­ординац. хімії (С. Волков), хімії сорбентів та сорбц. процесів (В. Стрєлко, М. Картель, В. Бєляков), хімії та технології кольор., рідкіс. та ін. металів (І. Вінаров, А. Перфільєв, М. Фортунатов, І. Шека, Л. Козін, М. Полуектов, В. Назаренко, Я. Горощенко); фіз.-хім. аналізу сольових і металіч. систем (Б. Марков, Є. Черкашин), хім. пере­робле­н­ня мін. сировини (В. Атрощенко, Ф. Овчаренко, А. Бережной, С. Волков, З. Фокіна), очище­н­ня питних і стіч. вод (Л. Кульський). 1981 академік НАНУ С. Волков опублікував в «Украинском химическом журнале» (т. 47, № 11) ст. «Современ­ные аспекты и тенденции развития неорганической химии», у якій роз­глянув шляхи й про­гнози роз­витку як теор., так і екс­перим. та приклад. Н. х., сформулював заг. тенденцію роз­витку цієї науки. На його думку, сучасна Н. х. стала пере­важно фізико-неорган. за своєю ідеологією, методами дослідж. (як теор., так і екс­перим.), технол. направленістю. На допомогу хім. методам аналізу й дослідж. неорган. сполук спочатку при­йшли фіз.-хім., а згодом й фіз. концепції та при­йоми. Поряд із традиц. хім. процесами осадже­н­ня, роз­чине­н­ня, сорбції та ін., все активніше роз­виваються плазмохімія, лазерохімія, молекулярна епітаксія тощо. Сучасні фіз. методи дослідж. речовин, що й спричинили появу фізико-неорганічну хімію, до­зволили не лише побачити мікросвіт нанопо­глядом, але й почати з їхньою допомогою конструювати цей наносвіт і закласти основи сучас. нанохімії. У 21 ст. осн. напрями та тенденції Н. х. такі: гетероген­но-гетерофазна ко­ординац. хімія неорган. сполук, біо­неорганічна хімія, хімія твердого тіла, нанохімія та неорган. матеріало­знавство (див. Неорганічні матеріали), синтез неорганічних сполук, речовин з наперед за­даними певними властивостями, всебічне ви­вче­н­ня хімії кольор., важких і благород. металів, упровадже­н­ня нових роз­робок і технологій у сучасну техніку, електроніку і засоби комунікації, медицину тощо. Дослідж. за осн. напрямами Н. х. успішно проводять у Загальної та неорганічної хімії Ін­ституті ім. В. Вернадського НАНУ й ін. НДІ та закладах вищої освіти України. За роки багаторіч. діяльності Ін­ституту досягнуті сут­тєві успіхи в роз­витку фундам. і приклад. дослідж. в хімії, зокрема, в Н. х. В. Вернадський своїми дослідж. про роль живих організмів у кругообігу речовин планети та косміч. пилу екс­периментально під­твердив наявність нікелю та кремнію в живих організмах, заклавши цим основи біо­геохімії, уявлень про біо­сферу, а згодом і про ноо­сферу. Ще в 1930-і рр. М. Мозговий і М. Фортунатов за­пропонували метод кисневого дуття для виплавки чавуну й сталі, що отримав між­нар. ви­зна­н­ня. У 1940-х рр. завдяки роботам групи науковців під керівництвом Я. Фіалкова було отримано перший у СРСР кіло­грам металевого індію, що згодом сприяло роз­витку та створен­ню нових методів і технологій вилуче­н­ня благород., рідкіс. кольор., роз­сіяних і рідкісноземел. елементів, зокрема з вітчизн. сировини. Широкого роз­витку набули дослідж. С. Волкова, В. Присяжного, Б. Маркова, Т. Мирної, що охоплюють хімію простих і ко­ординац. сполук у високотемператур. іон­них, молекуляр., газових середовищах і плазм. умовах, що при­звело до створе­н­ня нових наук. напрямів — високотемператур. ко­ординац. хімії та хімії іон­них рідкокри­сталіч. систем. Інтенсивно роз­виваються синтез і дослідж. будови та властивостей ді­електр., напів­провід­ник., каталіт., оптич., феромагніт. високочистих оксид. матеріалів, над­провід. кераміки, неорган. сорбентів (В. Чалий, А. Білоус, В. Пархоменко, В. Огенко, В. Бєляков). На базі Ін­ституту від 1948 видають «Український хімічний журнал», що висвітлює досягне­н­ня вчених-хіміків практично в усіх галузях сучас. хімії. 1956 створ. Наук. раду НАНУ з про­блеми «Неорган. хімія», що здійснює ко­ординацію н.-д. робіт у галузі Н. х., які виконують у колективах хім. ін­ститутів НАНУ, на хім. каф. вузів, роз­таш. на території України. До складу ради входять пров. вчені Києва, Харкова, Львова, Одеси, Дні­пра, Полтави, Луцька, Чернівців, Він­ниці; пред­ставники вищої школи — д-ри хім. н. Київ., Харків., Львів., Одес., Чернів., Сх.-європ. університетів, Нац. тех. університетів України «Київ. політех. ін­ститут» та «Харків. політех. ін­ститут», Києво-Могилян. академії та ін. вузів країни. Нині плідно працюють над сучас. напрямами Н. х. не лише в Ін­ституті заг. та неорган. хімії (учні й послідовники на­званих вище учених — О. Трунова, Ю. Дзязько, В. Черній, С. Орисик), а й в Ін­ституті фіз. хімії НАНУ (Київ; В. Павліщук, П. Стрижак, П. Манорик, Я. Лампека, С. Колотилов), Фіз.-хім. ін­ституті НАНУ (Одеса; Г. Камалов, Н. Єфрюшина, В. Доценко, В. Антонович, В. Зінченко), Київ. (М. Слободяник, В. Кокозей, С. Неділько, І. Фрицький, В. Амірханов), Львів. (Р. Гладишевський, М. Миськів), Харків. (О. Калугін, І. Вʼюн­ник), Одес. (І. Сейфул­ліна, Т. Ракитська, О. Марцинко), Ужгород. (Є. Переш, І. Барчій) університетах, Укр. хім.-технол. університеті (Дні­про; О. Штеменко, І. Коваленко, О. Голіченко), Нац. університеті біо­ресурсів і природокористува­н­ня України (Київ; Н. Антрапцева) та ін. закладах вищої освіти та ін­ститутах НАНУ.

Літ.: Менделєєв Д. І. Основи хімії. Т. 1–2. Москва; Ленин­град, 1947; Його ж. Периодический закон. Основные статьи. Москва, 1958; Голуб А. М. Систематика і термінологія в неорганічній хімії. К., 1959; Делимарский Ю. К., Шека И. А. Современ­ное со­стояние и задачи неорганической химии на Украине // УХЖ. 1962. Т. 28, № 1; Голуб А. М. Загальна та неорганічна хімія: Під­руч: У 2 т. К., 1969; 1971; Кот­тон Ф., Уилкинсон Дж. Современ­ная неорганическая химия: В 3 т. / Пер. с англ. Москва, 1969; Делимарский Ю. К. Неорганическая химия. К., 1973; Шека И. А. Неорганическая химия за 60 лет советской власти на Украине // УХЖ. 1977. Т. 43, № 11; Развитие неорганической химии на Украине. К., 1987; Волков С. В. О некоторых тенденциях развития ряда направлений общей и неорганической химии // УХЖ. 2004. Т. 70, № 3; Ін­ститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України. К., 2008.

Л. Б. Коваль

Завантажити статтю