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. зв’язку. 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 з’єднань. Складні неорган. речовини (сполуки або з’єднання) 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 з’єднання несольового типу, координац. сполуки, неорган. полімери, міжгалоїдні сполуки, металіди. Усі перераховані сполуки, а також хім. зв’яз­ки, 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 з’єднань 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 зв’язку, розроблення різноманіт. функціонал. матеріалів, що використовують у різних галузях техніки, медицини, нар. господарства тощо. Розвиток Н. х. по­в’язаний 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 пов’язаний 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 пов’яза­ні 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. з’єднань). 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. В’юн­ник), 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.

Завантажити статтю