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Che cosa hanno in comune i sali, le batterie delle auto, i detergenti e le lattine? Risposta: sono tutti esempi di sostanze che si trovano in chimica inorganica. La chimica inorganica è una branca della chimica che studia la struttura, le proprietà e la reattività dei composti inorganici. Questo articolo è un'introduzione alla chimica inorganica. Inizieremo a definire cos'è la chimica inorganica…
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La chimica inorganica è una branca della chimica che studia la struttura, le proprietà e la reattività dei composti inorganici.
Prima di proseguire, definiamo i composti inorganici.
Potrebbe sembrare una definizione molto generica: lo è! La chimica inorganica comprende quindi tutti gli altri elementi che si trovano nel mondo.
Dai un'occhiata alla tavola periodica qui sotto. Il carbonio è evidenziato in rosa. Nella chimica inorganica, esaminiamo i composti formati da tutti gli altri elementi, dagli alogeni ai metalli di transizione e tutto il resto.
La chimica inorganica non ignora il carbonio, ma piuttosto i composti a base di carbonio. Si tratta di composti basati su legami C-C e C-H. Tali composti sono chiamati composti organici e vengono trattati in chimica organica. Sono così chiamati perché inizialmente gli scienziati credevano che si potessero trovare solo negli organismi viventi, ma ora sappiamo che non è così. Nella chimica inorganica, invece, si trovano strutture come la grafite e il diamante, entrambi fatti di solo carbonio!
Riprendendo uno degli esempi riportati all'inizio dell'articolo: le batterie delle auto diesel e a benzina sono costituite da elettrodi posti in soluzione. L'elettrodo positivo, l'anodo, è rivestito di biossido di piombo, mentre l'elettrodo negativo, il catodo, è costituito da una griglia di una lega di piombo riempita di piombo spugnoso. La soluzione in cui sono immersi e collegati i due elettrodi è solitamente acido solforico. Questa soluzione è nota come soluzione elettrolitica o elettrolita. Per quanto riguarda le automobili elettriche, esse contengono batterie con un anodo di grafite, un catodo di ossido di metalli misti e un elettrolita agli ioni di litio. La chimica inorganica studia ogni tipo di sostanza simile a quelle appena menzionate. In effetti, la chimica inorganica ha un ruolo fondamentale in molti ambiti, ad esempio, viene utilizzata per progettare e sviluppare catalizzatori, vernici, batterie, tensioattivi, detergenti, gioielli e farmaci.
Vediamo ora, alcuni concetti principali che incontrerai nella chimica inorganica.
La tavola periodica è una disposizione tabellare degli elementi chimici, organizzati in base al numero atomico e alle loro proprietà.
La tavola periodica, come la conosciamo oggi, si basa su quella creata dal chimico russo Dimitri Mendeleev. Egli utilizzò le conoscenze sulle proprietà degli elementi per organizzarli in righe e colonne, lasciando anche degli spazi vuoti per gli elementi non ancora scoperti.
La tavola periodica:
Figura 3. La tavola periodica suddivisa in quattro blocchi
commons.wikimedia.org
Gli ioni sono specie che si formano quando un atomo perde o acquista uno o più elettroni per formare una particella carica.
I cationi sono ioni positivi mentre gli anioni sono ioni negativi.
Potresti aver già incontrato specie come il Fe(II). È possibile trovare anche il Fe(III). Qual è la differenza tra le due specie?
Si tratta di specie con stati di ossidazione diversi.
Gli stati di ossidazione indicano il numero totale di elettroni che sono stati rimossi da un elemento (stato di ossidazione positivo) o aggiunti a un elemento (stato di ossidazione negativo) per raggiungere il suo stato attuale.
Gli stati di ossidazione sono molto utili nelle reazioni di ossidoriduzione o redox, che verranno analizzate successivamente. Gli stati di ossidazione si rappresentano usando numeri come apici o numeri romani. Ad esempio, il Fe(II) ha uno stato di ossidazione 2+ e può essere scritto anche come Fe2+. Ciò significa che ha perso due elettroni rispetto ad un atomo neutro di ferro.
Il termine Redox è utilizzato per descrivere le reazioni di ossidoriduzione che incontrerai in Chimica fisica. Tuttavia, sono importanti anche in chimica inorganica.
Le redox sono reazioni in cui avviene sia l'ossidazione che la riduzione. Quando una specie viene ossidata, perde elettroni, mentre quando una specie viene ridotta acquista elettroni.
Nelle reazioni redox si formano molti composti inorganici. Dai un’occhiata all'esempio tra zinco e solfato di rame:
Possiamo scrivere questa reazione come una reazione redox utilizzando gli stati di ossidazione:
Si noti quanto segue:
Gli acidi e basi sono noti in chimica fisica, ma sono rilevanti anche in questo caso.
Un acido è un donatore di protoni mentre una base è un accettore di protoni.
Alcuni elementi e composti, sono acidi o basi molto più efficaci di altri, e questo aspetto si approfondisce in chimica inorganica.
Lo stato di transizione, è lo stadio di una reazione in cui alcuni legami sono parzialmente rotti e altri parzialmente formati. A questo punto, le molecole si trovano al loro massimo livello energetico, rendendo gli stati di transizione estremamente instabili.
Immagina di fare una reazione a rallentatore e di scattare una foto a metà strada. Se ingrandisci l'immagine, puoi notare che alcuni dei legami inizialmente presenti nei reagenti si sono rotti e che non si sono ancora formati nuovi legami, oppure che si sono formati composti intermedi. Questo è un esempio di stato di transizione.
Non tutte le molecole che iniziano a reagire insieme portano a termine la reazione. Nello stato di transizione, c'è esattamente il 50% di possibilità che la reazione finisca. La teoria degli stati di transizione ci dice che una volta che una reazione supera lo stato di transizione, tende sempre a completarsi.
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In chimica organica si trovano diverse molecole come alcheni, alcoli e ammine. Nella chimica inorganica, invece, è molto più probabile trovare sali, ossidi e metalloidi:
In chimica inorganica, si studiano diversi argomenti, che vanno dalla periodicità e dai metalli del gruppo 2 agli alogeni e agli ioni. Di seguito ne esploriamo alcuni.
Come abbiamo detto in precedenza, la tavola periodica presenta una periodicità: contiene schemi che si ripetono su ogni riga della tavola. Questo significa che, scendendo lungo una colonna della tavola periodica, nota come gruppo, tutti gli elementi reagiscono in modo simile. In "Periodicità e Tendenze", esplorerai alcune tendenze della tavola periodica, tra cui il raggio atomico e l'energia di ionizzazione. Conoscere queste tendenze rende molto più semplice prevedere la reattività di un elemento. In particolare, ti concentrerai sugli elementi del periodo 3.
In seguito, negli articoli "Gruppo 2" e "Gruppo 7", si analizzeranno due gruppi particolari di elementi. Il gruppo 2 contiene i metalli alcalino-terrosi, mentre il gruppo 7 contiene gli alogeni, una famiglia di non metalli. In questi due argomenti esplorerai le loro proprietà chimiche e fisiche. Ad esempio:
Di seguito, esplorerai i metalli di transizione.
La maggior parte dei metalli di transizione si trova nel blocco d della tavola periodica, ma non tutti gli elementi del blocco d sono metalli di transizione. Per esempio, lo zinco forma solo ioni Zn2+ con un sottoguscio 3d completo, 3d10, e quindi non è un metallo di transizione. Si può anche notare che gli elementi del blocco f sono considerati metalli di transizione, spesso noti come metalli di transizione interni. Nella tavola periodica qui sotto, abbiamo riportato gli elementi del blocco f in viola e gli elementi del blocco d in blu, con i metalli di transizione all'interno del blocco d cerchiati in rosso.
I metalli di transizione possiedono quattro proprietà comuni:
Scoprirai tutto su questi metalli in ''Metalli di transizione''.
Infine, in questo argomento approfondirai gli ioni e l'acidità.
La chimica inorganica non si ferma agli argomenti che abbiamo esplorato fin'ora. Altri argomenti includono i metalli del gruppo 1, noti come metalli alcalini, l'elettrolisi, il gruppo 4 e l'estrazione dei metalli.
Assicurati di scoprire gli argomenti di chimica inorganica che possono essere richiesti dalla tua commissione d'esame. Non tutte le commissioni d'esame ti metteranno alla prova su tutti gli argomenti, anche se imparare di piú non fa mai male!
La chimica organica è una materia che studia la struttura, la reattività e le proprietà delle molecole a base di carbonio. La chimica inorganica, invece, studia la struttura, la reattività e le proprietà dei composti non basati sul carbonio.
La chimica inorganica svolge un ruolo importante nella vita quotidiana. Ad esempio, è utilizzata per progettare e sviluppare prodotti come catalizzatori, vernici, batterie, tensioattivi, detergenti, gioielli e farmaci.
Inorganico significa non basato sul carbonio. Le molecole organiche si basano su legami C-C e C-H mentre i composti inorganici si basano su tutti gli altri elementi della tavola periodica. Ne sono un esempio i sali e i minerali.
Esempi di composti inorganici sono i sali, i minerali, gli acidi e i metalli. Le applicazioni della chimica inorganica comprendono la progettazione di farmaci, batterie, prodotti elettronici e per la pulizia.
Certo, i meccanismi esistono anche in chimica inorganica, ma non li incontrerai a questo livello di studio.
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