Az ásványi kémia , más néven szervetlen kémia (az angol szó szerinti fordításával) a kémia legrégibb ága . Ez magában foglalja a természetben létező vagy mesterségesen előállított különféle egyszerű testek és azoknak a vegyületeknek a tanulmányozását, amelyeket egymással reagálva generálnak, kivéve a szénnel kombinált kombinációkat, amelyeket külön tanulmányoznak és szerves kémia tárgyává tesznek . Néhány egyszerű szénvegyület (bizonyos szén- oxidok , ionos karbonátok , hidrogén-karbonátok és cianidok , karbidok , a szénhidrogének kivételével ) azonban szervetlen vegyületek közé sorolhatók. Egy adott kutatásban az, hogy a tulajdonságai és a szintézist a mesterséges szervetlen vegyületek , amely magában foglalja a fémorganikus vegyületek . Ez a terület minden vegyület, kivéve a miriádjai a szerves vegyületek , amelyek alapján egy szénváz és általában CH kötések. E különbség eredetileg történelmi érveken alapul, és napjainkban korántsem abszolút, és sok átfedés létezik, különösen a fémorganikus kémia területén . A szervetlen kémia jelenleg aktív kutatási terület, és a vegyipar legtöbb területén alkalmazható, különösen a katalízis , az anyagtudomány , a pigmentek , a felületaktív anyagok , az orvosi kémia , az üzemanyagok , a környezeti kémia és a mezőgazdaság területén.
Már jóval azelőtt, hogy az alkímia tanulmányozás tárgyává vált, számos szervetlen vegyületet alkalmazó kémiai reakciót alkalmaztak, és termékeiket a mindennapi életben használták. A bronzkor és vaskor megfelelnek időszakok Protohistoire amelyben kohászat bronz (generikus neve ötvözetek a réz és az ón ), valamint a vas befolyásolta tartósan és hozzájáruljanak az egyes cégek. A vaskorban a színes üvegek megjelenését is láthatjuk, SiO 2-ből áll( homok fő vegyülete ) és fém-oxidok.
A transzmutációs kísérletek lehetővé teszik az alkimisták számára, hogy új technikákat fejlesszenek ki kémiai vegyületek tisztítására, például desztillálással , szublimálással vagy kristályosítással . Számos szervetlen vegyületet izolálnak így, például vitriolt (kénsavat), rézkarcot (salétromsavat), sószeszt (sósavat), holdi vitriolt (ezüst-szulfátot), a Vénusz kristályait (réz-nitrátot) vagy aqua regiát (salétromsav keverékét). az arany oldására képes sav és sósav).
A 1675 , az ő Cours de Chimie , Nicolas Lémery bevezette a különbséget a „ásványi kémia”, amely abban az időben csak részt inert vegyületek, és a szerves kémia , amelynek anyagokat származott állatok és növények. Ez a megkülönböztetés, amelyet az életerő elmélete alátámaszt , a XIX. E század közepéig fennmaradt . A 1828 , a kísérlet által végzett német vegyész Friedrich Wöhler véget, hogy ezt a demarkációs transzformálásával ammónium-cianát , egy feltételezett ásványi, egy szerves anyagot, a karbamid .
A szervetlen vegyületek fizikai-kémiai jellemzésének technikái lehetővé teszik egy molekula vagy egy anyag összetételének, szerkezetének és tulajdonságainak meghatározását. Ezen technikák közül több használja az elektromágneses sugárzás és az anyag kölcsönhatását , és ez szinte a teljes spektrális tartományban.
1 | 2 | 3 | 4 | 5. | 6. | 7 | 8. | 9. | 10. | 11. | 12. | 13. | 14 | 15 | 16. | 17. | 18. | ||||||||||||||||
1 | H | Hé | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Lenni | B | VS | NEM | O | F | Született | |||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | Igen | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | Azt | Sc | Ti | V | Kr. | | Mn | Fe | Co | Vagy | Cu | Zn | Ga | Ge | Ász | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5. | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Ban ben | Sn | Sb | Ön | én | Xe | |||||||||||||||
6. | Cs | Ba | A | Ez | Pr | Nd | Délután | Sm | Volt | Gd | Tuberkulózis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Olvas | HF | A te | W | Újra | Csont | Ir | Pt | Nál nél | Hg | Tl | Pb | Kettős | Po | Nál nél | Rn | |
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Tudott | Am | Cm | Bk | Vö | Is | Fm | Md | Nem | Lr | Rf | Db | Vminek | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
8. | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123. | 124 | 125 | 126. | 127. | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
A hidrogén a leggyakoribb elem az univerzumban, a harmadik pedig a földkéregben . A hidrogén stabil formája a dihidrogén , H 2, amely csak nyomokban van jelen a troposzférában ( 0,5 ppm ). A dihidrogén természetes úton fermentációként vagy az ammónia bioszintézisének melléktermékeként állítható elő . Az 1w 1 hidrogén elektronikus konfigurációja , hasonlóan az alkálifém vegyértékű elektronikus konfigurációihoz (ns 1 ). Az elem főleg három izotópos formában létezik: könnyű hidrogén vagy protium ( 1 H), deutérium ( 2 H vagy D) és trícium ( 3 H vagy T).
A hidrogén tulajdonságait nagyon változatosak, és ez lehet egy erős Lewis-bázis , a hidrid -ion H - , vagy egy erős Lewis-savat , és a proton H + . Kémiai tulajdonságai gazdagok és változatosak, és gyakorlatilag minden más elemmel kémiai vegyületeket képezhet . Hidrogén vegyületek sorolhatók három fő osztályba: kovalens hidrideket (képzett elemei a p blokk , mint például a CH 4, NH 3vagy H 2 O); a hidridion (a legtöbb elektropozitív elemként képződik, mint LiHvagy kalcium-hidridről 2); az átmenetifémek intersticiális hidridjei ( a d és f blokk sok elemével képződnek ). Végső osztály hozzáadható a fémkomplexek hidridjeihez és a dihidrogén-komplexekhez is, amelyek fontos szerepet játszanak a dihidrogén katalizálásában és aktiválásában.
AlkálifémekAz alkálifémek az elemek periódusos rendszerének első oszlopában található kémiai elemek , kivéve egyet. A lítium (Li), nátrium (Na), kálium (K), rubídium (Rb), a cézium (Cs) és a francium (Fr) tehát ebbe a családba tartoznak, a hidrogén azonban nem . A csoport egyik eleme sem létezik tiszta elemként a természetben, csak vegyületek formájában találhatók meg .
A periódusos rendszer összes csoportja közül a lúgok egyértelműen mutatják a megnövekedett méret és tömeg kémiai és fizikai tulajdonságokra gyakorolt hatását. Így az alkálifémek reakcióképessége az (Z) atomszámmal növekszik . Ez elsősorban azzal a ténnyel függ össze, hogy könnyen elveszíthetik a vegyértékhéjon elhelyezkedő egyetlen elektront, és így +1 töltött kationokat képezhetnek , a kation elektronkonfigurációja összekapcsolódik a ritka gázokéval . Az ionizációs energia csökken, amikor az ember leereszkedik a csoportba, és ezért könnyebb és könnyebb kiküszöbölni a vegyértékelektront, amikor Z növekszik, ez az elektron pedig részt vehet a kémiai reakciókban.
Az alkálifémek hajlamosak ionos kötéseket kialakítani szinte kizárólag nemfémes és halogén elemekkel . Ezért főleg sók vagy oxidok formájában találhatók .
FémekA kémiai redukció az alkálifémek kationjai, így a fémes formában nehéz, és az előállítási eljárástól leggyakrabban alkalmazott ezek előállítására az elektrolízis az olvadt sók a klórozott vegyület. Az alkálifémek nagyon redukálódnak, és a reaktivitás az atomszám növekedésével nő; az oxigén , a klór és a dihidrogén könnyen redukálható. A lúgok fémes formáját olajban kell tartani az oxigénnel való reakció elkerülése érdekében . Vízzel hevesen reagálva hidrogén és alkáli hidroxidokat képeznek . A lítium víz jelenlétében a legkevésbé reagál, míg a nátrium hevesen reagál, a kálium meggyullad, a rubídium és a cézium felrobban.
2 M ( s ) + 2 H 2 O( l ) → 2 MOH( Aq ) + H 2( G ) (ahol M jelentése alkálifématom)Az alkálifémek oldhatók folyékony ammóniában és intenzív kék színt adnak az oldatnak. Ezek az oldatok vezetőképesek , a színt és ezeket a vezető tulajdonságokat pedig a fém vegyérték elektronjának szolvatációja magyarázza . Tiszta ammóniában a szolvatált elektron élettartama meglehetősen hosszú lehet (napi 1% -os bomlás nagyságrendű). Ezeket az oldatokat általában különféle szerves és szervetlen vegyületek előállítására használják.
HalogénekAlkálifémek között az egyik elektropozitív elemek a periódusos rendszerben, és hajlamosak ionos kötések a legtöbb elektronegatív elemeket , halogének, alkotnak sókat . Ha valaki lemegy a csoportba, a képződés entalpia kevésbé negatív lesz a fluoridok esetében , de negatívabb a kloridok , bromidok és jodidok esetében .
Az alkálifém-halogenidek színtelen magas olvadáspontú szilárd anyagok, amelyek könnyen előállíthatók hidroxidból ( MOH) vagy karbonát ( M 2 CO 3) megfelel hidrogén-halogenid ( HX.) jelenlétében), majd átkristályosítás . Az LiF kivételével, az összes alkálifém-halogenid vízben oldódik. Nagyon nagy mennyiségű NaClés KCltermészetesen rendelkezésre állnak a Földön, és kristályosítással tisztíthatók .
Oxidok és hidroxidokAlkálifémek hevesen reagálhat dioxigén formává oxidok (M 2 O), peroxidok (M 2 O 2) vagy szuperoxidok (MO 2). E különböző oxidok reagálnak a vízzel, így az M + kation , és a hidroxid- iont egy Lewis-sav-bázis reakció . Ózon -származékok (MO 3) előállítható alacsony hőmérsékleten az MOH hidroxidból és az ózon O 3 -ból , valamint a szeszkvioxid- származékokból (M 2 O 3).) az MO 2 szuperoxid termikus bomlásávalmegfelelő. A nátrium-peroxidot az iparban általában fehérítőszerként és erős oxidálószerként használják.
Az alkáli-hidroxidok színtelenek és átlátszóak. Vízzel reagálva képezik a hidroxid aniont és szén-dioxid CO 2 -valhogy a karbonátanion CO képződjön2-
3. A klór-alkáli eljárás lehetővé teszi a vegyiparban és más szervetlen vegyületek előállításában reagensként használt nátrium-hidroxid- NaOH ipari előállítását .
A koordinációs komplexek stabilitása csökken a Li > Na > K > Rb > Cs szekvenciának megfelelően . A lítium és a nátrium- a Lewis-savak a kemény és a forma Coulomb kölcsönhatások a Lewis-bázisokkal kemény, mint például oxigén vagy nitrogén ligandumok. Az alkálifémek főként stabil komplexeket képeznek makrociklusos polidens ligandumokkal , például koronaéterekkel vagy kriptandumokkal .
Fémorganikus vegyületekAz alkálifémek fémorganikus vegyületei gyorsan reagálnak a vízzel és piroforosak . A szerves lítiumcsoport a legnagyobb az 1. csoportba tartozó fémorganikus vegyületek közül, és az organolitiumokat a szerves szintézisben nukleofilként használják . Az alkil-lítiumok is használják az iparban a polimerizációs a alkének , hogy szintetikus gumi . Sok alkálifém-vegyület előállítható alkálifémek és különféle nemfémek kombinálásával . Ezek a vegyületek erős bázisok , és fontos alkalmazásuk van a szintetikus kémiában, különösen fémorganikus vegyületek előállításában .
AlkáliföldfémekAz alkáliföldfémek a kémiai elemek az elemek periódusos rendszerének második oszlopában . A berillium (Be), a magnézium (Mg), a kalcium (Ca), a stroncium (Sr), a bárium (Ba) és a rádium (Ra) tehát ennek a családnak a részét képezik. Mindezek fém formájában ezüstek . Az alkáliföldfém kémiai vegyületeiben lévő kötések leírására általában az ionos modellt alkalmazzák . Bizonyos szempontból a berillium rokon egy metalloiddal, amelynek bizonyos mértékű kovalenciája van a többi elemhez kötődve . Mivel ezen elemek atomjai könnyen elveszítik két vegyérték-elektronjukat, az alkáliföldfémek oxidációs foka a vegyi vegyületekben +2. Ezek erős redukáló szerek , de mégis gyengébb, mint a lúgok.
13. csoportA 13. csoport elemei az elemek periódusos rendszerének tizenharmadik oszlopának kémiai elemei . A bór (B), az alumínium (Al), a gallium (Ga), az indium (In) és a tallium (Tl) tehát ebbe a családba tartozik, és ezek különféle kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek.
A bór különállónak tekinthető ebben a családban, mert klaszter típusú vegyületeket vagy polimer vegyületeket képezhet, amelyek hidrogénatomokat, fémeket és szenet tartalmaznak. Az elemek fémes jellege az oszlopon lefelé haladva növekszik az ionsugár növekedése és az ionizációs energia csökkenése miatt . Ennek eredményeként a 13. csoportba tartozó vegyületek kötéseinek kovalens jellege bórról talliumra csökken, ezért a kötések ionos jellege növekszik. Mindezek a képezhetnek hidridek , oxidok és halogenidek a +3 oxidációs állapotban. A +1 állapot az oszlopon lefelé stabilizálódik, különösen a tallium esetében.
14. csoportA szén (C), szilícium (Si), germánium (Ge), a ón (Sn), és ólom (Pb) elemei a 14 -én oszlopban a periódusos . A fiziko-kémiai tulajdonságok ezen elemek nagymértékben változnak, a szén éppen úgy, mint nem-fém , valamint a szilícium, germánium, hogy egy metalloid , ón, ólom, hogy tartalmazza a család a fémek . Az oszlopban ez a folytonosság érthető úgy, hogy megvizsgáljuk az atomsugár növekedését és az ionizációs energia csökkenését, amikor szénről ólomra váltunk.
A szénkémia elsősorban a szerves kémia területén fejlődik ki . A 14. csoport összes eleme egyszerű bináris vegyületeket képezhet hidrogénnel , oxigénnel , halogénnel és nitrogénnel . Szén és a szilícium is képezhetnek karbid és szilicid vegyületek fémekkel. Ami ón és ólom, meg kell jegyezni, hogy a szerves ón vegyületek alapuló ónt és organoplomb vegyületeket alkalmazunk gombaölők és kártevőirtók .
15. csoportA 15. csoport elemei vagy pniktogének a kémiai elemek az elemek periódusos rendszerének tizenötödik oszlopában . A nitrogén (N), a foszfor (P), az arzén (As), az antimon (Sb) és a bizmut (Bi) tehát ennek a családnak a részét képezik. A 15. csoport elemeinek kémiai tulajdonságai nagymértékben változnak, különösen a nitrogén és rokon vegyületei között, mivel ez utóbbiak általában alacsonyabb koordinációjúak, és normál hőmérsékleti és hőmérsékleti körülmények között egyedüliként léteznek gáznemű diatomikus molekula formájában . nyomás . Ezen elemek tulajdonságait ezért nehezebb racionalizálni az atomsugarak és az elektronikus konfigurációk szempontjából . Bár a foszfor, az arzén és az antimon általában megtalálható benne, a +5 oxidációs állapot csak nitrogén esetében érhető el oxigénnel és fluorral. A bizmut számára a +3 oxidációs állapot a legstabilabb.
A 15. csoport elemei sok elemű bináris vegyületeket alkotnak. Nitrogéntartalmú vegyületek bőséges, és találunk ebben a családban N 3- nitridek , nitrogén -hidridek (például a NH 3, A N 2 H 4vagy NH 2 OH), Nitrogén-oxidok (például a N 2 Ovagy a NO) Vagy oxoacids (mint például ONOOHvagy HNO 2). Szinte az összes nitrogénvegyület ligandumként is szolgálhat .
Kalkogenek Halogén nemesgázokA nemesgázok a kémiai elemek a tizennyolcadik oszlop az elemek periódusos rendszerének . A hélium (He), a neon (Ne), az argon (Ar), a kripton (Kr), a xenon (Xe) és a radon (Rn) ezért ennek a családnak a része, és természetes állapotban léteznek az egyatomos gázok . Ezek alkotják a család elemek a priori nagyon kevés reakcióképes, mert, amelynek teljes vegyértéke réteget , nincs vegyérték-elektron alkotnak kémiai kötés . Ebből következik, hogy ezek az elemek nagy ionizációs energiával és gyakorlatilag nulla elektronikus affinitással rendelkeznek .
Az alacsony reaktivitás miatt eddig kevés szervetlen vegyületet jellemeztek. Mivel a 1960-as, xenon kimutatták, hogy képeznek stabil koordinációs komplexeket fluor- és oxigénnel , az első komplex izolált lény xenon hexafluoroplatinate Xe + (PTF 6 ) -a 1962 . A szintetizált nemesgáz-vegyületek döntő többségét xenonból készítették.
A család az aktinidák áll, 15 kémiai elemek , beleértve egy aktínium (Ac), a tórium (Th), a protaktínium (Pa), a urán (U), a neptúnium (Np), a plutónium (Pu), a americium ( Am), a curium (cm), berkélium (Bk), a kalifornium (KA), einsteinium (Es), a fermium (Fm), a mendelévium (Md), a nobélium (nem), és a laurencium . A család az aktiniumról , a család első eleméről kapta a nevét . Az aktinidokkal összefüggő radioaktivitás nem tette lehetővé a család nagyon alapos tanulmányozását, és a család végének elemei csak nagyon kis mennyiségben állnak rendelkezésre. Ugyanakkor a család korai elemei, különösen az urán és a plutónium , nagy jelentőséggel bírnak atomerőművekben történő felhasználásuk miatt .
Az aktinidek kémiai tulajdonságai nem mutatják ugyanazt az egységességet, mint ami a lantanidokban megtalálható az egész családban . A lantanidokhoz hasonlóan az aktinideknek is nagy az atom- és az ionsugaruk , ami lehetővé teszi ezeknek az elemeknek a magas koordinációt . Az aktinidek nagyon reaktívak a halogének és kalkogének tekintetében . A tórium és az urán közös nuklidjai csak alacsony szintű radioaktivitást mutatnak, ezért kémiai tulajdonságaik jól tanulmányozhatók voltak. Különösen az uranil- kation képez komplexeket számos donor ligandummal .
A katalizátor olyan anyag, amely anélkül növeli a reakció sebességét, hogy magát elfogyasztaná. A katalizátorokat széles körben használják a természetben, az iparban és a laboratóriumokban. A kénsav vagy az ammónia ipari előállítása például katalitikus folyamatokat igényel. A katalizátorok szintén szerepet játszanak a szennyezés visszaszorításában, mint például a járművek katalizátoraiban , vagy az ipari folyamatok javításában. Megjegyezhetjük, hogy az iparban az alkalmazott katalizátorok gyakorlatilag szervetlenek.
A katalízis két típusa képzelhető el: homogén vagy heterogén . Homogén katalízis esetén a katalizátor és a reagensek csak egy fázist alkotnak , míg heterogén katalízis esetén a katalizátor más fázisban van, mint a reagensek és a katalizált reakció termékei. Mindkét formának megvannak a maga előnyei és hátrányai: a heterogén katalízishez a katalizátor könnyen elválasztható a reagensektől és a termékektől, de a reakciók általában magas hőmérsékletet és nyomást igényelnek, és alacsony szelektivitással rendelkeznek; fordítva, a homogén katalízishez a reakciókat alacsonyabb hőmérsékleten és nyomáson hajthatjuk végre, és szelektívebbek, de a katalizátor, a reaktánsok és a termékek elválasztása a reakció végén jelentős hátrány. Számos reakciók lehet katalizált homogén fázisban, mint például a metatézis alkének , hidrogénezés alkinek , hidroformilezési vagy karbonilezési metanolt . A heterogén fázisban katalizálható reakciók például a hidrogénezés , az ammónia szintézise vagy a szén-monoxid és hidrogén szénhidrogénné alakítása .
A nanoanyag olyan anyag, amelynek dimenziója 1–100 nm nagyságrendű , vagy még inkább kizárólag egy ilyen dimenziójú anyag, amely mind a molekuláris szinten, mind az ömlesztett állapotban hiányzik. A nanoanyagokat évszázadok óta használják, például a kolloid arany előállításához vörös színezéket állítanak elő, amelyet különösen az üveg színezésére használnak. A nanoanyagok tanulmányozása különösen előnyös volt a helyi szondamikroszkópia fejlesztésében az 1980-as években, amely lehetővé teszi az anyag atomi léptékű megfigyelését. A szervetlen kémia mindenütt jelen van a nanotechnológiákban, akár a fém nanorészecskékben, akár a kvantumpontokban . Különböző szintézis precedensek alkalmazhatók, például felülről lefelé és alulról felfelé irányuló megközelítés , vagy kémiai vagy fizikai gőzfázisú leválasztás.
Ipari kémia fontos ága a vegyipar , és magában foglalja számos különböző és változatos alkalmazások, mint például ásványi műtrágyák , építőanyagok vagy üveg és zománc . Ezenkívül a szerves vegyipar számos alapvető termékét, például ásványi savakat , lúgokat , oxidálószereket és halogénvegyületeket állítanak elő ebben az ipari ágban. Az integrált áramkörök vagy az optikai szálak legújabb fejleményei szintén a szervetlen vegyiparnak köszönhetők.
A bioorganikus kémia a fémes fajok vizsgálatával foglalkozik biológiai rendszerekben. Az élő szervezetek a fémionok és a biológiai ligandumok közötti kölcsönhatásokhoz kapcsolódó kémiai és biológiai tulajdonságokat nagyon sokféle módon hasznosítják, különös tekintettel az enzimatikus katalízisre , a sejtjelzésre vagy a génexpresszió szabályozására .
A kötődési, szállítás és felhasználás az oxigén molekula O 2az élő szervezetek által nyújtott metalloproteinjeinek rendelkező szervetlen cofactors . A legtöbb állatban és növényben a hemoglobin megfogja az oxigént a tüdőben (vagy kopoltyúban), és azokat a szövetekbe szállítja, ahol a mioglobin tárolja . Ezt a két fehérjét hemoproteineknek nevezik, mivel tartalmaznak egy hem típusú kofaktort , amely lehetővé teszi az oxigén rögzítését. A puhatestűek és az ízeltlábúak maguk is fehérjét használnak a rézhez , a kulcslyukat O 2 hiányában színtelenül.de intenzív kék színű O 2 jelenlétében. Ritkábban a hemeritrin egy dinukleáris, nem hem vas- kofaktor , amely néhány tengeri féregben megtalálható.
A K + és Na + ionok membránokon keresztüli áramlását ioncsatornák biztosítják . Ezek a csatornák membránfehérjék, és felelősek az idegrendszer elektromos vezetéséért és passzívan működnek. A nátrium-kálium szivattyú egy transzmembrán fehérje , amely az adenozin-trifoszfát (ATP) adenozin-difoszfáttá (ADP) történő lebontását használja a sejtekben és kívül a K + és Na + ionok koncentrációjának szabályozására . Ez a fehérje alapvető szerepet játszik a membrán elektrokémiai potenciáljának fenntartásában .
A vas asszimilációja az organizmusok miatt nehéz a Fe (III) oldhatatlansága miatt, amely a legtöbb ásványi anyagban található stabil oxidációs állapot . Az Evolution komplex kémiai rendszereket dolgozott ki a vas befogására és szabályozására a testben. Capture jár ligandumok nevű szideroforok . A vasat ezután transzferrinek szállítják és ferritinekben tárolják , két nem hem fehérjében.
Háromféle metalloproteint lehet azonosítani az elektronikus transzferekhez a biológiai rendszerekben. A citokrómok olyan hemfehérjék, amelyek részt vesznek a mitokondriális légzési lánc elektrontranszferjében, és egy porfirinből állnak, amely vas vagy réz fémkationjaival komplexálódik. A vas-kén fehérje van vas-kén klaszterek szerkezetű és szintén részt vesznek redox reakciók a légzési lánc. A harmadik típusú fehérje a kék rézfehérjék családja, amely magában foglalja a fotoszintézisben részt vevő plasztocianint . Azt is meg kell jegyezni, hogy a fehérjékben az elektronok transzferjei olyan kémiai folyamatokkal párosulnak, mint például az ionok, és különösen a protonok transzferjei .
Az enzimek katalizálják a biológiai rendszereket azáltal, hogy nemcsak a reakció sebességét szabályozzák, hanem bizonyos geometriákat is elősegítenek átmeneti állapotukban a polipeptidlánc tercier struktúrájának köszönhetően . Az enzimkatalízis elengedhetetlen az élő organizmusok számára a biomolekulák metabolizmusához és bioszintéziséhez szükséges reakciók specifikus felgyorsulásához. A fehérje alkotja az enzimek alapstruktúráját ( apoenzim ), amelyhez hozzá kell adni egy protetikus csoportot, amely lehet vagy nem komplexált fémion.
Az enzimek általi sav-bázis katalízis lehetővé teszi a HO - hidroxidok - helyben történő előállítását.vagy hidronium H 3 O +pH- körülmények között, amelyeket biológiai rendszerek csak ritkán érnek el. Az élő szervezetek főleg cinket használnak az ilyen típusú katalízishez, mert ez egy bőséges, alig oxidálható vagy redukálható fém, amely erős kötéseket képez az aminosavakkal, és amely képes megkötni exogén ligandumokat, például H 2 O. Ilyen típusú enzimekre példaként említhető a karboanhidráz , a karboxipeptidáz vagy az alkalikus foszfatáz . A mangánt (a Rubisco-ban ) vagy a vasat (a savas foszfatázban vagy az akonitázban ) szintén használják a sav-bázis katalízisben.
Számos enzim is aktiválhatja a kis oxigén-alapú molekulák, például H 2 O, H 2 O 2vagy O 2. A peroxidázok lebontják a peroxidokat , és például a torma-peroxidáznak vagy a citokróm c- peroxidáznak egy protetikus csoportos hemje van a reakció katalizálására. Az oxidázok katalizálják az oxigén O 2 redukciójátvízben vagy hidrogén-peroxidban H 2 O 2. A citokróm c-oxidáznak vason és rézen alapuló protéziscsoportjai vannak , és ez az enzim minden magasabb életforma alapja. Az oxigenáz (például a citokróm P450 ) katalizálja az oxigénatomok beépülését a szerves szubsztrátokba. Végül az O 2 enzimatikus termeléseA fotoszintézis során számos metalloenzim vesz részt, különös tekintettel a II . fotorendszerre , amelyben a vizet dioxigénné oxidálják a komplex katalitikus helynek köszönhetően, amely mangánatomokból és egy rézatomból áll.
Nitrogén N 2és a hidrogén- H 2vasszulfidon alapuló enzimekkel csökkenthető. A nitrogén átalakítja az N 2 -otaz NH 3-ban, és aktív helye egy vasszulfid csoportból és egy molibdén atomból áll (amelyet egyes esetekben vanádium vagy vas helyettesíthet ). A hidrogenáz család lehetővé teszi a H 2 reverzibilis redukciójáta H +és az aktív hely kénből és vasból áll a [FeFe] -hidrogenáz esetében, valamint a kén, vas és nikkel a [NiFe] -hidrogenáznál.
Bizonyos kémiai elemek asszimilációja a bioszféra része a biogeokémiai ciklusoknak . Ezek a ciklusok a kémiai elemek transzportjának és átalakulásának folyamatai a geoszféra , a légkör , a hidroszféra és a bioszféra között . Élő organizmusokban ezek a ciklusok olyan metalloproteinekből állnak, amelyek képesek ezeket a kémiai elemeket hatékonyan rögzíteni, szállítani és transzformálni. A tankönyv esete a nitrogén körforgása , amely különösen lehetővé teszi a nitrogén N 2 rögzítéséta talajban található baktériumok által légköri hatásúak, és amely vasat , rézet és molibdént tartalmazó enzimeket tartalmaz .
A természetben a biológiai organizmusok mineralizált szöveteket, például csontokat, fogakat vagy héjakat termelnek. A biomineralizáció ezen szervetlen ásványok élő szervezetek általi előállításának folyamata. Például kalcium-karbonát CaCO 3kalcit vagy aragonit formájában van jelen a héjakban és a tojáshéjakban , a kalcium-foszfát hidroxi-apatit formájában a csontok és a fogak fő összetevője, a magnetotaktikus baktériumok szintetizálják a magnetit típusú vas-oxidok vagy vas kristályait a greigit típusú Fe 3 S 4 szulfidjaimágneses tulajdonságaikért, hogy tájékozódjanak és mozogjanak a mágneses mező vonalai mentén .
A szervetlen és kelátképző komplexek fontos szerepet játszanak a farmakológiában . Az egyik fő kihívás ezen a területen a gyógyszer hatásmechanizmusának meghatározása molekuláris szinten, szem előtt tartva, hogy a beadott gyógyszer nem felel meg az aktív helyen lévő reaktív fajoknak , és ez különösen igaz a fémkomplexekre, amelyek gyakran érzékenyebbek a hidrolízisre, mint a szerves molekulák . Bizonyos fémek, amelyek nincsenek jelen az élő organizmusokban, mint pl. Platina , arany , ruténium vagy bizmut , szintén farmakológiai hatást fejthetnek ki. A szervetlen kémia a farmakológiában több szinten is szerepet játszik, mint például a szervezetben lévő felesleges vas kezelése a sideroforok által inspirált ligandumokkal , egyes rákos megbetegedések kezelése ciszplatinnal (cisz [PtCl 2 (NH 3 ) 2]), Mint egy inhibitora a DNS-replikációt , a használata arany-komplexek elleni rheumatoid arthritis , vagy a fémkomplexek alkalmazása alapján gadolínium , mint kontrasztanyagok az orvosi képalkotás .
A fémes nyomelemek fogalma általában felváltja a nehézfémek fogalmát, és ez továbbra is rosszul meghatározott fogalom, mivel az igazán nehéz mérgező fémeket másokkal társítja, amelyek kevésbé. Ezen fémes nyomelemek egy része mérgező, vagy egy bizonyos küszöböt meghaladóan mérgező, vagy radioaktív ( radionuklidok ). A fémek abban különböznek a mérgező szerves vegyületektől, hogy nem bonthatók nem mérgező formákra, bár végül átalakulhatnak oldhatatlan formákba, ezért biológiailag már nem állnak rendelkezésre. Fémes nyomelemek találhatók a levegőben, a vízben és a talajban.
Főként öt olyan elemet veszünk figyelembe, amelyek toxicitásuk és nagy eloszlásuk miatt a környezetre nézve a legfontosabb veszélyeket jelentik: higany (Hg), ólom (Pb), kadmium (Cd), króm (Cr) és arzén (As). A kémiai specifikáció fogalma ebből a szempontból fontos, mert lehetővé teszi az egyes elemek különböző lehetséges formáinak megkülönböztetését egy adott környezetben. Ezek az elemek fémes formájukban (M °) nem különösebben mérgezőek, kivéve a rendkívül mérgező higanygőzöket. Ezen fémek kationos formái veszélyesek, különösen akkor, ha rövid szénláncokhoz kapcsolódnak . Megjegyezhetjük ezen kationok erős affinitását a kén iránt is, amely számos enzimben jelen van, amelyek szabályozzák az anyagcsere-reakciókat az emberi testben. A fém-kén kötés módosítja ezen enzimek aktivitását, ami az élőlények egészségi rendellenességeihez vezet.
Bizonyos anyagok biomagnifikációs jelenségeket is felmutathatnak : a fémes nyomelemek szintje növekszik az élelmiszer-háló (élelmiszerlánc) minden szakaszában . Ez elsősorban a higanyra vonatkozik. Számos vízi faj képes biokoncentrálni a fémeket, például az osztriga és a kagyló, amelyek higany- vagy kadmiumszintje 100 000-szer nagyobb lehet, mint a vízben, amelyben élnek. Így az emberek által elfogyasztott fémek többsége élelmiszerből származik, nem pedig ivóvízből.
A nitrogén-oxidok és a kén a légkör fő szennyezője. Az NO x nitrogén-oxidok főleg a fosszilis tüzelőanyagok magas hőmérsékleten történő elégetése során keletkeznek, és a fűtőberendezések több kibocsátást generálnak egy megtermelt energiaegységre, mint a fosszilis tüzelőanyaggal működő tüzelőberendezések. A rossz minőségű szén és az olaj kénvegyületeket tartalmaz és égés közben kén-dioxid SO 2 -ot képez , de a légkörben található kén-dioxid elsősorban vulkánkitörésekből származik . A savas eső ennek a szennyező anyagcsaládnak a közvetlen eredménye.
Számos városi központ tapasztalja a légszennyezés epizódjait az ózon nagyon magas szintje miatt , amelyet szmognak neveznek . A troposzférikus ózon O 3 , vagyis a légkör ózonszintje másodlagos szennyező anyag . Nem közvetlenül a levegőbe kerül, hanem komplex fotokémiai reakciók eredményeként jön létre prekurzorok , főleg az autó kipufogógázaiból származó nitrogén-oxidok . A szmog nem az egyetlen probléma a gépjárművek által okozott levegőszennyezéssel. Egyéb szennyező anyagok, például ólom , a benzin elégetéséből származnak . A tetraetil- ólom formában levő ólmot antikántként alkalmazzák az oktánszám növelésével . Az ólommentes benzin kifejlesztése az 1970-es években lehetővé tette az ólommérgezés okozta kellemetlenségek csökkentését .
Szervetlen anyagok a vízben és a talajban zömével emberi tevékenységek, mint például a műtrágyák alapuló foszfátok (PO3-
4) és nitrátok (NO-
3), vagy a savbánya -vízelvezetés , a városi lefolyás és az ipari tevékenység során felszabaduló fémes nyomelemek .
A radioaktív szennyezés olyan permet, baleset vagy nukleáris robbanás következménye , amelyben radioizotópok terjednek. Ezek a radioizotópok lehetnek természetes eredetűek, mint például az urán 238 , urán 235 vagy tórium 232 , vagy emberi tevékenység következtében, mint például kutatási, ipari vagy orvosi laboratóriumok radioaktív hulladékai , nukleáris energiatermelés során keletkező hulladékok vagy atombombák és kísérleti nukleáris robbanások . A radioaktív szennyezés káros az emberre, mivel a radioizotópok széteshetnek ionizáló sugárzás kibocsátásával, amely károsítja az élő szervezetek sejtalkotóit.
A szervetlen kémia elsődleges forrásait körülbelül negyven tudományos folyóiratban lehet összefoglalni a Journal Citation Reports szerint, amelyhez hozzá kell adni körülbelül tíz általános kémiai folyóiratot, például Angewandte Chemie , Chemical Communications vagy Journal of the American Chemical Society . Évente néhány cikk megjelenik a Nature és Science általános tudományos folyóiratokban is . Az alábbi táblázat bemutatja a főbb nemzetközi szervetlen kémiai szakfolyóiratokat.
Cím | Szerkesztő | az alkotás éve |
Impakt faktor (2015) |
---|---|---|---|
Alkalmazott fémorganikus kémia | John Wiley & Sons | 1987 | 2.452 |
Koordinációs kémiai felülvizsgálatok | Elsevier Science | 1973 | 12,994 |
Dalton tranzakciók | Királyi Kémiai Társaság | 1966 | 4,177 |
Szervetlen Kémia Európai Lapja | John Wiley & Sons | 1998 | 2.686 |
Szervetlen kémia | American Chemical Society | 1962 | 4.820 |
Szervetlen kémiai kommunikáció | Elsevier Science | 1998 | 1,762 |
Inorganica Chimica Acta | Elsevier Science | 1967 | 1,918 |
Journal of Biological Organic Chemistry | Springer Verlag | 1996 | 2,495 |
Szervetlen biokémiai folyóirat | Elsevier Science | 1971 | 3,205 |
Journal of Organometallic Chemistry | Elsevier Science | 1963 | 2.336 |
Szilárdtest-kémiai folyóirat | Elsevier Science | 1969 | 2,265 |
Szerves fémek | American Chemical Society | 1982 | 4,186 |
Poliéder | Elsevier Science | 1955 | 2.108 |
Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie | John Wiley & Sons | 1892 | 1,261 |
A másodlagos források a szervetlen kémia áttekintő cikkeit publikáló tudományos publikációk , elsősorban a Coordination Chemistry Review , a Chemical Society Review és a Chemical Review . A tudományos eredményeket bemutató elsődleges publikációk egy része folyóiratcikkeket is tartalmaz minden számban. Az Inorganic Syntheses gyűjtemény 1939 óta megjelent könyvsorozat, amelynek célja a szervetlen vegyületek szintetizálásának részletes eljárásainak közzététele.
Év | Díjazott (ok) | Állampolgárság | Díjnyertes alkotások |
---|---|---|---|
1904 | William Ramsay | Egyesült Királyság | Inert gáznemű elemek levegőben történő felfedezésének és a periódusos rendszerben elfoglalt helyzetük meghatározásának elismeréseként |
1906 | Henri moissan | Franciaország | A fluor és annak tulajdonságainak felfedezése által nyújtott nagy szolgálatok elismeréseként , valamint azért, hogy a tudomány számára elérhetővé tette a nevét viselő elektromos kemencét |
1911 | Marie Curie | Franciaország | A nyújtott szolgáltatások a haladás kémia a felfedezés az elemek rádium és polónium , amiért izolált rádium és tanulmányozására természetét és vegyületek figyelemre méltó elem |
1913 | Alfred Werner | svájci | A molekulák atomkötéseivel kapcsolatos munkájáért, amelynek köszönhetően új megvilágításba helyezte a korábbi tanulmányokat és új kutatási területeket nyitott meg, különösen az ásványi kémia területén |
1918 | Fritz Haber | Németország | Az ammónia szintéziséhez elemeiből Megjegyzés: 1919-ben odaítélt és 1920-ban odaítélt díj |
1951 |
Edwin McMillan és Glenn Theodore Seaborg |
Egyesült Államok Egyesült Államok |
A transzurán elemek kémiai felfedezéseikért |
1954 | Linus Carl Pauling | Egyesült Államok | A kémiai kötés jellegének és alkalmazásának a komplex anyagok szerkezetének meghatározásában végzett kutatásaiért |
1963 |
Karl Ziegler és Giulio Natta |
Nyugat-Németország Olaszország |
A kémia és a magas polimer technológiával kapcsolatos felfedezéseikért |
1964 | Dorothy Crowfoot Hodgkin | Egyesült Királyság | A fontos biológiai anyagok szerkezetének röntgentechnikával történő meghatározására |
1966 | Robert Sanderson Mulliken | Egyesült Államok | A kémiai kötésekkel és a molekulák elektronszerkezetével kapcsolatos alapvető munkájáért molekuláris orbitális módszerrel |
1973 |
Ernst Otto Fischer és Geoffrey Wilkinson |
Nyugat-Németország Egyesült Királyság |
Úttörő munkájukért, amelyet önállóan végeztek fémorganikus vegyületeken, ún. Szendvicsvegyületeken |
1976 | William ajkak | Egyesült Államok | A boránok szerkezetével kapcsolatos munkájáért , amely új megvilágításba helyezte a kémiai kötést |
1983 | Henry taube | Egyesült Államok | Az elektrontranszfer- reakciók mechanizmusainak munkájáért , különösen fémkomplexumokban |
1985 |
Herbert Aaron Hauptman és Jerome Karle |
Egyesült Államok Egyesült Államok |
Figyelemre méltó eredményeikért a kristályszerkezetek meghatározására szolgáló közvetlen módszerek kifejlesztésében |
1996 |
Robert Curl , Richard Smalley és Harold Kroto |
Egyesült Államok Egyesült Államok Egyesült Királyság |
A fullerének felfedezéséért |
1998 |
Walter Kohn ¹ és John A. Pople ² |
Egyesült Államok Egyesült Királyság |
¹ A sűrűség-funkcionális elmélet fejlesztéseihez ² Számítási módszerek kidolgozásáért a kvantumkémia területén |
2001 |
William S. Knowles ¹, K. Barry Sharpless ² és Ryoji Noyori ¹ |
Egyesült Államok Egyesült Államok Japán |
¹ Királis katalízissel végzett hidrogénezési reakcióknál végzett munkájukért ² munkáiért oxidációs reakciókat a királis katalízis |
2005 |
Yves Chauvin , Robert Grubbs és Richard R. Schrock |
Franciaország Egyesült Államok Egyesült Államok |
A szerves szintézis metatézis- módszerének fejlesztésével kapcsolatos munkájukért |
2010 |
Richard Heck , Ei-ichi Negishi és Akira Suzuki |
Egyesült Államok Japán Japán |
A palládium által szerves szintézisben katalizált kapcsolási reakciókhoz |
2016 |
Jean-Pierre Sauvage James Fraser Stoddart Bernard L. Feringa |
Franciaország Egyesült Királyság Hollandia |
Molekuláris gépek tervezéséhez és szintéziséhez |