Minerální chemie , nazývaný také anorganická chemie (o doslovný překlad anglického jazyka), je nejstarší odvětví chemie . Zahrnuje studium různých jednoduchých těl existujících v přírodě nebo získaných uměle a sloučenin, které generují reakcí jednoho na druhém, s výjimkou kombinací s uhlíkem, které jsou studovány samostatně a jsou předmětem organické chemie . Některé jednoduché sloučeniny uhlíku (určité oxidy uhlíku , iontové uhličitany , hydrogenuhličitany a kyanidy , karbidy , kromě uhlovodíků ) jsou však zařazeny mezi anorganické sloučeniny. Zvláštní studie je to, že vlastnosti a syntéza z umělých anorganické sloučeniny , jehož součástí je organokovové sloučeniny . Tato oblast se vztahuje na všechny chemické sloučeniny, kromě v nesčetných z organických sloučenin , které jsou založeny na uhlíkové kostře a obvykle mají CH vazeb. Tento rozdíl, který byl původně založen na historických argumentech, dnes není zdaleka absolutní a existuje mnoho překryvů, zejména v oblasti organokovové chemie . Anorganická chemie je v současné době aktivní oblastí výzkumu a má uplatnění ve většině aspektů chemického průmyslu, zejména v katalýze , vědě o materiálech , pigmentech , povrchově aktivních látkách , léčivé chemii , palivech , chemii životního prostředí a zemědělství.
Dlouho předtím, než se alchymie stala předmětem studia, se používalo mnoho chemických reakcí využívajících anorganické sloučeniny a jejich produkty používané v každodenním životě. Věk bronzu a železa věku odpovídají dobám Protohistoire ve kterém hutnictví bronz (generický název slitiny z mědi a cínu ) a železa ovlivnil trvale a vůči některým společnostem. Během doby železné také vidíme vzhled barevných brýlí složených ze SiO 2(hlavní směs písku ) a oxidy kovů.
Transmutační experimenty umožňují alchymistům vyvinout nové techniky čištění chemických sloučenin, jako je destilace , sublimace nebo krystalizace . Takto je izolováno mnoho anorganických sloučenin, jako je vitriol (kyselina sírová), leptání (kyselina dusičná), lihovina (kyselina chlorovodíková), měsíční vitriol (síran stříbrný), krystaly Venuše (dusičnan měďnatý) nebo aqua regia (směs dusičné kyselina chlorovodíková a schopná rozpouštět zlato).
V roce 1675 , v jeho Chemistry Course , Nicolas Lemery zavedl rozdíl mezi „minerální chemie“, které teprve v době, zapojených inertní sloučeniny a organické chemie , jehož látky pocházejí ze zvířat a rostlin. Tento rozdíl podporovaný teorií vitální síly přetrvával až do poloviny XIX . Století. V roce 1828 experiment provedený německým chemikem Friedrichem Wöhlerem ukončil toto vymezení transformací kyanátu amonného , předpokládaného minerálu, na organickou látku, močovinu .
Techniky fyzikálně-chemické charakterizace anorganických sloučenin umožňují určit složení, strukturu a vlastnosti molekuly nebo materiálu. Některé z těchto technik využívají interakci mezi elektromagnetickým zářením a hmotou, a to téměř v celém spektrálním rozsahu.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H | Ahoj | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Být | B | VS | NE | Ó | F | narozený | |||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | Ano | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K. | To | Sc | Ti | PROTI | Cr | Mn | Fe | Spol | Nebo | Cu | Zn | Ga | Ge | Eso | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Pozn | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | v | Sn | Sb | Vy | Já | Xe | |||||||||||||||
6 | Čs | Ba | The | Tento | Pr | Nd | Odpoledne | Sm | Měl | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Číst | Hf | Vaše | Ž | Re | Kost | Ir | Pt | Na | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | Na | Rn | |
7 | Fr. | Ra | Ac | Čt | Pa | U | Np | Mohl | Dopoledne | Cm | Bk | Srov | Je | Fm | Md | Ne | Lr | Rf | Db | Sg | 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 |
Vodíku je nejhojnější element ve vesmíru a třetí v zemské kůře . Stabilní forma vodíku dihydrogenfosforečnanu , H 2, který je v troposféře přítomen pouze ve stopových množstvích ( 0,5 ppm ). Dihydrogen může být produkován přirozeně jako produkt fermentace , nebo jako vedlejší produkt biosyntézy z amoniaku . Elektronická konfigurace vodíku, 1 w 1 , podobně jako elektronické konfigurace valenčních z alkalických kovů (ns 1 ). Prvek existuje hlavně ve třech izotopových formách: lehký vodík nebo protium ( 1 H), deuterium ( 2 H nebo D) a tritium ( 3 H nebo T).
Vlastnosti vodíku jsou velmi různorodé, a to může být silná Lewisova báze , s hydridem iontů H - , nebo silné Lewisovy kyseliny , s proton H + . Jeho chemické vlastnosti jsou bohaté a rozmanité a může tvořit chemické sloučeniny s prakticky všemi ostatními prvky . Sloučeniny vodíku lze rozdělit do tří hlavních tříd: kovalentní hydridy (vytvořené s prvky p-bloku , jako je CH 4, NH 3nebo H 2 O); hydrid iont (vytvořené s většinou prvky elektropozitivních jako LiHnebo CaH 2); že intersticiální hydridy přechodných kovů (vytvořené s mnoha prvků d a f bloku ). Lze také přidat finální třídu pro hydridy v komplexech kovů a dihydrogenových komplexech, které hrají důležitou roli při katalýze a aktivaci dihydrogenu.
Alkalické kovyAlkalické kovy jsou chemické prvky v prvním sloupci Periodické tabulky prvků, kromě jednoho. Lithium (Li), sodík (Na), draslík (K), rubidia (Rb), přičemž cesia (Cs) a francium (Fr), jsou tedy součástí této rodiny, ale ne atom vodíku . Žádný z prvků skupiny v přírodě neexistuje jako čistý prvek, nacházejí se pouze ve formě sloučenin .
Ze všech skupin v periodické tabulce alkálie jasně ukazují účinek zvýšené velikosti a hmotnosti na chemické a fyzikální vlastnosti. Reaktivita alkalických kovů se tedy zvyšuje s atomovým číslem (Z). To souvisí hlavně se skutečností, že mohou snadno ztratit svůj jediný elektron umístěný na valenčním plášti a vytvořit tak +1 nabité kationty , přičemž elektronová konfigurace kationu se připojí ke vzácným plynům . Při sestupu ve skupině ionizační energie klesá, a proto je snazší a snazší eliminovat valenční elektron, když se zvyšuje Z, přičemž tento elektron je schopen účastnit se chemických reakcí.
Alkalické kovy mají tendenci tvořit iontové vazby téměř výlučně s nekovovými a halogenovými prvky . Proto se nacházejí hlavně ve formě solí nebo oxidů .
KovyChemická redukce z alkalických kationtů pro získání kovové formy je obtížné, a způsob přípravy se nejčastěji používá pro jejich přípravu je elektrolýza z roztavených solí v chlorované sloučeniny. Alkalické kovy se velmi snižují a reaktivita se zvyšuje se zvyšujícím se atomovým číslem; kyslík je chlor a dihydrogen může být snadno snížena. Kovová forma alkálií musí být uchovávána v oleji, aby se zabránilo jakékoli reakci s kyslíkem . Rovněž reagují prudce s vodou za vzniku vodíku a alkalických hydroxidů . Lithium je nejméně reaktivní v přítomnosti vody, přičemž sodík reaguje prudce, že draselné zapaluje a rubidium a cesium explodovat.
2 M ( y ) + 2 H 2 O( l ) → 2 MOH( Aq ) + H 2( g ) (kde M představuje alkalický kov)Alkalické kovy jsou rozpustné v kapalném amoniaku a dávají roztoku intenzivně modré zabarvení. Tato řešení jsou vodivá a barvu a tyto vodivé vlastnosti lze vysvětlit solvatací valenčního elektronu kovu. V čistém amoniaku může být životnost solvatovaného elektronu poměrně dlouhá (řádově 1% rozkladu za den). Tyto roztoky se běžně používají k přípravě různých organických a anorganických sloučenin.
HalogenyAlkalické kovy patří mezi nejvíce elektropozitivní prvky periodické tabulky a mají tendenci tvořit iontové vazby s nejvíce elektronegativními prvky , halogeny, za vzniku solí . Když člověk spadne do skupiny, entalpie formace se stává méně negativní pro fluoridy , ale negativnější pro chloridy , bromidy a jodidy .
Halogenidy alkalických kovů jsou bezbarvé pevné látky s vysokou teplotou tání, které lze snadno připravit z hydroxidu ( MOH) nebo uhličitan ( M 2 CO 3) odpovídající v přítomnosti kyseliny halogenovodíkové ( HX), a poté rekrystalizace . Kromě LiFjsou všechny halogenidy alkalických kovů rozpustné ve vodě. Velmi velké množství NaCla KCljsou přirozeně dostupné na Zemi a lze je čistit krystalizací .
Oxidy a hydroxidyAlkalické kovy prudce reagují s dioxygenem za vzniku oxidů (M 2 O), peroxidy (M 2 O 2) nebo superoxidy (MO 2). Tyto různé druhy oxidu reagovat s vodou, čímž se získá M + kation a hydroxidu iont napsal Lewisovy acidobazické reakce . Deriváty ozonu (MO 3) lze připravit z hydroxidu MOH a ozonu O 3 při nízké teplotě a derivátů seskvioxidu (M 2 O 3) tepelným rozkladem superoxidu MO 2odpovídající. Peroxid sodný se běžně používá v průmyslu jako bělicí činidlo a jako silný oxidační činidlo.
Tyto alkalické hydroxidy jsou bezbarvé a transparentní. Reagují s vodou za vzniku hydroxidového aniontu a s oxidem uhličitým CO 2za vzniku uhličitanového aniontu CO2-
3. Proces chlor-alkálie umožňuje průmyslově vyrábět hydroxid sodný NaOH používaný jako činidlo v chemickém průmyslu a při přípravě dalších anorganických sloučenin.
Stabilita koordinačních komplexů klesá podle posloupnosti Li > Na > K > Rb > Cs . Lithia a sodíku , jsou Lewisovy kyseliny tvrdé a formuláře Coulomb interakce s Lewisovými bázemi tvrdé, jako je atom kyslíku nebo dusíku ligandy. Alkalické kovy tvoří hlavně stabilní komplexy s makrocyklickými polydentními ligandy , jako jsou korunové ethery nebo kryptandy .
Organokovové sloučeninyTyto organokovové sloučeniny alkalických kovů se rychle reagují s vodou a jsou pyroforické . Organolithná skupina je největší ze všech organokovových sloučenin skupiny 1 a organolithiany se používají v organické syntéze jako nukleofily . Alkyllithia, jsou také používány v průmyslu pro polymeraci z alkenů , aby syntetický kaučuk . Mnoho organoalkalických sloučenin lze připravit kombinací alkalických kovů s různými nekovy . Tyto sloučeniny jsou silnými bázemi a mají důležité použití v syntetické chemii, zejména při přípravě organokovových sloučenin .
Kovy alkalických zeminKovy alkalických zemin jsou chemické prvky ve druhém sloupci Periodické tabulky prvků . Berylia (Be) je hořčík (Mg), vápník (Ca), stroncium (Sr), přičemž barnatý (Ba) a radium (Ra) jsou proto součástí této rodiny. To vše je stříbro v kovové formě . Iontový model je obecně aplikován na popsat vazby v chemických sloučenin alkalických zemin. V některých ohledech je berýlium příbuzné metaloidu s určitým stupněm kovalence ve vazbách s jinými prvky. Vzhledem ke snadnosti, s jakou atomy těchto prvků ztrácejí své dva valenční elektrony, je stupeň oxidace alkalických zemin v chemických sloučeninách +2. Jsou to silná redukční činidla , ale přesto slabší než zásady.
Skupina 13Prvky skupiny 13 jsou chemické prvky třináctého sloupce periodické tabulky prvků . Boru (B), přičemž hliník (AI), galium (Ga), přičemž indium (In) a thalia (Tl) jsou proto součástí tohoto rodu, a které mají různé chemické a fyzikální vlastnosti.
Bór lze považovat za samostatný z této rodiny, protože může tvořit sloučeniny klastrového typu nebo polymerní sloučeniny zahrnující atomy vodíku, kovy a uhlík. Kovový charakter prvků se zvyšuje při pohybu dolů po sloupci v důsledku zvýšení iontového poloměru a snížení ionizační energie . Výsledkem je, že kovalentní charakter vazeb sloučenin skupiny 13 klesá z boru na thalium, a proto se iontový charakter vazeb zvyšuje. Všechny tyto látky mohou v oxidačním stavu +3 vytvářet hydridy , oxidy a halogenidy . Stav +1 se stabilizuje směrem dolů po sloupci, konkrétněji s thaliem.
Skupina 14Uhlík (C), křemík (Si), germanium (Ge), přičemž cín (Sn) a olova (Pb), jsou prvky 14 tého sloupce periodické tabulky . Fyzikálně-chemické vlastnosti těchto prvků se velmi liší, uhlík je považován za non-kov , stejně jako křemík, germanium, že je polokov a cín a olovo byly zahrnuty do rodiny z kovů . Tuto diskontinuitu ve sloupci lze pochopit pohledem na zvětšení poloměru atomu a snížení ionizační energie při přechodu z uhlíku na olovo.
Chemie uhlíku se vyvíjí hlavně v organické chemii . Všechny prvky skupiny 14 mohou tvořit jednoduché binární sloučeniny s vodíkem , kyslíkem , halogeny a dusíkem . Uhlík a křemík mohou také tvořit karbidové a silicidové sloučeniny s kovy. Pokud jde o cínu a olova, je možno uvést, že organocínové sloučeniny na bázi cínu a organoplomb sloučeniny se používají jako fungicidy a pesticidy .
Skupina 15Prvky skupiny 15 nebo pnictogeny jsou chemické prvky v patnáctém sloupci Periodické tabulky prvků . Dusík (N), fosfor (P), arzen (As), přičemž antimon (Sb) a bismut (Bi) jsou proto součástí této rodiny. Chemické vlastnosti prvků skupiny 15 se velmi liší, zejména mezi dusíkem a jeho kongenery, protože tyto mají obecně nižší koordinaci a jako jediný existují za normálních teplot a teplotních podmínek ve formě plynné diatomické molekuly . tlak . Vlastnosti těchto prvků je proto obtížnější racionalizovat z hlediska atomových poloměrů a elektronických konfigurací . Ačkoli se běžně vyskytuje u fosforu, arsenu a antimonu, oxidačního stavu +5 lze dosáhnout pouze pro dusík s kyslíkem a fluorem. U vizmutu je +3 oxidační stav nejstabilnější.
Prvky skupiny 15 tvoří binární sloučeniny s mnoha prvky. Dusíkaté sloučeniny jsou bohaté, a můžeme najít v této rodině N 3- nitridy , dusíku, hydridy (například NH 3, N 2 H 4nebo NH 2 OH), Oxidy dusíku (jako je například N 2 Onebo NO) nebo oxokyseliny (například ONOOHnebo HNO 2). Téměř všechny sloučeniny dusíku mohou také sloužit jako ligandy .
Chalkogeny Halogen vzácné plynyTyto vzácné plyny jsou chemické prvky osmnáctého sloupci periodické tabulky prvků . Helium (He) je neon (NE) je argon (Ar) se krypton (Kr) je xenon (Xe) a radonu (Rn) jsou proto součástí této rodiny, a existují ve stavu přírodní formou z monoatomového plynů . Tvoří rodinu prvků a priori velmi málo reaktivních, protože mají úplnou valenční vrstvu a nemají valenční elektron k vytvoření chemické vazby . Z toho vyplývá, že tyto prvky mají vysokou ionizační energii a prakticky nulovou elektronovou afinitu .
Kvůli této nízké reaktivitě bylo dosud charakterizováno několik anorganických sloučenin. Od 60. let 20. století se ukázalo, že xenon tvoří stabilní koordinační komplexy s fluorem a kyslíkem , přičemž první izolovaný komplex je xenon hexafluoroplatinát Xe + (PtF 6 ) -v roce 1962 . Drtivá většina syntetizovaných sloučenin vzácného plynu byla vyrobena z xenonu.
Rodina z aktinidů sestává z 15 chemických prvků , včetně actinium (Ac) se thorium (Th), přičemž protaktinium (PA), uran (U) je neptunium (NP) je plutonium (Pu), přičemž americium ( Am), curium (Cm), berkelium (Bk), kalifornium (Cf), einsteinium (Es), fermium (Fm), mendelevium (Md), nobelium (No) a lawrencium . Rodina odvozuje svůj název od aktinia , prvního prvku rodiny . Radioaktivita spojená s aktinidy nebyla schopna umožnit velmi důkladná studie o této rodině, a prvky na konci řady jsou k dispozici pouze ve velmi malém množství. Rané prvky rodiny, zejména uran a plutonium , však mají velký význam díky jejich použití v jaderných elektrárnách .
Chemické vlastnosti aktinidů nevykazují stejnou uniformitu, jakou lze nalézt u lanthanoidů v celé rodině . Stejně jako lanthanoidy mají aktinidy velké atomové a iontové poloměry , což umožňuje těmto prvkům nabídnout vysokou koordinaci . Aktinidy jsou velmi reaktivní, pokud jde o halogeny a chalkogeny . Mezi časté nuklidy z thoria a uranu vykazují pouze nízké hladiny radioaktivity, takže jejich chemické vlastnosti byly také studovány. Zejména uranylový kation tvoří komplexy s mnoha donorovými ligandy .
Katalyzátor je látka, která zvyšuje rychlost reakce, aniž by byla sama spotřebována. Katalyzátory jsou široce používány v přírodě, v průmyslu a v laboratořích. Průmyslová výroba kyseliny sírové nebo amoniaku vyžaduje například katalytické procesy. Katalyzátory také hrají roli při kontrole znečištění, jako v případě katalyzátorů ve vozidlech, nebo při zlepšování průmyslových procesů. Je třeba poznamenat, že v průmyslu jsou použité katalyzátory prakticky všechny anorganické povahy.
Lze předpokládat dva typy katalýzy: homogenní nebo heterogenní . V případě homogenní katalýzy tvoří katalyzátor a reaktanty pouze jednu fázi , zatímco v případě heterogenní katalýzy je katalyzátor v jiné fázi než reaktanty a produkty katalyzované reakce. Obě formy mají své výhody a nevýhody: pro heterogenní katalýzu lze katalyzátor snadno oddělit od reaktantů a produktů, ale reakce obvykle vyžadují vysoké teploty a tlaky a mají nízkou selektivitu; naopak pro homogenní katalýzu mohou být reakce prováděny při nižších teplotách a tlacích a jsou selektivnější, ale separace katalyzátoru a reaktantů a produktů na konci reakce je hlavní nevýhodou. V homogenní fázi může být katalyzováno několik reakcí, jako je metathéza alkenů , hydrogenace alkynů , hydroformylace nebo karbonylace methanolu . Reakcemi, které mohou být katalyzovány v heterogenní fázi, jsou například hydrogenace , syntéza amoniaku nebo přeměna oxidu uhelnatého a vodíku na uhlovodíky .
Nanomateriál je materiál, jehož rozměr je v řádu od 1 do : 100 nm , nebo více výlučně materiál tohoto rozměru, který ukazuje vlastnosti nepřítomný jak na molekulární úrovni a ve stavu hromadné. Nanomateriály se používají již několik století, například při výrobě koloidního zlata k výrobě červeného barviva používaného zejména k tónování skla. Studium nanomateriálů zvláště těží z vývoje místní mikroskopie sondy v 80. letech, která umožňuje pozorovat hmotu v atomovém měřítku. Anorganická chemie je v nanotechnologiích všudypřítomná, ať už například v kovových nanočásticích nebo kvantových tečkách . Lze použít různé precedenty syntézy, například přístupy shora dolů a zdola nahoru nebo chemická nebo fyzikální depozice par.
Průmyslová anorganická chemie je důležitým odvětvím chemického průmyslu a zahrnuje mnoho různých a rozmanitých aplikací, jako jsou minerální hnojiva , stavební materiály nebo sklo a smalt . Kromě toho se v tomto průmyslovém odvětví připravuje mnoho základních produktů organického chemického průmyslu, jako jsou minerální kyseliny , zásady , oxidační činidla a halogenové sloučeniny . Nedávný vývoj v oblasti integrovaných obvodů nebo optických vláken je rovněž důsledkem anorganického chemického průmyslu.
Bioanorganická chemie se zabývá studiem kovových druhů v biologických systémech. Živé organismy využívají chemické a biologické vlastnosti spojené s interakcemi mezi kovovými ionty a biologickými ligandy různými způsoby, zejména pokud jde o enzymatickou katalýzu , buněčnou signalizaci nebo regulaci genové exprese .
Vazba, transport a použití molekuly kyslíku O 2v živých organismech jsou poskytovány metaloproteiny s anorganickými kofaktory . U většiny zvířat a rostlin hemoglobin zachycuje kyslík v plicích (nebo žábrách) a transportuje ho do tkání, kde je uložen myoglobinem . Tyto dva proteiny se nazývají hemoproteiny, protože obsahují kofaktor hemového typu , který umožňuje fixaci kyslíku. Tyto měkkýši a členovci samotné použít protein do mědi , do klíčové dírky , bezbarvý v nepřítomnosti O 2ale intenzivní modré barvy v přítomnosti O 2. Vzácnější, hemerythrin je dvoujaderný nehemový železný kofaktor nalezený u některých mořských červů.
Tok iontů K + a Na + přes membrány zajišťují iontové kanály . Tyto kanály jsou membránové proteiny a jsou zodpovědné za elektrické vedení v nervovém systému a fungují pasivně. Čerpadlo sodno-draselný je transmembránový protein , který používá odbourávání adenosin trifosfátu (ATP) na adenosin-difosfát (ADP) pro řízení koncentrace K + a Na + iontů uvnitř i vně buňky.. Tento protein hraje zásadní roli při udržování elektrochemického potenciálu membrány .
Asimilace železa organismy je obtížná kvůli nerozpustnosti Fe (III), což je stabilní oxidační stav , který se nachází ve většině minerálů. Společnost Evolution vyvinula komplexní chemické systémy pro zachycování a regulaci železa v těle. Zachycení zahrnuje ligandy zvané siderofory . Železo je poté transportováno transferiny a skladováno ve feritinech , dvou nehemových proteinech.
U elektronických přenosů v biologických systémech lze identifikovat tři typy metaloproteinů . Tyto cytochromy jsou heme proteiny podílející se na přenosu elektronů v dýchacím řetězci mitochondrií a sestávají z porfyrinu v komplexu s kovovými kationty železa nebo mědi. Tyto proteiny, železo-síra se shluky železa síry ve struktuře, a také se účastní oxidačně redukčních reakcí dýchacího řetězce. Třetím typem proteinu je rodina bílých proteinů mědi, která zahrnuje plastocyanin, který se účastní fotosyntézy . Je třeba také poznamenat, že přenosy elektronů v proteinech jsou spojeny s chemickými procesy, jako jsou přenosy iontů, a zejména přenosy protonů .
Enzymy zajišťují katalýzu v biologických systémech řízením nejen rychlosti reakce, ale také podporou určitých geometrií v jejich přechodném stavu díky terciární struktuře polypeptidového řetězce. Enzym katalýza je nezbytné pro živé organismy pro specifické zrychlení reakcí nezbytných pro metabolismus a biosyntézu biomolekul, které tvoří. Protein tvoří základní strukturu enzymů ( apoenzymu ), ke kterým musí být přidána protetická skupina, kterou může nebo nemusí být komplexovaný kovový iont.
Acidobazická katalýza pomocí enzymů umožňuje lokálně produkovat iontů hydroxidy HO -nebo hydroniové H 3 O +za podmínek pH, kterých se biologické systémy dosáhnou jen zřídka. Živé organismy používají převážně zinek pro tento typ katalyzátorů, protože to je hojný kov, těžko oxidovatelné nebo redukovatelné, který tvoří pevné vazby s aminokyselinami, a které se mohou vázat exogenní ligandy, jako je například H 2 O. Příklady tohoto typu enzymu jsou karboanhydráza , karboxypeptidáza nebo alkalická fosfatáza . Manganu (v Rubisco ) nebo železa (v kyselé fosfatázy nebo akonitázy ) jsou také používány v acidobazické katalýzy.
Řada enzymů, může také aktivovat malé molekuly na bázi kyslíku, jako je například H 2 O, H 2 O 2nebo O 2. Mezi peroxidázy rozkládají peroxidy , a např. Křenová peroxidáza nebo cytochrom c peroxidáza mají protetické skupiny hem katalyzovat tuto reakci. Tyto oxidázy katalyzuje redukci dioxygen O 2ve vodě nebo v peroxidu vodíku H 2 O 2. Cytochrom c oxidázy má prostetické skupiny na bázi železa a mědi , a tento enzym je základem všech vyšších životních forem. Oxygenázy (jako je cytochrom P450 ), katalyzují vložení atomy kyslíku v organických substrátů. Nakonec enzymatická produkce O 2fotosyntéza zahrnuje mnoho metaloenzymů, zejména fotosystém II, ve kterém je voda oxidována na dioxygen díky složitému katalytickému místu složenému z atomů manganu a jednoho atomu mědi.
Dusík N 2a vodík H 2lze redukovat enzymy na bázi sulfidu železa. Tyto nitrogenase převádí N 2v NH 3a jeho aktivní místo se skládá ze shluku sulfidu železa a atomu molybdenu (který může být v některých případech nahrazen vanadem nebo železem ). Hydrogenase rodina umožňuje reverzibilní redukci H 2v H +a aktivní místo je složeno ze síry a železa pro [FeFe] -hydrogenázu a síry, železa a niklu pro [NiFe] -hydrogenázu.
Asimilace určitých chemických prvků biosférou je součástí biogeochemických cyklů . Jedná se o procesy transportu a transformace chemických prvků mezi geosférou , atmosférou , hydrosférou a biosférou . U živých organismů tyto cykly zahrnují metaloproteiny schopné účinně fixovat, transportovat a transformovat tyto chemické prvky. Učebnicovým případem je dusíkový cyklus , který umožňuje zejména fixaci dusíku N 2atmosférický bakteriemi přítomnými v půdě a který zahrnuje enzymy obsahující železo , měď a molybden .
V přírodě biologické organismy produkují mineralizované tkáně, jako jsou kosti, zuby nebo skořápky. Biomineralizace je proces produkce těchto anorganických minerálů živými organismy. Například uhličitan vápenatý CaCO 3, ve formě kalcitu nebo aragonitu , je přítomen ve skořápkách a vaječných skořápkách , fosforečnan vápenatý ve formě hydroxyapatitu je hlavní složkou kostí a zubů a magnetotaktické bakterie syntetizují krystaly oxidů železa magnetitového typu nebo železa sulfidy greigitového typu Fe 3 S 4pro své magnetické vlastnosti za účelem orientace a pohybu podél linií magnetického pole .
Anorganické a chelatační komplexy hrají ve farmakologii důležitou roli . Jednou z hlavních výzev v této oblasti je stanovení způsobu účinku léčiva na molekulární úrovni, přičemž je třeba mít na paměti, že podávaný lék neodpovídá reaktivním druhům v aktivním místě , a to platí zejména pro komplexy kovů, které jsou často citlivější na hydrolýzu než organické molekuly . Některé kovy, které nejsou přítomny v živých organismech, jako je platina , zlato , ruthenium nebo vizmut, mohou mít také farmakologické účinky. Anorganická chemie se podílí na několika úrovních ve farmakologii, například při léčení přebytku železa v těle tím, že ligandy inspirované siderofory , léčení některých rakovin s cisplatinou (cis- [PtCl 2 (NH 3 ) 2]) Jako inhibitor z replikace DNA , použití zlatých komplexů proti revmatoidní artritidy , nebo použití kovových komplexů na bázi gadolinia jako kontrastní látky v lékařském zobrazování .
Pojem kovových stopových prvků má tendenci nahrazovat pojem těžkých kovů, který byl a zůstává špatně definovaným pojmem, protože spojuje toxické kovy, které jsou opravdu těžké, s ostatními, které méně. Některé z těchto kovových stopových prvků jsou toxické nebo toxické za určitou prahovou hodnotou nebo radioaktivní ( radionuklidy ). Kovy se liší od toxických organických sloučenin v tom, že je nelze rozložit na netoxické formy, i když se nakonec mohou přeměnit na nerozpustné formy, a proto již nejsou biologicky dostupné. Kovové stopové prvky se nacházejí ve vzduchu, vodě a půdě.
Zvažujeme hlavně pět prvků, které představují nejdůležitější nebezpečí pro životní prostředí kvůli jejich toxicitě a jejich rozsáhlé distribuci: rtuť (Hg), olovo (Pb), kadmium (Cd), chrom (Cr) a arsen (As). Pojem chemická speciace je z tohoto hlediska důležitý, protože umožňuje rozlišit různé možné formy každého prvku v daném prostředí. Tyto prvky nejsou ve své kovové formě (M °) nijak zvlášť toxické , s významnou výjimkou vysoce toxických par rtuti. Kationtové formy těchto kovů jsou nebezpečné, zejména pokud jsou spojeny s krátkými uhlíkovými řetězci . Můžeme také zaznamenat silnou afinitu těchto kationtů k síře, která je přítomna v mnoha enzymech kontrolujících metabolické reakce v lidském těle. Vazba kov-síra modifikuje aktivitu těchto enzymů, což vede k poruchám zdraví živých bytostí.
Některé látky mohou také vykazovat biomagnifikace jevy : hladiny kovových stopových prvků zvyšuje v každé fázi potravního řetězce (potravinového řetězce). Týká se to hlavně rtuti. Mnoho vodních druhů dokáže biokoncentrovat kovy, jako jsou ústřice a slávky, které mohou mít hladinu rtuti nebo kadmia 100 000krát vyšší než ve vodě, ve které žijí. Většina kovů přijímaných člověkem tedy pochází spíše z potravin než z pitné vody.
Tyto oxidy dusíku a síry jsou hlavní znečišťující látky z atmosféry. Oxidy dusíku NO x se vyrábějí hlavně při spalování fosilních paliv při vysoké teplotě a ohřívače dřeva generují více emisí na jednotku vyrobené energie než spalovací zařízení na fosilní paliva. Uhlí horší kvality a oleje obsahují sloučeniny síry a vytvářet oxid siřičitý SO 2 při spalování, ale oxid siřičitý v atmosféře pochází hlavně z vulkanické erupce . Kyselý déšť jsou přímým výsledný tyto dva druhy znečišťujících látek.
Mnoho městských center zažívá epizody znečištění ovzduší způsobené velmi vysokou úrovní ozonu , což je jev známý jako smog . Troposférického ozónu O 3 , to znamená, že se ozonu v atmosféře, je sekundární znečišťující . Nevyzařuje se přímo do ovzduší, ale je výsledkem složitých fotochemických reakcí zahrnujících prekurzory , zejména oxidy dusíku z výfukových plynů automobilů. Smog není jediným problémem znečištění ovzduší vytvořený automobilů. Jiné znečišťující látky, například olovo , pocházejí ze spalování benzínu . Olovo ve formě tetraethylovaného olova bylo používáno jako protiblokovací prostředek zvyšováním oktanového čísla . Vývoj bezolovnatého benzínu v 70. letech umožnil snížit nepříjemnosti způsobené otravou olovem .
Anorganické znečišťující látky ve vodě a půdě pocházejí hlavně z lidské činnosti, jako jsou minerální hnojiva na bázi fosforečnanů (PO3-
4) a dusičnany (č-
3) nebo kovové stopové prvky uvolňované odtokem kyselých dolů , městským odtokem a průmyslovými činnostmi.
Radioaktivní znečištění je výsledkem postřiku, nehody nebo jaderného výbuchu, při kterém se šíří radioizotopy . Tyto radioizotopy mohou být přírodního původu, například pro uran 238 , uran 235 nebo thoria 232 , nebo v důsledku lidské činnosti, jako jsou radioaktivní odpady z výzkumných, průmyslových nebo lékařských laboratoří, odpady z výroby jaderné energie nebo jaderné bomby a experimentální jaderné výbuchy. . Radioaktivní znečištění je pro člověka škodlivé, protože radioizotopy se mohou rozpadat emitováním ionizujícího záření, které poškozuje buněčné složky živých organismů.
Tyto primární zdroje v anorganické chemii lze shrnout do asi čtyřiceti vědeckých časopisech podle Journal Citation Reports , na který musí být přidán po deset všeobecný časopisů v chemii, jako je například Angewandte Chemie , Chemical Communications , nebo Journal of American Chemical Society . Několik článků se také každoročně objevuje v obecných vědeckých časopisech Nature and Science . Následující tabulka uvádí hlavní mezinárodní vědecké časopisy se specializací na anorganickou chemii.
Titul | Editor | rok stvoření |
Impact factor (2015) |
---|---|---|---|
Aplikovaná organokovová chemie | John Wiley & Sons | 1987 | 2,452 |
Recenze koordinační chemie | Elsevierova věda | 1973 | 12,994 |
Daltonské transakce | Royal Society of Chemistry | 1966 | 4,177 |
European Journal of Anorganic Chemistry | John Wiley & Sons | 1998 | 2,686 |
Anorganická chemie | Americká chemická společnost | 1962 | 4,820 |
Komunikace anorganické chemie | Elsevierova věda | 1998 | 1762 |
Inorganica Chimica Acta | Elsevierova věda | 1967 | 1,918 |
Journal of Biological Anorganic Chemistry | Springer Verlag | 1996 | 2495 |
Journal of Anorganic Biochemistry | Elsevierova věda | 1971 | 3,205 |
Journal of Organometallic Chemistry | Elsevierova věda | 1963 | 2.336 |
Journal of Solid State Chemistry | Elsevierova věda | 1969 | 2265 |
Organometallics | Americká chemická společnost | 1982 | 4,186 |
Mnohostěn | Elsevierova věda | 1955 | 2.108 |
Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie | John Wiley & Sons | 1892 | 1261 |
Tyto druhotné zdroje jsou vědecká publikace publikování přehledové články v anorganické chemii, především Koordinační chemie Recenze , Chemical Society Recenze a Chemical Reviews . Některé z primárních publikací představujících vědecké výsledky také obsahují články v časopisech v každém čísle. Sbírka Anorganic Syntheses je série knih vydávaných od roku 1939, jejímž cílem je publikovat podrobné postupy pro syntézu anorganických sloučenin.
Rok | Laureát (y) | Státní příslušnost | Oceněná práce |
---|---|---|---|
1904 | William Ramsay | Spojené království | Jako uznání objevu inertních plynných prvků ve vzduchu a určení jejich polohy v periodické tabulce |
1906 | Henri moissan | Francie | Jako uznání za skvělé služby, které poskytl objevem fluoru a jeho vlastností, a za to, že vědě zpřístupnil elektrickou pec, která nese jeho jméno |
1911 | Marie Curie | Francie | Za služby poskytované rozvoji chemie jeho objevem prvků radium a polonium , za to, že mají izolované radia a za studium povahy a sloučenin tohoto pozoruhodného prvku |
1913 | Alfred Werner | švýcarský | Za svou práci na vazbách atomů v molekulách, díky níž vrhl nové světlo na předchozí studie a otevřel nové oblasti výzkumu, zejména v minerální chemii |
1918 | Fritz Haber | Německo | Pro syntézu amoniaku z jeho prvků Pozn .: cena udělena v roce 1919 a udělena v roce 1920 |
1951 |
Edwin McMillan a Glenn Theodore Seaborg |
USA Spojené státy |
Za jejich objevy v chemii transuranových prvků |
1954 | Linus Carl Pauling | Spojené státy | Pro jeho výzkum povahy chemických vazeb a jejich aplikací ke stanovení struktury komplexních látek |
1963 |
Karl Ziegler a Giulio Natta |
Západní Německo Itálie |
Za jejich objevy v oblasti chemie a vysoké polymerní technologie |
1964 | Dorothy Crowfoot Hodgkin | Spojené království | Pro stanovení struktury důležitých biologických látek rentgenovými technikami |
1966 | Robert Sanderson Mulliken | Spojené státy | Za své základní dílo týkající se chemických vazeb a elektronické struktury molekul molekulární orbitální metodou |
1973 |
Ernst Otto Fischer a Geoffrey Wilkinson |
Západní Německo Spojené království |
Za svou průkopnickou práci prováděnou samostatně na organokovových sloučeninách nazývaných sendvičové sloučeniny |
1976 | William lipscomb | Spojené státy | Pro jeho práci na struktuře boranů , která vrhla nové světlo na chemické vazby |
1983 | Henry taube | Spojené státy | Pro jeho práci na mechanismech reakcí přenosu elektronů , zejména v komplexech kovů |
1985 |
Herbert Aaron Hauptman a Jerome Karle |
USA Spojené státy |
Za jejich pozoruhodné úspěchy při vývoji přímých metod pro stanovení krystalických struktur |
1996 |
Robert Curl , Richard Smalley a Harold Kroto |
USA Spojené státy Spojené království |
Za objev fullerenů |
1998 |
Walter Kohn ¹ a John A. Pople ² |
Spojené státy Spojené království |
¹ Za jeho vývoj teorie funkční hustoty ² Za to, že jsme vyvinuli výpočetní metody v kvantové chemii |
2001 |
William S. Knowles ¹, K. Barry Sharpless ² a Ryoji Noyori ¹ |
Spojené státy americké Japonsko |
¹ Za práci na hydrogenačních reakcích s chirální katalýzou ² Za práci na oxidačních reakcích při chirální katalýze |
2005 |
Yves Chauvin , Robert Grubbs a Richard R. Schrock |
Francie Spojené státy Spojené státy |
Za jejich práci na vývoji metody metateze v organické syntéze |
2010 |
Richard Heck , Ei-ichi Negishi a Akira Suzuki |
Spojené státy Japonsko Japonsko |
Pro kopulační reakce katalyzované palladiem v organické syntéze |
2016 |
Jean-Pierre Sauvage James Fraser Stoddart Bernard L. Feringa |
Francie Spojené království Nizozemsko |
Pro návrh a syntézu molekulárních strojů |