موادشیمیایی
ماده ، به هر چیزی که حجمی را اشغال کند و جرمی داشته باشد، اطلاق میشود. مواد شیمیایی به موادی اطلاق میگردد که معمولا از طریق سنتز شیمیایی تهیه میشوند و یا اینکه منشأ طبیعی داشته و مواد اولیه تهیه سایر مواد شیمیایی به حساب میآیند.
طبقه بندی مواد شیمیایی
مواد شیمیایی بطور عمده به دو گروه بزرگ مواد معدنی و مواد آلی تقسیم بندی میشوند. هر یک از این دو گروه ، در دو مبحث شیمی آلی و شیمی معدنی بررسی میشوند. در این مطالعه ، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد آلی و معدنی ، منابع ، طریقه سنتز و واکنشها و ... مورد بررسی قرار میگیرند.
مواد شیمیایی آلی
در قدیم ، ماده آلی به مادهای اطلاق میگردید که بوسیله بدن موجودات زنده ساخته میشد. تا اینکه در سال 1828 ، "وهلر" (Wohler) دانشمند آلمانی ، برای اولین بار جسمی به نام اوره به فرمول CO(NH2)2 را در آزمایشگاه از یک ترکیب معدنی به نام ایزوسیانات تهیه نمود و از آن پس معلوم شد که میتوان مواد آلی را نیز در آزمایشگاه ساخت.امروزه بیش از یک میلیون نوع ماده آلی شناخته شده است که بسیاری از آنها را در آزمایشگاهها تهیه میکنند. مواد آلی ، به مواد غیر معدنی گفته میشود و با مواد معدنی تفاوتهای کلی در چند مورد دارند.
مواد شیمیایی معدنی
اگر شیمی آلی به عنوان شیمی ترکیبات کربن ، عمدتا آنهایی که شامل هیدروژن یا هالوژنها به علاوه عناصر دیگر هستند، تعریف شود، شیمی معدنی را میتوان بطور کلی به عنوان شیمی عناصر دیگر در نظر گرفت که شامل همه عناصر باقیمانده در جدول تناوبی و همینطور کربن ، که نقش عمدهای در بیشتر ترکیبات معدنی دارد، میگردد.شیمی آلی - فلزی ، زمینه وسیعی که با سرعت زیاد رشد میکند، به علت اینکه ترکیبات شامل پیوندهای مستقیم فلز - کربن را بررسی میکند دو شاخه را بهم مرتبط میسازد. همانطوری که میتوان حدس زد، قلمرو شیمی معدنی با فراهم کردن زمینههای تحقیقی اساسا نامحدود ، بسیار گسترده است.
مقایسه مواد آلی و مواد معدنی
مواد شیمیایی آلی و معدنی با همدیگر تفاوتهای کلی دارند که عبارتند از:- در تمام مواد آلی حتما کربن وجود دارد، در صورتی که مواد معدنی بدون کربن بسیارند. ضمنا در ترکیبات آلی ، اتمهای کربن میتوانند با یکدیگر ترکیب شوند و زنجیرهای طویل تشکیل دهند، در حالیکه این خاصیت در عناصر دیگر خیلی کمتر دیده میشود.
- مقاومت مواد آلی در برابر حرارت از مواد معدنی کمتر است.
- اغلب واکنشهای میان مواد آلی کند و دو جانبه یا تعادلی هستند، در صورتیکه اغلب واکنشهای معدنی تند میباشند.
- در ترکیبات آلی ، ممکن است 2 یا چند جسم مختلف با فرمولهای ساختمانی مختلف ، دارای یک فرمول مولکولی باشند که در این صورت به آنها ایزومر یا همفرمول گفته میشود. مثلا الکل معمولی C2H5OH با جسمی به نام اتر اکسید متیل CH3OCH3 همفرمول یا ایزومر است. زیرا هر دو دارای فرمول بسته یا مولکولی C2H6O هستند، در صورتی که پدیده ایزومری در ترکیبات معدنی وجود ندارد.
تقسیم بندی مواد شیمیایی آلی
عناصر تشکیل دهنده ترکیبات شیمیایی آلی به ترتیب فراوانی مطابق زیر است:فلزات , هالوژنها , C , H , O , N , S , P , As . فراوانترین چهار عنصر N , O , H , C عناصر اصلی سازنده مواد آلی به حساب میآیند. زیرا اغلب اجسام آلی از این چهار عنصر تشکیل یافتهاند و با توجه به همین مطلب ، مواد آلی را به چهار دسته کلی تقسیم میکنیم:
هیدروکربنهای ساده
ترکیباتی هستند که فقط از H , C درست شدهاند و به همین دلیل ، هیدروکربن شدهاند. آنها با فرمول کلی CxHy نمایش میدهند. بسته به اینکه y , x چه اعدادی باشند، هیدروکربنهای گوناگون یافت میشوند.هیدروکربنهای اکسیژندار
ترکیباتی هستند که از O , H , C درست شده اند و با فرمول کلی CxHyOz نشان داده میشوند.هیدروکربنهای نیتروژندار
ترکیباتی هستند که از N , H , C درست شدهاند و با فرمول کلی CxHyNt نشان داده میشوند.هیدروکربنهای اکسیژن و نیتروژن دار
ترکیباتی هستند که علاوه بر H ، C ، اکسیژن و نیتروژن و با فرمول کلی CxHyOzNt نمایش داده میشوند.شیمی آلی
تاریخچه
واژه غلط انداز " آلی " باقیمانده از روزگاری است که ترکیبهای شیمیایی را ، بسته به این که از چه محلی منشاء گرفته باشند، به دو طبقه غیر آلی و آلی تقسیم میکردند. ترکیبهای غیر آلی ، ترکیبهایی بودند که از مواد معدنی بدست میآمدند. ترکیبات آلی ، ترکیبهایی بودند که از منابع گیاهی یا حیوانی ، یعنی از مواد تولید شده به وسیله ارگانیسمهای زنده بدست میآمدند.
در حقیقت تا حدود سال 1950، بسیاری از شیمیدانها تصور میکردند که ترکیبات آلی باید در ارگانیسم های زنده بوجود آیند و در نتیجه ، هرگز نمیتوان آنها را از مواد غیر آلی تهیه کرد. ترکیبهایی که از منابع آلی بدست می آمدند، یک چیز مشترک داشتند: همه آنها دارای عنصر کربن بودند. حتی بعد از آن که روشن شد این ترکیبها الزاما نباید از منابع زنده به دست آیند، بلکه میتوان آنها را در آزمایشگاه نیز تهیه کرد.
بهتر آن دیدند که برای توصیف آنها و ترکیبهایی مانند آنها ، همچنان از واژه آلی استفاده کنند. تقسیم ترکیبها به غیر آلی و آلی تا به امروز همچنان محفوظ مانده است.
در حقیقت تا حدود سال 1950، بسیاری از شیمیدانها تصور میکردند که ترکیبات آلی باید در ارگانیسم های زنده بوجود آیند و در نتیجه ، هرگز نمیتوان آنها را از مواد غیر آلی تهیه کرد. ترکیبهایی که از منابع آلی بدست می آمدند، یک چیز مشترک داشتند: همه آنها دارای عنصر کربن بودند. حتی بعد از آن که روشن شد این ترکیبها الزاما نباید از منابع زنده به دست آیند، بلکه میتوان آنها را در آزمایشگاه نیز تهیه کرد.
بهتر آن دیدند که برای توصیف آنها و ترکیبهایی مانند آنها ، همچنان از واژه آلی استفاده کنند. تقسیم ترکیبها به غیر آلی و آلی تا به امروز همچنان محفوظ مانده است.
منابع مواد آلی
امروزه گرچه هنوز مناسبتر است که بعضی از ترکیبهای کربن را از منابع گیاهی و حیوانی استخراج کنند، ولی بیشتر آنها را میسازند. این ترکیبها را گاهی از اجسام غیر آلی مانند کربناتها و سیانیدها میسازند، ولی اغلب آنها را از سایر ترکیبهای آلی بدست میآورند. دو منبع بزرگ مواد آلی وجود دارد که ترکیبهای آلی ساده از آن بدست میآیند:
نفت و زغال سنگ؛ (هر دو منبع به معنی قدیمی خود ، آلیاند، زیرا فرآورده های تجزیه و فساد گیاهان و جانوران به شمار می آیند).
این ترکیبهای ساده بعنوان مواد ساختمانی اولیه مورد استفاده قرار میگیرند و با کمک آنها میتوان ترکیبهایی بزرگتر و پیچیدهتر را تهیه کرد. با نفت و زغال سنگ بعنوان سوختهای فسیلی ، باقیمانده از هزاران سال و تجدید نشدنی ، آشنا هستیم. این منابع ، بویژه نفت ، بمنظور تامین نیازهای پیوسته رو به افزایش ما به انرژی ، با سرعتی نگرانکننده مصرف میشوند.
امروزه ، کمتر از ده درصد نفت مصرفی در تهیه مواد شیمیایی ، بکار گرفته میشود. بیشتر آن برای تامین انرژی بسادگی سوزانده میشود. خوشبختانه ، منابع دیگر انرژی ، مانند خورشیدی ، زمین گرمایی ، باد ، امواج ، جزر و مد ، انرژی هستهای نیز وجود دارد.
نفت و زغال سنگ؛ (هر دو منبع به معنی قدیمی خود ، آلیاند، زیرا فرآورده های تجزیه و فساد گیاهان و جانوران به شمار می آیند).
این ترکیبهای ساده بعنوان مواد ساختمانی اولیه مورد استفاده قرار میگیرند و با کمک آنها میتوان ترکیبهایی بزرگتر و پیچیدهتر را تهیه کرد. با نفت و زغال سنگ بعنوان سوختهای فسیلی ، باقیمانده از هزاران سال و تجدید نشدنی ، آشنا هستیم. این منابع ، بویژه نفت ، بمنظور تامین نیازهای پیوسته رو به افزایش ما به انرژی ، با سرعتی نگرانکننده مصرف میشوند.
امروزه ، کمتر از ده درصد نفت مصرفی در تهیه مواد شیمیایی ، بکار گرفته میشود. بیشتر آن برای تامین انرژی بسادگی سوزانده میشود. خوشبختانه ، منابع دیگر انرژی ، مانند خورشیدی ، زمین گرمایی ، باد ، امواج ، جزر و مد ، انرژی هستهای نیز وجود دارد.
زیست توده
چگونه و در کجا میتوانیم منبع دیگری از مواد اولیه آلی پیدا کنیم؛ بی شک باید به جایی روی آوریم که مبدا اولیه سوختهای فسیلی است، یعنی زیست توده biomass ، ولی این بار بطور مستقیم و بدون دخالت هزاران سال. زیست توده ، تجدید شدنی است، براحتی مورد استفاده قرار میگیرد و میتواند تا موقعی که بر روی این سیاره زندگی میکنیم، تداوم داشته باشد.
در ضمن عقیده بر این است که نفت خیلی گرانبهاتر از آن است که سوزانده شود.
در ضمن عقیده بر این است که نفت خیلی گرانبهاتر از آن است که سوزانده شود.
ویژگی ترکیبات کربن
براستی چه ویژگی خاصی در ترکیبهای کربن وجود دارد که لازم است آنها را از ترکیبهای یکصد و چند عنصر دیگر جدول تناوبی جدا کنیم؟ دست کم ، بخشی از پاسخ چنین است: ترکیبهای بسیار زیادی از کربن وجود دارد و مولکول آنها میتواند بسیار بزرگ و بسیار پیچیده باشد. شمار ترکیبهای کربندار ، چندین برابر ترکیبهایی است که کربن ندارند. این ترکیبهای آلی را به خانواده هایی تقسیم میکنند که معمولا در ترکیبهای غیرآلی ، همانندی برایشان وجود ندارد.
بعضی از مولکولهای شناخته شده آلی ، هزاران اتم دارند و آرایش اتمها در مولکولهای نسبتا کوچک ممکن است بسیار پیچیده باشد. یکی از دشواریهای اساسی شیمی آلی ، یافتن چگونگی آرایش اتمها در مولکولها ، یعنی تعیین ساختار این ترکیبهاست.
بعضی از مولکولهای شناخته شده آلی ، هزاران اتم دارند و آرایش اتمها در مولکولهای نسبتا کوچک ممکن است بسیار پیچیده باشد. یکی از دشواریهای اساسی شیمی آلی ، یافتن چگونگی آرایش اتمها در مولکولها ، یعنی تعیین ساختار این ترکیبهاست.
واکنشها در شیمی آلی
راههای زیادی برای خرد کردن مولکولهای پیچیده یا نوآرایی آنها بمنظور تشکیل مولکولهای تازه وجود دارد. راههای زیادی برای افزودن اتمهای دیگر به این مولکولها یا جانشین کردن اتمهای تازه به جای اتمهای پیشین وجود دارد. بخشی ار شیمی آلی صرف دانستن این مطلب میشود که این واکنشها چه واکنشهایی هستند، چگونه انجام میشوند و چگونه میتوان از آنها در سنتز ترکیبهای مورد نیاز استفاده کرد.
گستره اتصال اتمهای کربن در ترکیبات کربن
اتمهای کربن میتوانند به یکدیگر متصل شوند. گستره اتصال آنها به هم ، به اندازهای است که برای اتمهای هیچ یک از عناصر دیگر ممکن نیست. اتمهای کربن میتوانند زنجیرهایی به طول هزارها اتم ، یا حلقههایی با ابعاد گوناگون تشکیل دهند. این زنجیرها ممکن است شاخهدار و دارای پیوندهای عرضی باشند. به اتمهای کربن در این زنجیرها و حلقه ها ، اتمهای دیگری بویژه هیدروژن ، همچنین فلوئور ، کلر ، برم ، ید ، اکسیژن، نیتروژن ، گوگرد ، فسفر و سایر اتمها متصل میشوند. سلولز ، کلروفیل و اکسی توسین مثالهایی از این دستند.
هر آرایش متفاوتی از اتمها با یک ترکیب معین تطبیق میکند و هر ترکیب دارای مجموعه ای از ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی مخصوص به خود است. شگفتانگیز نیست که امروزه بیش از ده میلیون ترکیب کربن میشناسیم و این که بر این تعداد ، همه ساله نیم میلیون افزوده میشود. همچنین شگفت انگیز نیست که مطالعه و بررسی شیمی آنها به تخصصی ویژه نیاز دارد.
هر آرایش متفاوتی از اتمها با یک ترکیب معین تطبیق میکند و هر ترکیب دارای مجموعه ای از ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی مخصوص به خود است. شگفتانگیز نیست که امروزه بیش از ده میلیون ترکیب کربن میشناسیم و این که بر این تعداد ، همه ساله نیم میلیون افزوده میشود. همچنین شگفت انگیز نیست که مطالعه و بررسی شیمی آنها به تخصصی ویژه نیاز دارد.
تکنولوژی و شیمی آلی
شیمی آلی ، زمینهای است که از دیدگاه تکنولوژی اهمیتی فوقالعاده دارد. شیمی آلی شیمی رنگ و دارو ، کاغذ و مرکب ، رنگینه ها و پلاستیکها ، بنزین و لاستیک چرخ است. شیمی آلی ، شیمی غذایی است که میخوریم و لباسی است که میپوشیم.
زیست شناسی و شیمی آلی
شیمی آلی در زیست شناسی و پزشکی نقش اساسی برعهده دارد. گذشته از آن ، ارگانیسم های زنده ، بیشتر از ترکیبهای آلی ساخته شده اند. مولکولهای "زیست شناسی مولکولی" همان مولکولهای آلی هستند. زیست شناسی در سطح مولکولی ، همان شیمی آلی است.
 |
|
|
عصر کربن
اگر بگوییم که در عصر کربن زندگی می کنیم، دور از حقیقت نیست. هر روز ، روزنامهها توجه ما را به ترکیبهای کربن جلب میکنند: کلسترولو چربیهای سیرنشده چند عاملی ، هورمونهای رشد و استروئیدها ، حشره کشها و فرومونها ، عوامل سرطانزا و عوامل شیمیدرمانی ، DNA و ژنها. بر سر نفت ، جنگها در گرفته است.
دو فاجعه اسفانگیز ما را تهدید میکنند، هر دو از تجمع ترکیبهای کربن در اتمسفر ناشی میشوند: از بین رفتن لایه اوزون که بیشتر ناشی از کلرو فلوئورو کربنهاست و اثر گلخانهای از متان ، کلروفلوئوروکربنها و بیش از همه ، دیاکسید کربن سرچشمه میگیرد. شاید کنایه بر همین مطلب است که نشریه علوم ، برای سال 1990، بعنوان مولکول سال ، الماس را که یکی از شکلهای آلوتروپی کربن است، برگزیده.
خبر دیگر ، کشف آلوتروپ جدید کربن C60 (باک منیستر فولرن) است که چنین هیجانی در جهان شیمی از زمان " ککوله " تاکنون دیده نشده بود.
دو فاجعه اسفانگیز ما را تهدید میکنند، هر دو از تجمع ترکیبهای کربن در اتمسفر ناشی میشوند: از بین رفتن لایه اوزون که بیشتر ناشی از کلرو فلوئورو کربنهاست و اثر گلخانهای از متان ، کلروفلوئوروکربنها و بیش از همه ، دیاکسید کربن سرچشمه میگیرد. شاید کنایه بر همین مطلب است که نشریه علوم ، برای سال 1990، بعنوان مولکول سال ، الماس را که یکی از شکلهای آلوتروپی کربن است، برگزیده.
خبر دیگر ، کشف آلوتروپ جدید کربن C60 (باک منیستر فولرن) است که چنین هیجانی در جهان شیمی از زمان " ککوله " تاکنون دیده نشده بود.
شیمی معدنی
| شیمی معدنی ، شاخه بزرگی از علم شیمی است که بطور کلی شامل بررسی ، تحلیل و تفسیر نظریههای خواص و واکنشهای تمام عناصر و ترکیبات آنها بجز هیدروکربنها و اغلب مشتقات آنهاست. به عبارت دیگر میتوان چنین اظهار نظر کرد که شیمی معدنی کلیه موادی را که از جمله ترکیبات کربن نباشند، به استثنای اکسیدهای کربن و دیسولفید کربن دربرمیگیرد. |
نگاه کلی
در شیمی معدنی در مورد گستره وسیعی از موضوعات از جمله : ساختمان اتمی ، کریستالوگرافی ، انواع پیوندهای شیمیایی اعم از پیوندهای کووالانسی ، یونی ، هیدروژنی و ... ، ترکیبات کوئوردیناسیون و نظریههای مربوطه از جمله نظریه میدان بلور و نظریه اوربیتال مولکولی ، واکنشهای اسید و باز ، سرامیکها ، تقارن مولکولی و انواع بخشهای زیرطبقه الکتروشیمی ( الکترولیز ، باطری ، خوردگی ، نیمه رسانایی و غیره ) بحث میشود.
در باب اهمیت شیمی معدنی ، "ساندرسن" چنین نوشته است:
« در واقع بیشترین مباحث علم شیمی را دانش اتمها تشکیل میدهد و کلیه خواص مواد و ترکیبات ، بهناچار ناشی از نوع اتمها و روشی است که با توجه به آن ، اتمها به یکدیگر میپیوندند و مجموعه تشکیل میدهند و از طرف دیگر کلیه تغییرات شیمیایی متضمن بازآرایی مجدد اتمهاست. در این حال ، شیمی معدنی تنها بخشی از علم شیمی است که با توجه به آن میتوان به صورتی ویژه ، در باب مغایرتهای موجود در میان کلیه انواع اتمها بررسی نمود. »
در باب اهمیت شیمی معدنی ، "ساندرسن" چنین نوشته است:
« در واقع بیشترین مباحث علم شیمی را دانش اتمها تشکیل میدهد و کلیه خواص مواد و ترکیبات ، بهناچار ناشی از نوع اتمها و روشی است که با توجه به آن ، اتمها به یکدیگر میپیوندند و مجموعه تشکیل میدهند و از طرف دیگر کلیه تغییرات شیمیایی متضمن بازآرایی مجدد اتمهاست. در این حال ، شیمی معدنی تنها بخشی از علم شیمی است که با توجه به آن میتوان به صورتی ویژه ، در باب مغایرتهای موجود در میان کلیه انواع اتمها بررسی نمود. »
طبقهبندی مواد معدنی
در یک مفهوم گسترده ، مواد معدنی را میتوان در چهار طبقه تقسیم بندی نمود: عناصر ، ترکیبات یونی ، ترکیبات مولکولی و جامدات شبکهای یا بسپارها.
- عناصر : عناصر دارای ساختارها و خواص بسیار متفاوت هستند، بنابراین میتوانند به یکی از صورتهای زیر باشند:
- گازهای اتمی (Kr , Ar) و یا گازهای مولکولی (
)
- جامدات مولکولی (
)
- مولکولها و یا جامدات شبکهای گسترش یافته ( الماس ، گرافیت )
- فلزات جامد (Co , W) و یا مایع (Hg , Ca)
- ترکیبات یونی : این ترکیبات در دما و فشار استاندارد همواره جامدند و عبارتند از:
- ترکیبات یونی ساده ، مانند NaCl که در آب یا دیگر حلالهای قطبی محلولاند.
- اکسیدهای یونی که در آب غیر محلولاند، مانند (
) و اکسیدهای مختلط همچون اسپنیل (
) ، سیلیکاتهای مختلف مانند 
و ...
- دیگر هالیدهای دوتایی ، کاربیدها ، سولفیدها و مواد مشابه. چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.
- ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی ( بهاصطلاح کمپلکس ) میباشند، همچون
.
- ترکیبات مولکولی : این ترکیبات ممکن است جامد ، مایع و یا گاز باشند و مثالهای زیر را دربر میگیرند:
- ترکیبات دوتایی ساده همچون
.
- ترکیبات پیچیده فلزدار همچون
.
- ترکیبات آلی فلزی که مشخصا پیوندهای فلز به کربن دارند، مانند
.
- جامدات شبکهای یا بسپارها : نمونههای این مواد شامل بسپارهای متعدد و متنوع معدنی و ابررساناها میباشد. فرمول نمونهای از ترکیبات اخیر
است.
|
|
ساختارهای مواد معدنی
ساختار بسیاری از مواد آلی از چهار وجهی مشتق میشود. فراوانی آنها به این دلیل است که در مواد آلی ساده ، بیشترین ظرفیت کربن و همچون بیشتر عناصر دیگری (به استثنای هیدروژن) که معمولا به کربن پیوند میشوند، چهار است. اما اجسام معدنی وضعیت ساختاری بسیار پیچیدهای دارند، زیرا اتمها ممکن است خیلی بیشتر از چهار پیوند تشکیل دهند. بنابراین ، در مواد معدنی ، اینکه اتمها پنج ، شش ، هفت ، هشت و تعداد بیشتری پیوند تشکیل دهند، امری عادی است. پس تنوع شکل هندسی در مواد معدنی خیلی بیشتر از مواد آلی است.
ساختار مواد معدنی اغلب بر اساس تعدادی از چند وجهیهای با نظم کمتر ، نظیر دو هرمی با قاعده مثلث ، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز چند وجهیهای منتظم یا غیر منتظم که در آنها یک یا چند راس حذف شده است، نیز مشاهده میشود.
انواع واکنشهای مواد معدنی در بیشتر واکنشهای آلی میتوانیم در مورد مکانیسمی که واکنش از طریق آن انجام میشود، بحث و بررسی کنیم، در صورتی که برای بسیاری از واکنشهای معدنی فهم دقیق مکانیسم غیر ممکن یا غیر ضروری است. این امر دو دلیل عمده دارد:
- اولا ، برخلاف بیشتر مواد آلی ، پیوندها در ترکیبات معدنی غالبا تغییر ناپذیرند. در نتیجه رویدادهای متعدد شکسته شدن پیوند و تشکیل پیوند در واکنشهای معدنی در جریان است. در چنین شرایطی واکنش ، توانایی تولید محصولات گوناگونی را بدست میآورد.
- افزون بر این ، اغلب واکنشهای معدنی در شرایطی ویژه همچون بههم زدن شدید یک مخلوط ناهمگن در دما و فشار بالا انجام میگیرد که تعیین مکانیسم را غیر ممکن یا حداقل غیر عملی میسازد.
به این دو دلیل ، اغلب بهتر است که واکنشهای معدنی را فقط بر اساس نتیجه کلی واکنش توصیف کنیم. این رهیافت به نام شیمی معدنی توصیفی معروف است. بنابراین به سهولت مشخص میشود که گرچه هر واکنش را میتوان بر اساس ماهیت و هویت محصولات واکنش در رابطه با ماهیت و هویت مواد واکنش دهنده توصیف کرد، اما نمیتوان به هر واکنش مکانیسم معینی را نسبت داد. از نظر شیمی معدنی توصیفی ، اکثر واکنشها را میتوان به یک یا چند طبقه از طبقههای زیر نسبت داد:
واکنشهای اسید و باز (خنثی شدن) ، افزایشی _ حذفی ، اکسایش _ کاهش (ردوکس) ، استخلاف ، نوآرایی ، تبادلی ، حلال کافت ، کیلیت شدن ، حلقهای شدن و تراکمی و واکنشهای هستهای.
برای درک عمیقتر یک واکنش معدنی لازم است تصویر کاملی از واکنش ، از مواد واکنش دهنده گرفته تا حد واسطها یا حالتهای گذرا تا رسیدن به محصولات تهیه کنیم. این امر به دانش کاملی از سینتیک و یا ترمودینامیک واکنش ، همچنین اطلاع از تاثیر ساختار و پیوند بر واکنش پذیری نیاز دارد.
رابطه شیمی آلی و شیمی معدنی
شیمی آلی و معدنی در مواردی در مباحث یکدیگر وارد میشوند. بهعنوان مثال میتوان به ترکیبات آلی فلزی ، واکنشهای اسید و باز ، شیمی سیلسیم و ترکیبات کربن (وقتی که با اتمهای هیدروژن ، نیتروژن ، اکسیژن ، گوگرد ، هالوژنها و چند عنصر دیگر نظیر سیلسیم و آرسنیک متصل است) اشاره کرد.
پس شیمی معدنی نهتنها با مواد مولکولی مشابه موادی که در شیمی آلی بررسی میشوند، سروکار دارد، بلکه توجه خود را به انواع وسیعتری از مواد که شامل گازهای اتمی ، جامدات غیر مولکولی که بهصورت آرایههای گسترش یافتهای هستند، ترکیبات حساس در مقابل هوا و رطوبت ، ترکیبات محلول در آب و سایر حلالهای قطبی و همچنین مواد محلول در حلالهای غیر قطبی معطوف میکند.
بنابراین شیمیدان معدنی با مسئله تعیین ساختار ، خواص و واکنش پذیری گستره فوقالعاده وسیعی از مواد که دارای خواص بسیار متفاوت و الگوهای فوقالعاده پیچیده ساختاری و واکنش پذیریاند، مواجه است.
رابطه شیمی فیزیک و شیمی معدنی
در توجیه موجودیت مواد معدنی و در توصیف رفتار آنها ، به استفاده از جنبههای خاصی از شیمی فیزیک ، بخصوص ترمودینامیک ، ساختارهای الکترونی اتمها ، نظریههای تشکیل پیوند در مولکولها ، سینتیک واکنش و خواص فیزیکی مواد نیاز داریم. بنابراین با استفاده از شیمی فیزیک میتوان به ساختار اتمی و مولکولی ، تشکیل پیوند شیمیایی و دیگر اصول لازم برای درک ساختار و خواص مواد معدنی پرداخت.
ایزومری
| دو ترکیب که فرمول مولکولی یکسان ولی آرایش اتمی متفاوت داشته باشد ایزومر نامیده میشوند. به عبارتی ترکیباتی که دارای فرمولهای بسته مشابه ولی فرمولهای گسترده متفاوت باشند را ایزومری میگویند. چنین ترکیباتی در خواص شیمیایی و فیزیکی باهم فرق دارند. این کلمه از واژه یونانی isos به اضافه meros به معنای (ساخته شده از بخشهای یکسان ) گرفته شده است. |
ریشه لغوی
واژه ایزومری اولین بار به توسط برزلیوس (J.J.Berzelius) برای معرفی ترکیبات شیمیایی گوناگون دارای ترکیب درصد عناصر یکسان ، به عبارت دیگر تناسبهای نسبی یکسان عناصر سازنده ، مورد استفاده واقع شد. این احتمال که یکسانی ترکیب درصد عناصر سازنده بتواند دلالت بر وجود دو یا چند ماده به عنوان ایزومرهای یکدیگر نماید، از تئوری ساختمانهای آلی مشتق شده است. در حالت کلی ، میتوان ایزومرها را به دو نوع ایزومری ساختمانی و ایزومری فضایی تقسیم بندی نمود. که هر کدام از این ایزومرها دارای انواع مختلف میباشند.ایزومری ساختمانی
ایزومری ساختمانی بوسیله ترکیباتی که در فضای کوئوردیناسیون خود لیگاندهای متفاوتی دارند نمایش داده میشود. و انوع زیرا را در بر میگیرد:ایزومری یونش
در این نوع ایزومری ، یون یا یونهایی که در یک ایزومر در کره کوئوردیناسیون خارجی قرار دارند، در ایزومر دیگر در نقش لیگاند در کره کوئوردیناسیون داخلی وارد میشود و در ترکیبهایی که آنیون در ساختار داخلی و خارجی کره کوئوردیناسیون شرکت دارد مشاهده میشود.pt(NH3)3Cl) I ↔ (pt(NH3)3I) Cl)
ایزومری هیدراته شدن
مولکول آب در ترکیب کوئوردیناسیون ممکن است مستقیما با فلز پیوند داشته باشد یا در کره کوئوردیناسیون خارجی به عنوان آب تبلور شرکت کند. ترکیبهایی که بر اساس این تفاوت دسته بندی میشوند، ایزومرهای هیدرات (هیدراتاسیون) نامیده میشوند و دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی هستند.CO(NH3)3(H2O)2 Cl ↔ (CO(NH3)3(H2O) Cl Br) Br.H2O
ایزومری کوئوردیناسیون
در ترکیبات یونی که هم کاتیون و هم آنیون آنها کمپلکس مشاهده میشود و تفاوت آنها در توزیع لیگاندها اطراف اتمهای مرکزی است. این دو ایزومر در اثر تعویض لیگاندها اتم مرکزی بوجود میآید.Cu(NH3)4 PtCl4 ↔ Pt(NH3)4 CuCl4 ↔ Pt(NH3)3Cl Cu(NH3)Cl3
ایزومری اتصال
این ایزومرها به خانوادههای متفاوتی از ترکیبات آلی مربوط میشوند که تنها فرمولهای مولکولی مشابه دارند. بطور مثال الکل
و اتر 
با هم ایزومر گروه عاملی هستند. در ترکیبهایی دیده میشود که یک یا چند لیگاند دارای دو اتم کوئوردیناسیون دهنده باشند، برای مثال یون نیتریک NO-2 میتواند از طریق یک اتم اکسیژن یا از طریق اتم نیتروژن کوئوردیناسیون بدهد.زرد NH3)5CO(NO2)) Cl2)) و قرمز NH3)5-CO-ONO) Cl2))
ایزومری فضایی
شامل ایزومری هندسی و نوری میباشد.ایزومری هندسی
ترکیبات وقتی ایزومرهای فضایی یکدیگرند که در فضای کوئوردیناسیون خود لیگاندها یا گروههای یکسان داشته باشند ولی نحوه آرایش آنها در فضا متفاوت باشد. یک نوع این ایزومر فضایی ، ایزومری هندسی ، یا ایزومری سیس- ترانس ، است. در آلکنها ، وقتی گروههای مشابه در یک طرف پیوند دوگانه باشند، ایزومر سیس و اگر در دو طرف پیوند دوگانه باشند، ایزومر ترانس است. اگر دو گروه مشابه به یک کربن آلکن متصل باشد، ایزومری سیس و ترانس وجود ندارد. اما اگر گروههای مختلف به کربنهای پیوند دوگانه متصل باشند، ایزومری هندسی دیده میشود.اگر در آلکنها ، فقط یک اتم هیدروژن و سه عامل جانشینی دیگر داشته باشیم، بجای سیس و ترانس از سیستم Z و E استفاده میکنیم. روی کربن متصل به پیوند دوگانه دو گروه وجود دارد یکی از این دو گروه بر دیگری ارجحیت دارد. آن گروه را مشخص میکنیم. مشخص کردن آنها به عدد اتمی عنصر متصل به کربن بستگی دارد که هر چه بیشتر باشد، ارجحیت بیشتری دارد. در مورد ترکیبات کوئوردیناسیون ، این نوع ایزومری در اثر اشغال موقعیتهای مختلف در اطراف اتم مرکزی توسط لیگاند بوجود میآید و در گونههای مسطح مربعی و هشت وجهی اهمیت بیشتری دارد. برای مثال در ایزومر سیس- دی کلرو دی آمین پلاتین (II) اتمهای کلر روی گوشههای مجاور مربع (در امتداد یک ضلع) واقع شدهاند، در حالیکه در ایزومر ترانس ، اتمهای کلر گوشههای مقابل دور امتداد را اشغال میکنند. مثلا برای ترکیب
دو فرمول گسترده فضایی میتوان نوشت: ایزومری نوری
نوع دیگری ایزومر فضایی ، ایزومری نوری است. پارهای از مولکولها و یونها در دو شکل که قابل انطباق بر یکدیگر نیستند، رابطه بین آنها مثل رابطه دستهای راست و چپ است وجود دارند و از چنین مولکولها و یونهایی به عنوان نامتقارن یاد میشود و این ایزمرها را انانتیومر (تصویر آینهای) مینامند. این ایزومرها دارای خواص فیزیکی یکسان میباشند و تنها تفاوت ایزومرهای نوری تاثیر بر نور قطبی شده است.این نوع ایزومری در مولکولهای کایرال وجود دارد. اگر دو ترکیب از هر لحاظ با هم مشابه باشند بر یکدیگر منطبق میشوند در حالیکه یک مولکول کایرال ممکن است دارای یک ایزومر فضایی باشد که بر تصویر آینهاش منطبق نیست (انانتیومر). تفاوت چنین ایزومرهایی مانند اختلاف دست چپ و راست است. ایزومر راست گردان (d) نور قطبی شده (نوری که در یک صفحه نوسان میکند) را به راست و ایزومر چپ گردان (L) آن به چپ میچرخاند. مخلوط مساوی از دو ایزومر را اسمیک مینامند، اثری بر نور قطبی شده ندارد.
نوشته شده توسط حمید فخری در جمعه بیست و ششم مرداد 1386 | موضوع : بخش شيمي| ادامه مطلب|
