Den mineralkemien , også kaldet uorganisk kemi (ved bogstavelig oversættelse af engelsk), er den ældste gren af kemi . Det inkluderer studiet af de forskellige enkle legemer, der findes i naturen eller opnås kunstigt, og det af de forbindelser, som de genererer ved at reagere hinanden, med undtagelse af kombinationerne med kulstof, der undersøges separat og gør objektet til organisk kemi . Imidlertid klassificeres nogle enkle carbonforbindelser (visse carbonoxider , ioniske carbonater , bicarbonater og cyanider , carbider undtagen carbonhydrider ) blandt uorganiske forbindelser. En særlig undersøgelse er egenskaberne og syntese af kunstige uorganiske forbindelser , som inkluderer organometalliske forbindelser . Dette område omfatter alle kemiske forbindelser undtagen myriader af organiske forbindelser, som er baseret på en carbonskelet og normalt har CH bindinger. Oprindeligt baseret på historiske argumenter er denne skelnen i dag langt fra absolut, og mange overlapninger findes især inden for organometallisk kemi . Uorganisk kemi er et felt af forskning aktuelt aktive og har anvendelser i de fleste aspekter af den kemiske industri, især i katalyse , materialevidenskab , pigmenter , overfladeaktive , medicinalkemi , brændstof , kemi af miljø og landbrug.
Længe før alkymi blev et emne for undersøgelse, blev mange kemiske reaktioner anvendt uorganiske forbindelser anvendt, og deres produkter blev brugt i hverdagen. Den alder af bronze og jern alder svarer til perioder med Protohistoire hvori metallurgi bronze (generiske navn legeringer af kobber og tin ) og jern påvirkes holdbart og mod visse selskaber. I jernalderen ser vi også udseendet af farvede briller, der består af SiO 2(hovedforbindelse af sand ) og metaloxider.
Transmutation eksperimenter tillader alkymister at udvikle nye teknikker til oprensning af kemiske forbindelser, såsom destillation , sublimering eller krystallisation . Mange uorganiske forbindelser er således isoleret, såsom vitriol (svovlsyre), ætsning (salpetersyre), spiritus af salt (saltsyre), månevitriol (sølvsulfat), krystaller af Venus (kobbernitrat) eller vandregia (blanding af salpetersyre syre og saltsyre, der er i stand til at opløse guld).
I 1675 , i hans Cours de CHIMIE , Nicolas Lemery indført sondringen mellem ”mineralsk kemi”, som på det tidspunkt kun indgår indifferent forbindelser og organisk kemi , hvis stoffer kom fra dyr og planter. Denne sondring, understøttet af teorien om den vitale kraft , fortsatte indtil midten af XIX E århundrede. I 1828 sluttede eksperimentet udført af den tyske kemiker Friedrich Wöhler denne afgrænsning ved at omdanne ammoniumcyanat , et formodet mineral, til et organisk stof, urinstof .
Teknikkerne til fysisk-kemisk karakterisering af uorganiske forbindelser gør det muligt at bestemme sammensætningen, strukturen og egenskaberne af et molekyle eller et materiale. Flere af disse teknikker bruger interaktionen mellem elektromagnetisk stråling og stof, og dette over næsten hele spektralområdet.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H | Hej | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Være | B | VS | IKKE | O | F | Født | |||||||||||||||||||||||||
3 | Ikke relevant | Mg | Al | Ja | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | Det | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Eller | Cu | Zn | Ga | Ge | Es | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | I | Sn | Sb | Du | jeg | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | Det | Det her | Pr | Nd | Om eftermiddagen | Sm | Havde | Gd | TB | D y | Ho | Er | Tm | Yb | Læs | Hf | Dit | W | Re | Knogle | Ir | Pt | På | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | På | Rn | |
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Kunne det | Er | Cm | Bk | Jf | Er | Fm | Md | Ingen | 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 |
Den hydrogen er den mest rigelige element i universet og den tredje i jordskorpen . Den stabile form af hydrogen dihydrogen , H 2, som kun er til stede i spormængder i troposfæren ( 0,5 ppm ). Dihydrogen kan produceres naturligt som et fermenteringsprodukt eller som et biprodukt af biosyntese af ammoniak . Den elektroniske konfiguration af brint, 1w 1 , på samme måde som de elektroniske valenskonfigurationer af alkalimetal (ns 1 ). Elementet findes hovedsageligt i tre isotopiske former: let hydrogen eller protium ( 1 H), deuterium ( 2 H eller D) og tritium ( 3 H eller T).
Brintets egenskaber er meget forskellige, og det kan være en stærk Lewis-base med hydridionen H - eller en stærk Lewis-syre med protonen H + . Dens kemiske egenskaber er rige og varierede, og det kan danne kemiske forbindelser med stort set alle andre grundstoffer . Hydrogenforbindelser kan inddeles i tre hovedklasser: kovalente hydrider (dannet med elementer af p blok , såsom CH 4, NH 3eller H 2 O); den hydrid ion (dannet med de fleste elementer elektropositiv som LiHeller CaH 2); de interstitielle hydrider af overgangsmetalerne (dannet med de mange grundstoffer i d- og f- blokken ). En endelig klasse kan også tilføjes for hydrider i metalkomplekser og dihydrogenkomplekser, som spiller vigtige roller i katalyse og aktivering af dihydrogen.
AlkalimetallerAlkalimetaller er de kemiske grundstoffer i den første kolonne i elementernes periodiske system undtagen en. Den lithium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), den cæsium (Cs) og francium (Fr) er således en del af denne familie, men ikke hydrogen . Ingen af gruppens elementer eksisterer som et rent element i naturen, de findes kun i form af forbindelser .
Af alle grupperne i det periodiske system viser alkalierne tydeligt effekten af øget størrelse og masse på kemiske og fysiske egenskaber. Således øges reaktiviteten af alkalimetaller med atomnummeret (Z). Dette er hovedsageligt relateret til det faktum, at de let kan miste deres enkelte elektron placeret på valensskallen og således danne +1 ladede kationer , hvor elektronkonfigurationen af kationen forbinder den med sjældne gasser . Den ioniseringsenergi aftager som man ned i gruppen, og det er derfor lettere og lettere at fjerne valenselektronen når Z stiger, denne elektron at kunne deltage i kemiske reaktioner.
Alkalimetaller har tendens til at danne ionbindinger næsten udelukkende med ikke-metalliske og halogenelementer . De findes derfor hovedsageligt i form af salte eller oxider .
MetallerDen kemiske reduktion af alkalikationerne for at opnå den metalliske form er vanskelig, og fremstillingsmetoden, der oftest anvendes til deres fremstilling, er elektrolyse af de smeltede salte af den chlorerede forbindelse. Alkalimetaller reduceres meget, og reaktiviteten øges med stigende atomnummer; den oxygen , den klor og dihydrogen kan reduceres let. Den metalliske form af alkalierne skal opbevares i olie for at undgå enhver reaktion med ilt . De reagerer også voldsomt med vand til dannelse af brint og alkalihydroxider . Den lithium er den mindst reaktive i nærvær af vand, mens natrium reagerer voldsomt, de kalium antænder og rubidium og cæsium eksplodere.
2 M ( s ) + 2 H 2 O( l ) → 2 MOH( Aq ) + H 2( g ) (hvor M repræsenterer et alkalimetal)Alkalimetalerne er opløselige i flydende ammoniak og giver opløsningen en intens blå farve. Disse løsninger er ledende , og farven og disse ledende egenskaber forklares ved opløsningen af metalets valenselektron. I ren ammoniak kan den solvatiserede elektrones levetid være ret lang (i størrelsesordenen 1% nedbrydning pr. Dag). Disse opløsninger anvendes almindeligvis til fremstilling af forskellige organiske og uorganiske forbindelser.
HalogenerAlkalimetaller er blandt de mest elektropositive elementer i det periodiske system og har tendens til at danne ionbindinger med de mest elektronegative grundstoffer , halogener, til dannelse af salte . Når man går ned i gruppen, bliver entalpi af dannelse mindre negativ for fluorider , men mere negativ for chlorider , bromider og iodider .
Alkalimetalhalogenider er farveløse faste stoffer med højt smeltepunkt, som let kan fremstilles ud fra hydroxid ( MOH)) Eller carbonat ( M 2 CO 3) svarende, i nærværelse af en hydrogenhalogenyre ( HXEfterfulgt af omkrystallisation . Bortset fra LiFalle alkalimetalhalogenider er opløselige i vand. Meget store mængder NaClog KCler naturligt tilgængelige på jorden og kan renses ved krystallisering .
Oxider og hydroxiderAlkalimetaller reagerer voldsomt med dioxygen for at danne oxider (M 2 O), Peroxider (M 2 O 2) eller superoxider (MO 2). Disse forskellige sorter af oxider reagerer med vand for at give M + kationen og hydroxidionen ved en Lewis-syre-base-reaktion . Ozon derivater (MO 3) Kan fremstilles ud fra hydroxidet MOH og ozon O 3 ved lav temperatur, og sesquioxide derivater (M 2 O 3) Ved termisk nedbrydning af superoxid MO 2tilsvarende. Den natriumperoxid er almindeligt anvendt i industrien som blegemiddel og som et stærkt oxidationsmiddel.
De alkalihydroxider er farveløse og transparente. De reagerer med vand til dannelse af hydroxidanionen og med kuldioxid CO 2til dannelse af carbonatanionen CO2−
3. Den chloralkalianlæg proces gør det muligt at industrielt fremstille natriumhydroxid NaOH anvendes som et reagens i den kemiske industri og til fremstilling af andre uorganiske forbindelser.
Stabiliteten af koordinationskomplekser falder i henhold til sekvensen Li > Na > K > Rb > Cs . Den lithium og natrium er Lewis-syrer hårde og danner Coulomb interaktioner med Lewis-baser hårde, såsom oxygen eller nitrogen-ligander. Alkalimetaller hovedsagelig danner stabile komplekser med makrocycliske polydent ligander , såsom kroneethere eller kryptander .
Organometalliske forbindelserDe organometalliske forbindelser af alkalimetaller reagerer hurtigt med vand og er pyroforiske . Organolithium- gruppen er den største af alle organometalliske forbindelser i gruppe 1, og organolitere anvendes i organisk syntese som nukleofiler . Alkyllithiums bruges også i industrien til polymerisering af alkener til fremstilling af syntetisk gummi . Mange organoalkaliforbindelser kan fremstilles ved at kombinere alkalimetaller med forskellige ikke-metaller . Disse forbindelser er stærke baser og har vigtige anvendelser inden for syntetisk kemi, især til fremstilling af organometalliske forbindelser .
JordalkalimetallerJordalkalimetaller er de kemiske grundstoffer i anden kolonne i elementernes periodiske system . Den beryllium (Be), den magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), den barium (Ba) og radium (Ra) er derfor en del af denne familie. Alle disse er sølv i deres metalliske form . Den ioniske model anvendes generelt til at beskrive bindingerne i kemiske forbindelser af jordalkalier. I nogle henseender er beryllium relateret til en metalloid med en vis grad af covalency i sine bindinger med andre elementer. På grund af den lethed, hvormed atomer af disse grundstoffer mister deres to valenselektroner, er graden af oxidation af alkaliske jordarter i kemiske forbindelser +2. De er kraftige reduktionsmidler , men alligevel svagere end alkalierne.
Gruppe 13Elementerne i gruppe 13 er de kemiske elementer i den trettende kolonne i elementernes periodiske system . Den bor (B), den aluminium (AI), gallium (Ga), den indium (In) og thallium (Tl) er derfor en del af denne familie, og disse har forskellige kemiske og fysiske egenskaber.
Bor kan betragtes som adskilt fra denne familie, fordi det kan danne klyngetypeforbindelser eller polymere forbindelser, der involverer hydrogenatomer, metaller og kulstof. Elementernes metalliske karakter stiger, når man bevæger sig ned ad søjlen på grund af stigningen i den ioniske radius og faldet i ioniseringsenergien . Som et resultat falder den kovalente karakter af bindingerne af forbindelserne i gruppe 13 fra bor til thallium, og derfor øges bindingenes ioniske karakter . Alle disse kan danne hydrider , oxider og halogenider i +3 oxidationstilstand . +1-tilstanden bliver stabil ved at gå ned i kolonnen, nærmere bestemt med thallium.
Gruppe 14Den carbon (C), silicium (Si), germanium (Ge), den tin (Sn) og bly (Pb) er elementer i den 14 th kolonne i periodiske system . De fysisk-kemiske egenskaber af disse elementer varierer meget, carbon betragtes som et ikke-metal , samt silicium, germanium er en metalloid og tin og bly er indbefattet i den familie af metaller . Denne diskontinuitet i søjlen kan forstås ved at se på stigningen i atomradius og fald i ioniseringsenergi, når der skiftes fra kulstof til bly.
Kulstofkemi er hovedsageligt udviklet inden for organisk kemi . Alle elementerne i gruppe 14 kan danne enkle binære forbindelser med hydrogen , ilt , halogener og nitrogen . Kulstof og silicium kan også danne carbid- og silicidforbindelser med metaller. Med hensyn til tin og bly kan det bemærkes, at organotinforbindelser baseret på tin- og organoplomb-forbindelser anvendes som fungicider og pesticider .
Gruppe 15Gruppe 15-elementer eller pnictogener er de kemiske grundstoffer i den femtende kolonne i elementernes periodiske system . Den nitrogen (N), phosphor (P), det arsen (As), den antimon (Sb) og bismuth (Bi) er derfor en del af denne familie. De kemiske egenskaber af elementerne i gruppe 15 varierer meget, og især mellem nitrogen og dets kongenere, fordi sidstnævnte generelt har en lavere koordination og er den eneste, der findes i form af et gasformigt diatomisk molekyle under normale temperatur- og temperaturbetingelser. tryk . Disse elementers egenskaber er derfor sværere at rationalisere med hensyn til atomradier og elektroniske konfigurationer . Selvom det almindeligvis findes med fosfor, arsen og antimon, kan +5- oxidationstilstanden kun opnås for nitrogen med ilt og fluor. For vismut er +3 oxidationstilstanden den mest stabile.
Elementerne i gruppe 15 danner binære forbindelser med mange grundstoffer. Nitrogenforbindelser er rigelige, og vi kan finde i denne familie N 3- nitrider , nitrogen- hydrider (såsom NH 3Den N 2 H 4eller NH 2 OH), Nitrogenoxider (såsom N 2 Oeller NEJ) eller oxosyrer (såsom ONOOHeller HNO 2). Næsten alle nitrogenforbindelser kan også tjene som ligander .
Kalkogener Halogen Ædle gasserDe ædle gasser er de kemiske elementer i den attende søjle i det periodiske system . Den helium (He), det neon (Ne), den argon (Ar), den krypton (Kr), den xenon (Xe) og radon (Rn) er derfor en del af denne familie, og findes i den tilstand naturligt i form af monoatomiske gasser . De danner en familie af grundstoffer a priori meget lidt reaktive, fordi de med et komplet valenslag ikke har nogen valenselektron til at danne en kemisk binding . Det følger heraf, at disse elementer har en høj ioniseringsenergi og en praktisk talt nul elektronisk affinitet .
På grund af denne lave reaktivitet er få uorganiske forbindelser hidtil blevet karakteriseret. Siden 1960'erne har xenon vist sig at danne stabile koordinationskomplekser med fluor og ilt , hvor det første kompleks isoleret er xenonhexafluoroplatinat Xe + (PtF 6 ) -i 1962 . Langt størstedelen af syntetiserede ædelgasforbindelser er fremstillet af xenon.
Den familie af actinider består af 15 kemiske elementer , herunder en actinium (Ae), den thorium (Th), den protactinium (Pa), den uran (U), den neptunium (Np), den plutonium (Pu), den americium ( Am), curium (Cm), berkelium (Bk), californium (Cf), einsteinium (Es), fermium (Fm), mendelevium (Md), nobelium (No) og lawrencium . Familien tager sit navn fra actinium , det første element i familien . Den radioaktivitet forbundet med actinider har ikke været i stand til at give meget grundige undersøgelser af denne familie, og de elementer i slutningen af familien er kun tilgængelige i meget små mængder. De tidlige elementer i familien og især uran og plutonium er imidlertid af stor betydning på grund af deres anvendelse i atomkraftværker .
De kemiske egenskaber ved actinider viser ikke den samme ensartethed, som findes i lanthanider i hele familien . Ligesom lanthaniderne har actiniderne store atomare og ioniske radier , hvilket gør det muligt for disse grundstoffer at tilbyde en høj koordination . Actinider er meget reaktive med hensyn til halogener og chalcogener . De almindelige nuklider af thorium og uran udviser kun lave niveauer af radioaktivitet, så deres kemiske egenskaber kunne undersøges godt. Den uranyl kation i særlige former komplekser med talrige donor ligander .
En katalysator er et stof, der øger reaktionshastigheden uden at blive indtaget. Katalysatorer anvendes i vid udstrækning i naturen, i industrien og i laboratorier. Den industrielle produktion af svovlsyre eller ammoniak tager begge for eksempel katalytiske processer. Katalysatorer spiller også en rolle i forureningsbekæmpelse, som i tilfælde af katalysatorer i køretøjer eller i forbedring af industrielle processer. Det kan bemærkes, at i industrien er de anvendte katalysatorer praktisk talt alle uorganiske.
To typer katalyse kan overvejes: homogen eller heterogen . I tilfælde af homogen katalyse danner katalysatoren og reaktanterne kun en fase , mens i tilfælde af heterogen katalyse er katalysatoren i en anden fase end reaktanterne og produkterne fra den katalyserede reaktion. Begge former har deres fordele og ulemper: til heterogen katalyse kan katalysatoren let adskilles fra reaktanterne og produkterne, men reaktionerne har tendens til at kræve høje temperaturer og tryk og har lav selektivitet; omvendt kan reaktionerne til homogen katalyse udføres ved lavere temperaturer og tryk og er mere selektive, men adskillelsen af katalysatoren og reaktanterne og produkterne i slutningen af reaktionen er en væsentlig ulempe. Flere reaktioner kan katalyseres i en homogen fase, såsom metatese af alkener , hydrogenering af alkyner , hydroformylering eller carbonylering af methanol . Reaktionerne, som kan katalyseres i den heterogene fase, er for eksempel hydrogenering , syntesen af ammoniak eller omdannelsen af carbonmonoxid og hydrogen til carbonhydrider .
Et nanomateriale er et materiale, hvis dimension er i størrelsesordenen 1 til 100 nm , eller mere udelukkende et materiale af denne dimension, der viser egenskaber fraværende både på molekylært niveau og i bulk-tilstand. Nanomaterialer er blevet brugt i flere århundreder, såsom fremstilling af kolloidt guld til at producere et rødt farvestof, der især bruges til farvet glas. Undersøgelsen af nanomaterialer har især haft gavn af udviklingen af lokal probemikroskopi i 1980'erne, hvilket gør det muligt at observere stof i atomskalaen. Uorganisk kemi er allestedsnærværende i nanoteknologier, hvad enten det er i metalliske nanopartikler eller kvanteprikker . Forskellige syntese-præcedenser kan anvendes, såsom top-down og bottom-up fremgangsmåder eller kemisk eller fysisk dampaflejring.
Industriel uorganisk kemi er en vigtig gren af den kemiske industri og omfatter mange forskellige og varierede anvendelser, såsom mineralsk gødning , byggematerialer eller glas og emalje . Derudover fremstilles mange basale produkter fra den organiske kemiske industri, såsom mineralsyrer , baser , oxidationsmidler og halogenforbindelser i denne industrielle gren. Den seneste udvikling i integrerede kredsløb eller optiske fibre skyldes ligeledes den uorganiske kemiske industri.
Bioinorganisk kemi beskæftiger sig med undersøgelsen af metalliske arter i biologiske systemer. Levende organismer udnytter de kemiske og biologiske egenskaber knyttet til interaktionerne mellem metalioner og biologiske ligander på en lang række måder, især med hensyn til enzymatisk katalyse , cellesignalering eller regulering af genekspression .
Bindingen, transport og anvendelse af oxygen molekyle O 2i levende organismer tilvejebringes af metalloproteiner, der har uorganiske cofaktorer . I de fleste dyr og planter fanger hæmoglobin ilt i lungerne (eller gæller) og transporterer det til væv, hvor det opbevares af myoglobin . Disse to proteiner kaldes hæmoproteiner, fordi de indeholder en kofaktor af hæm- typen , som muliggør fiksering af ilt. De bløddyr og leddyr selv bruger en protein til kobber , den nøglehullet , farveløs i fravær af O 2men af intens blå farve i nærværelse af O 2. Sjældnere, hemerythrin er en toleddede ikke-hæm jern cofaktor findes i nogle marine orme.
Strømmen af K + og Na + -ioner gennem membranerne tilvejebringes af ionkanaler . Disse kanaler er membranproteiner og er ansvarlige for elektrisk ledning i nervesystemet og fungerer passivt. Den natrium-kalium-pumpen er en transmembrant protein , der bruger nedbrydningen af adenosintriphosphat (ATP) til adenosindiphosphat (ADP) til at styre koncentrationen af K + og Na + ioner i og uden for cellen.. Dette protein spiller en væsentlig rolle i opretholdelsen af det elektrokemiske potentiale i membranen .
Organismernes assimilering af jern er vanskelig på grund af Fe (III) uopløselighed, som er den stabile oxidationstilstand, der findes i de fleste mineraler. Evolution har udviklet komplekse kemiske systemer til opsamling og regulering af jern i kroppen. Capture involverer ligander kaldet sideroforer . Jernet transporteres derefter med transferriner og opbevares i ferritiner , to ikke-hæm-proteiner.
Tre typer metalloproteiner kan identificeres til elektronisk overførsel i biologiske systemer. De cytochromer er hemproteiner involveret i elektronoverførsel i respirationskæden mitokondrie og består af et porphyrin kompleksbundet med metalkationer af jern eller kobber. De jern-svovl-proteiner har jern-svovl klynger i struktur og også deltage i redoxreaktioner i det respiratoriske kæde. Den tredje type protein er familien af blå kobberproteiner, som inkluderer plastocyanin, som er involveret i fotosyntese . Det skal også bemærkes, at overførsler af elektroner i proteiner er koblet med kemiske processer såsom overførsler af ioner og især overførsler af protoner .
Enzymer tilvejebringer katalyse i biologiske systemer ved ikke kun at kontrollere reaktionshastigheden, men også ved at fremme bestemte geometrier i deres overgangstilstand takket være polypeptidkædens tertiære struktur . Det enzym katalyse er vigtigt at levende organismer til specifik acceleration af reaktioner, der er nødvendige for metabolisme og biosyntese af biomolekyler, der udgør den. Proteinet udgør den grundlæggende struktur af enzymer ( apoenzyme ), hvortil der skal tilsættes en protesegruppe, som måske eller ikke er en kompleks metalion.
Den syre-base-katalyse af enzymer tillader lokalt producere ioner hydroxider HO -eller hydronium H 3 O +under pH- betingelser, som kun sjældent nås af biologiske systemer. Levende organismer primært bruger zink til denne type katalyse, fordi det er en rigelig metal, næppe oxiderbar eller reducerbar, som danner stærke bindinger med aminosyrer, og som kan binde exogene ligander, såsom H 2 O. Eksempler på denne type enzym er kulsyreanhydase , carboxypeptidase eller alkalisk phosphatase . Den mangan (i Rubisco ) eller jern (i sur phosphatase eller aconitase ) anvendes også i syre-base-katalyse.
En række enzymer kan også aktivere små iltbaserede molekyler, såsom H 2 O, H 2 O 2eller O 2. De peroxidaser nedbryde peroxider , og for eksempel peberrodsperoxidase eller cytochrom c -peroxidase har en prostetisk gruppe hæm til at katalysere denne reaktion. De oxidaser katalyserer reduktionen af dioxygen O 2i vand eller i hydrogenperoxid H 2 O 2. Den cytochrom c-oxidase har prostetiske grupper baseret på jern og kobber , og dette enzym er grundlaget for alle højere livsformer. Den oxygenase (såsom cytochrom P450 ) katalyserer indsætningen af oxygenatomer i organiske substrater. Endelig den enzymatiske produktion af O 2ved fotosyntese involverer mange metalloenzymer, og især fotosystem II , hvor vand oxideres til dioxygen takket være et komplekst katalytisk sted, der består af manganatomer og et kobberatom.
Kvælstof N 2og hydrogen H 2kan reduceres med enzymer baseret på jernsulfid. De nitrogenase konverterer N 2i NH 3, og dets aktive sted er sammensat af en klynge af jernsulfid og et molybdænatom (som i nogle tilfælde kan erstattes af vanadium eller jern ). Den hydrogenase familie tillader reversibel reduktion af H 2i H +og det aktive sted er sammensat af svovl og jern til [FeFe] -hydrogenase og svovl, jern og nikkel til [NiFe] -hydrogenase.
Assimileringen af visse kemiske grundstoffer i biosfæren er en del af de biogeokemiske cyklusser . Disse cyklusser er processer til transport og transformation af kemiske grundstoffer mellem geosfæren , atmosfæren , hydrosfæren og biosfæren . I levende organismer involverer disse cyklusser metalloproteiner, der er i stand til at fiksere, transportere og transformere disse kemiske grunde effektivt. Et typisk tilfælde er kvælstofkredsløbet , som gør det muligt navnlig fiksering af nitrogen N 2atmosfæriske af bakterier til stede i jord, og som involverer enzymer, der indeholder jern , kobber og molybdæn .
I naturen producerer biologiske organismer mineraliserede væv, såsom knogler, tænder eller skaller. Biomineralisering er processen med produktion af disse uorganiske mineraler af levende organismer. For eksempel calciumcarbonat CaCO 3, i form af calcit eller aragonit , er til stede i skaller og æggeskaller , calciumphosphat , i form af hydroxyapatit , er hovedkomponenten i knogler og tænder, og magnetotaktiske bakterier syntetiserer krystaller af jernoxider af magnetit- typen eller af jern sulfider af greigit- typen Fe 3 S 4for deres magnetiske egenskaber for at orientere og bevæge sig langs linjer i et magnetfelt .
Uorganiske og chelaterende komplekser spiller en vigtig rolle i farmakologi . En af de største udfordringer på dette område er at bestemme virkemåden for lægemidlet på molekylært niveau under hensyntagen til, at et indgivet lægemiddel ikke svarer til den reaktive art på det aktive sted , og dette gælder især for metalkomplekser, som er ofte mere følsomme over for hydrolyse end organiske molekyler . Visse metaller, der ikke findes i levende organismer, såsom platin , guld , ruthenium eller bismuth, kan også have farmakologiske virkninger. Uorganisk kemi er involveret i flere niveauer i farmakologi, såsom behandling af overskydende jern i kroppen ved ligander inspireret af siderophorer , behandling af visse cancertyper med cisplatin (cis- [PtC 2 (NH 3 ) 2]) som en hæmmer af DNA-replikation , anvendelsen af guldkomplekser mod reumatoid arthritis eller anvendelsen af metalkomplekser baseret på gadolinium som kontrastmidler i medicinsk billeddannelse .
Begrebet metalliske sporelementer har tendens til at erstatte det for tungmetaller, der har været og forbliver et dårligt defineret koncept, fordi det forbinder giftige metaller, der er virkelig tunge, med andre, der er mindre. Nogle af disse metalliske sporstoffer er giftige eller giftige ud over en bestemt tærskel eller radioaktive ( radionuklider ). Metaller adskiller sig fra giftige organiske forbindelser, fordi de ikke kan nedbrydes til ikke-toksiske former, skønt de i sidste ende kan omdannes til uopløselige former og derfor ikke længere er tilgængelige biologisk. Metalliske sporelementer findes i luft, vand og jord.
Vi overvejer hovedsageligt fem elementer, der udgør de vigtigste farer for miljøet på grund af deres toksicitet og deres store fordeling: kviksølv (Hg), bly (Pb), cadmium (Cd), krom (Cr) og arsen (As). Begrebet kemisk speciering er vigtigt set fra dette synspunkt, fordi det gør det muligt at skelne mellem de forskellige mulige former for hvert element i et givet miljø. Disse grundstoffer er ikke særlig giftige i deres metalliske form (M °) med den bemærkelsesværdige undtagelse af kviksølvdampe, der er meget giftige. De kationiske former for disse metaller er farlige, og især når de er bundet til korte kulstofkæder . Vi kan også bemærke den stærke affinitet af disse kationer for svovl, som er til stede i mange enzymer, der styrer metaboliske reaktioner i den menneskelige krop. Metal-svovlbindingen ændrer aktiviteten af disse enzymer, hvilket fører til sundhedsforstyrrelser hos levende væsener.
Visse stoffer kan også udvise fænomener med biomagnifikation : niveauerne af metalliske sporstoffer stiger på hvert trin i fødevævet (fødekæden). Dette vedrører hovedsageligt kviksølv. Mange akvatiske arter kan biokoncentrere metaller, såsom østers og muslinger, der kan have niveauer af kviksølv eller cadmium 100.000 gange højere end dem i vandet, de lever i. Således kommer de fleste af de metaller, som mennesker indtager, fra mad i stedet for fra drikkevand.
De nitrogenoxider og svovl er vigtige forurenende stoffer i atmosfæren. Kvælstofoxider NO x produceres hovedsageligt under forbrænding af fossile brændstoffer ved høj temperatur, og trævarmer genererer flere emissioner pr. Produceret enhed end fyringsanlæg, der kører på fossile brændstoffer. Den kul af ringe kvalitet og olie indeholder svovlforbindelser og generere svovldioxid SO 2 under forbrændingen, men svovldioxid i atmosfæren kommer hovedsageligt fra vulkanudbrud . Den sure regn er det direkte resultat af disse to familier af forurenende stoffer.
Mange bycentre oplever episoder med luftforurening på grund af meget høje niveauer af ozon , et fænomen kendt som smog . Den ozon i troposfæren O 3 , dvs. den ozon i atmosfæren, er et sekundært forurenende stof . Det udsendes ikke direkte i luften, men skyldes komplekse fotokemiske reaktioner, der involverer forløbere , hovedsageligt nitrogenoxider fra bilens udstødningsgasser. Den smog er ikke det eneste problem med luftforurening skabt af biler. Andre forurenende stoffer, såsom bly , kommer fra forbrænding af benzin . Bly i tetraethyl- blyform er blevet brugt som et antiknokmiddel ved at øge oktantallet . Udviklingen af blyfri benzin i 1970'erne gjorde det muligt at reducere generne af blyforgiftning .
Uorganiske forurenende stoffer i vand og jord kommer hovedsageligt fra menneskelige aktiviteter, såsom mineralsk gødning baseret på fosfater (PO3−
4) og nitrater (NO-
3) eller metalliske sporelementer frigivet ved dræning af syremine , byafstrømning og industrielle aktiviteter.
Radioaktiv forurening skyldes en spray, en ulykke eller en nuklear eksplosion , hvor radioisotoper spredes. Disse radioisotoper kan være af naturlig oprindelse, som for uran 238 , uran 235 eller thorium 232 eller på grund af menneskelig aktivitet, som for radioaktivt affald fra forsknings-, industrielle eller medicinske laboratorier, affald fra kernekraftproduktion eller atombomber og eksperimentelle nukleare eksplosioner . Radioaktiv forurening er skadelig for mennesker, fordi radioisotoper kan gå i opløsning ved at udsende ioniserende stråling, der beskadiger levende organismeres cellulære bestanddele.
De primære kilder inden for uorganisk kemi kan opsummeres i omkring fyrre videnskabelige tidsskrifter ifølge Journal Citation Reports , hvortil der skal tilføjes omkring ti generalistiske tidsskrifter inden for kemi, såsom Angewandte Chemie , Chemical Communications eller Journal of the American Chemical Society . Et par artikler vises også hvert år i de generelle videnskabelige tidsskrifter Nature and Science . Følgende tabel viser de vigtigste internationale videnskabelige tidsskrifter med speciale i uorganisk kemi.
Titel | Redaktør | skabelsesår |
Effektfaktor (2015) |
---|---|---|---|
Anvendt organometallisk kemi | John Wiley & Sons | 1987 | 2.452 |
Koordinationskemi Anmeldelser | Elsevier Science | 1973 | 12.994 |
Dalton-transaktioner | Royal Society of Chemistry | 1966 | 4.177 |
European Journal of Inorganic Chemistry | John Wiley & Sons | 1998 | 2.686 |
Uorganisk kemi | American Chemical Society | 1962 | 4.820 |
Uorganisk kemikommunikation | Elsevier Science | 1998 | 1.762 |
Inorganica Chimica Acta | Elsevier Science | 1967 | 1.918 |
Tidsskrift for biologisk uorganisk kemi | Springer Verlag | 1996 | 2.495 |
Tidsskrift for uorganisk biokemi | Elsevier Science | 1971 | 3,205 |
Journal of Organometallic Chemistry | Elsevier Science | 1963 | 2.336 |
Journal of Solid State Chemistry | Elsevier Science | 1969 | 2.265 |
Organometallics | American Chemical Society | 1982 | 4.186 |
Polyhedron | Elsevier Science | 1955 | 2.108 |
Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie | John Wiley & Sons | 1892 | 1.261 |
De sekundære kilder er videnskabelige publikationer, der offentliggør anmeldelsesartikler inden for uorganisk kemi, hovedsageligt Coordination Chemistry Reviews , Chemical Society Reviews og Chemical Reviews . Nogle af de primære publikationer, der præsenterer videnskabelige resultater, indeholder også tidsskriftartikler i hvert nummer. Den uorganiske syntese- samling er en række bøger, der er udgivet siden 1939, og som har til formål at offentliggøre detaljerede procedurer til syntetisering af uorganiske forbindelser.
År | Laureat (er) | Nationalitet | Prisvindende arbejde |
---|---|---|---|
1904 | William Ramsay | UK | Som anerkendelse af opdagelsen i luften af inerte gasformige elementer og bestemmelsen af deres position i det periodiske system |
1906 | Henri moissan | Frankrig | Som anerkendelse af de store tjenester, han leverede ved opdagelsen af fluor og dets egenskaber, og for at stille den elektriske ovn, der bærer hans navn, til rådighed for videnskaben |
1911 | Marie Curie | Frankrig | For de tjenester, der ydes til fremskridt inden for kemi ved hans opdagelse af grundstofferne radium og polonium , for at have isoleret radium og for at studere naturen og forbindelserne af dette bemærkelsesværdige element |
1913 | Alfred Werner | Schweizisk | For sit arbejde med atombindinger i molekyler, takket være det kaster han nyt lys over tidligere undersøgelser og åbner for nye forskningsområder, især inden for mineralkemi |
1918 | Fritz Haber | Tyskland | Til syntese af ammoniak fra dets grundstoffer NB: pris uddelt i 1919 og tildelt i 1920 |
1951 |
Edwin McMillan og Glenn Theodore Seaborg |
Amerikas Forenede Stater |
For deres opdagelser i kemien af transuraniske grundstoffer |
1954 | Linus Carl Pauling | Forenede Stater | For hans forskning om arten af kemisk binding og deres anvendelser til bestemmelse af strukturen af komplekse stoffer |
1963 |
Karl Ziegler og Giulio Natta |
Vesttyskland Italien |
For deres opdagelser inden for kemi og højpolymerteknologi |
1964 | Dorothy Crowfoot Hodgkin | UK | Til bestemmelse ved hjælp af røntgenteknikker af strukturen af vigtige biologiske stoffer |
1966 | Robert Sanderson Mulliken | Forenede Stater | For hans grundlæggende arbejde vedrørende kemiske bindinger og den elektroniske struktur af molekyler ved hjælp af den molekylære orbitale metode |
1973 |
Ernst Otto Fischer og Geoffrey Wilkinson |
Vesttyskland Storbritannien |
For deres banebrydende arbejde udført uafhængigt af organometalliske forbindelser kaldet sandwichforbindelser |
1976 | William læber | Forenede Stater | For hans arbejde med boranernes struktur , der kaster nyt lys over kemisk binding |
1983 | Henry taube | Forenede Stater | For hans arbejde med mekanismerne for elektronoverførselsreaktioner , især i metalkomplekser |
1985 |
Herbert Aaron Hauptman og Jerome Karle |
Amerikas Forenede Stater |
For deres bemærkelsesværdige præstationer i udviklingen af direkte metoder til bestemmelse af krystalstrukturer |
1996 |
Robert Curl , Richard Smalley og Harold Kroto |
USA Forenede Stater Storbritannien |
For deres opdagelse af fullerener |
1998 |
Walter Kohn ¹ og John A. Pople ² |
USA Storbritannien |
¹ For hans udvikling af densitetsfunktionelle teori ² For at have udviklet beregningsmetoder inden for kvantekemi |
2001 |
William S. Knowles ¹, K. Barry Sharpless ² og Ryoji Noyori ¹ |
Amerikas Forenede Stater Japan |
¹ For deres arbejde med hydrogeneringsreaktioner med chiral katalyse ² For hans arbejde med oxidationsreaktioner i chiral katalyse |
2005 |
Yves Chauvin , Robert Grubbs og Richard R. Schrock |
Frankrig USA Forenede Stater |
For deres arbejde med udviklingen af metates metode i organisk syntese |
2010 |
Richard Heck , Ei-ichi Negishi og Akira Suzuki |
De Forenede Stater Japan Japan |
Til koblingsreaktioner katalyseret af palladium i organisk syntese |
2016 |
Jean-Pierre Sauvage James Fraser Stoddart Bernard L. Feringa |
Frankrig Det Forenede Kongerige Holland |
Til design og syntese af molekylære maskiner |