Большая Советская энциклопедия - неорганическая химия

наука о химических элементах и образуемых ими простых и сложных веществах (кроме соединений углерода, составляющих, за немногими исключениями, предмет органической химии (См. Электронные теории в органической химии)). Н. х. — важнейшая область химии (См. Химия) — науки о превращениях вещества, сопровождающихся изменениями его состава, свойств и (или) строения. Н. х. теснейшим образом связана, помимо органической химии, с др. разделами химии — аналитической химией (См. Аналитическая химия), коллоидной химией (См. Коллоидная химия), кристаллохимией (См. Кристаллохимия), физической химией (См. Физическая химия), термодинамикой химической (См. Термодинамика химическая), электрохимией (См. Электрохимия), радиохимией (См. Радиохимия), химической физикой (См. Химическая физика); на стыке неорганической и органической химии лежит химия металлоорганических соединений (См. Металлоорганические соединения) и элементоорганических соединений (См. Элементоорганические соединения). Н. х. ближайшим образом соприкасается с геолого-минералогическими науками, особенно с геохимией (См. Геохимия) и минералогией (См. Минералогия), а также с техническими науками — химической технологией (См. Химическая технология) (её неорганической частью), металлургией (См. Металлургия) — и агрохимией (См. Агрохимия). В Н. х. постоянно применяются теоретические представления и экспериментальные методы физики.

Историческая справка. История Н. х., особенно до середины 19 в., тесно переплетается с общей историей химических знаний. Важнейшие достижения химии конца 18 — начала 19 вв. (создание кислородной теории горения, химической атомистики, открытие основных стехиометрических законов) явились результатами изучения неорганических веществ.

Уже в глубокой древности были известны металлы, которые либо встречаются в природе в самородном состоянии (Au, Ag, Cu, Hg), либо легко получаются (Cu, Sn, Pb) нагреванием их окисленных руд с углем, а также некоторые неметаллы (углерод в виде угля и алмаза, S, возможно As). За 3—2 тыс. лет до н. э. в Египте, Индии, Китае и др. странах умели получать железо из руд, изготовлять изделия из стекла.

Стремление превратить неблагородные, «несовершенные» металлы в благородные, «совершенные» (Au и Ag) явилось причиной возникновения алхимии (См. Алхимия), господствовавшей в 4—16 вв. н. э. Алхимики создали аппаратуру для химических операций (выпаривания, кристаллизации, фильтрования, перегонки, возгонки), которые и в наше время служат для разделения и очистки веществ; впервые получили некоторые простые вещества (As, Sb, Р), соляную, серную и азотную кислоты, многие соли (купоросы, квасцы, нашатырь) и др. неорганические вещества. В 16 в. металлургия, керамика, стеклоделие и др. производства, близко соприкасающиеся с Н. х., получили довольно широкое развитие, что видно из трудов В. Бирингуччо (1540) и Г. Агриколы (См. Агрикола) (1556). В 1530-х гг. А. Т. Парацельс, которому были на опыте известны целебные свойства препаратов Au, Hg, Sb, Pb, Zn, положил начало ятрохимии (См. Ятрохимия) — применению химии в медицине. В 17 в. укоренилось деление веществ, изучаемых химией, на минеральные, растительные и животные (указанное в 10 в. арабским учёным ар-Рази), т. е. наметилось расчленение химии на неорганическую и органическую. В 1661 Р. Бойль опроверг учения о четырёх стихиях и трёх началах, из которых якобы состоят все тела, и определил химические элементы как вещества, не могущие быть разложенными на другие. В конце 17 в. Г. Шталь, развивая представления И. Бехера, высказал гипотезу, согласно которой при обжигании и горении тела теряют начало горючести — Флогистон. Эта гипотеза господствовала вплоть до конца 18 в.

В дальнейшем становлению Н. х. как науки послужили работы М. В. Ломоносова и А. Лавуазье. Ломоносов сформулировал закон сохранения вещества и движения (1748), определил химию как науку об изменениях, происходящих в сложных веществах, приложил атомистические представления к объяснению химических явлений, предложил (1752) деление веществ на органические и неорганические, показал, что увеличение веса металлов при обжигании происходит за счёт присоединения некоторой части воздуха (1756), Лавуазье опроверг гипотезу флогистона, показал роль кислорода в процессах обжигания и горения, конкретизировал понятие химического элемента, создал первую рациональную номенклатуру химическую (См. Номенклатура химическая) (1787). В начале 19 в. Дж. Дальтон ввёл в химию атомизм, открыл Кратных отношений закон и дал первую таблицу атомных весов химических элементов. Тогда же были открыты Гей-Люссака законы (1805—08), Постоянства состава закон (Ж. Пруст, 1808) и Авогадро закон (1811). В 1-й половине 19 в. И. Берцелиус окончательно утвердил атомизм в химии. В середине 19 в. были сформулированы и разграничены понятия атома, молекулы и эквивалента (Ш. Жерар, С. Канниццаро). К тому времени было известно свыше 60 химических элементов. Проблему их рациональной классификации разрешило открытие в 1869 периодического закона Менделеева (См. Периодический закон Менделеева) и построение периодической системы элементов (См. Периодическая система элементов) Менделеева. На основе своих открытий Д. И. Менделеев исправил атомные веса многих элементов и предсказал атомные веса и свойства ещё неизвестных тогда элементов — Ga, Ge, Sc и др. После их открытия периодический закон получил всеобщее признание и стал прочной научной основой химии.

В конце 19 — начале 20 вв. особое внимание химиков-неоргаников привлекли две малоизведанные области — металлические Сплавы и Комплексные соединения. Исследование полированной и протравленной поверхности стали при помощи микроскопа, начатое в 1831 П. П. Аносовым, было продолжено Г. К. Сорби (1863), Д. К. Черновым (1868), немецким учёным А. Мартенсом (с 1878). Оно было усовершенствовано, а также существенно дополнено методом термического анализа (См. Термический анализ) (А. Ле Шателье, Ф. Осмондом — в 1887, английским учёным У. Робертс-Остоном — в 1899). В дальнейшем крупнейшие работы по исследованию сплавов с применением новой методики были выполнены Н. С. Курнаковым (с 1899), А. А. Байковым (с 1900) и их научными школами. Обширные исследования сплавов были проведены в Германии Г. Тамманом (с 1903) и его учениками. Теоретическую основу учения о сплавах дало правило фаз Дж. У. Гиббса. Систематические исследования комплексных соединений, предпринятые в 1860-х гг. К. Бломстрандом и датским учёным С. Йёргенсеном, были в 1890-гг. развиты А. Вернером, создавшим координационную теорию, и Н. С. Курнаковым. Особенно широко работы в этой области были поставлены в России и СССР Л. А. Чугаевым и его школой.

На рубеже 19 и 20 вв. в истории Н. х. произошло крупное событие — были открыты Инертные газы: Ar (Дж. Рэлей, У. Рамзай, 1894), Не (У. Рамзай, 1895), Kr, Ne, Xe (английские учёные У. Рамзай и М. Траверс, 1898), Rn (немецкий учёный Ф. Дорн, 1900), которые Д. И. Менделеев по предложению У. Рамзая включил в особую (нулевую) группу своей периодической системы элементов (впоследствии были включены в 8-ю группу). Ещё более значительным было открытие самопроизвольной радиоактивности урана (А. Беккерель, 1896) и тория (М. Склодовская-Кюри и независимо немецкий учёный Г. Шмидт, 1898), за которым последовало открытие радиоактивных элементов Po и Ra (М. Склодовская-Кюри, П. Кюри, 1898). Эти открытия привели к обнаружению существования изотопов (См. Изотопы), к созданию радиохимии (См. Радиохимия) и теории строения атома (Э. Резерфорд, 1911, Н. Бор, 1913, и др.; см. Атомная физика).

Успехи ядерной физики позволили синтезировать трансурановые элементы, имеющие атомные номера от 93 по 105 (см. Актиноиды, Элементы химические, Ядерная химия). Работы по синтезу трансурановых элементов открыли новую эпоху в истории Н. х. Исследования в этой области ведутся в СССР, США, Франции, ФРГ и некоторых др. странах.

Методы исследования. В Н. х. применяются два основных приёма исследования: препаративный метод и метод физико-химического анализа (См. Физико-химический анализ). Препаративный метод практиковался с древнейших времён. Его основу составляют проведение реакций между исходными веществами и разделение образующихся продуктов посредством перегонки, возгонки, кристаллизации, фильтрования и др. операций. Особенно распространён препаративный метод в химии комплексных соединений. Метод физико-химического анализа в основном создан Н. С. Курнаковым, его учениками и последователями. Сущность метода заключается в измерении различных физических свойств (температур начала и конца кристаллизации, а также электропроводности, твёрдости и др.) систем из 2, 3 или многих компонентов. Полученные данные изображают в виде диаграмм состав-свойство. Их геометрический анализ позволяет судить о составе и природе образующихся в системе продуктов, не выделяя и не анализируя их. Физико-химический анализ указывает пути синтеза веществ, даёт научную основу процессов переработки руд, получения солей, металлов, сплавов и др. важных технических материалов. Физико-химический анализ признан во всём мире ведущим методом Н. х.

Для современной Н. х. характерен необычайно обширный круг новых методов исследования строения и свойств веществ и материалов. С середины 20 в. основное внимание уделяется изучению атомного и молекулярного строения неорганических соединений прямым определением их структуры (т. е. взаимного расположения атомов в молекуле). Оно производится методами кристаллохимии, спектроскопии (См. Спектроскопия), рентгеновского структурного анализа (См. Рентгеновский структурный анализ), ядерного магнитного резонанса (См. Ядерный магнитный резонанс), ядерного квадрупольного резонанса (См. Ядерный квадрупольный резонанс), гамма-спектроскопии (См. Гамма-спектроскопия), электронного парамагнитного резонанса (См. Электронный парамагнитный резонанс) и др. Большое значение имеет определение важных для техники свойств и особенностей (механические, магнитные, электрические и оптические свойства, жаропрочность, жаростойкость, отношение к радиоактивному облучению и др.). Н. х. превратилась в такую науку о неорганических материалах, которая основывается преимущественно на данных о строении веществ на атомном и молекулярном уровнях.

Успехи неорганической химии. Открытие трансурановых элементов, эффективное разделение (посредством хроматографии (См. Хроматография), экстрагирования и др.) редкоземельных и иных трудно разделимых элементов (например, платиновых металлов) на индивидуально-чистые, экономичное получение редких элементов и материалов из них с особыми свойствами или заданным комплексом свойств привели к качественным изменениям в Н. х. Необходимо также отметить прогресс в технологии получения высокочистых элементов и соединений; получение из них и применение монокристаллов с определёнными свойствами (например, пьезоэлектриков, диэлектриков (См. Диэлектрики), полупроводников (См. Полупроводники), сверхпроводников (См. Сверхпроводники), кристаллов для Лазеров и др.) составило специальную ветвь промышленности. Особенно быстро развивается химия редких элементов. В 60-е годы возникла химия инертных газов, которые ранее считались неспособными к химическому взаимодействию; получены многие соединения Kr, Xe и Rn с фтором, окислы Xe и др.

В современной Н. х. очень большое внимание уделяется изучению химической связи (См. Химическая связь) — важнейшей характеристике любого химического соединения. С помощью физической аппаратуры удаётся как бы «видеть» химическую связь. Методы кристаллографии (См. Кристаллография), порой весьма трудоёмкие, заменяются скоростными методами (с применением, например, автоматических дифрактометров в сочетании с ЭВМ). Это позволяет для неорганических соединений быстро определять межатомные расстояния (и оценить электронную плотность), на основании чего можно составить более полное представление о строении молекул и рассчитать их свойства. Ещё более подробные сведения о химической связи можно получить с помощью рентгеноэлектронной спектроскопии. Разработка новых физических методов и интерпретация получаемых результатов требуют совместной работы химиков-неоргаников, физиков и математиков. На основе представлений и методов квантовой механики (См. Квантовая механика) всё более успешно рассматриваются проблемы строения и реакционной способности химических соединений и вопросы химической связи (см. Валентность, Квантовая химия).

Неорганические вещества и материалы используются в различных рабочих условиях, при интенсивном воздействии среды (газов, жидкостей), механических нагрузок и др. факторов. Поэтому важное значение имеет изучение кинетики неорганических реакций, в частности при разработке новых технологий и материалов (см. Кинетика химическая, Макрокинетика).

Практические применения. Н. х. даёт новые виды горючего для авиации и космических ракет, вещества, препятствующие обледенению самолётов, а также посадочных полос на аэродромах. Она создаёт новые твёрдые и сверхтвёрдые материалы для абразивных и режущих инструментов. Так, использование в них компактного кубического Бора нитрида (боразона) позволяет обрабатывать очень твёрдые сплавы при таких высоких температурах и скоростях, при которых алмазные резцы сгорают. Получены новые составы флюсов для сварки металлов; новые комплексные соединения, применяемые в технологии, сельском хозяйстве и медицине; новые строительные материалы, в том числе значительно облегчённые (например, на основе или с участием фосфатов), новые полупроводниковые и лазерные материалы, жаропрочные металлические сплавы, новые минеральные удобрения и многое другое. Н. х. удовлетворяет самые разнообразные запросы практики, весьма бурно развивается и принадлежит к важнейшим основам научно-технического прогресса.

Научные учреждения, общественные организации, периодические издания. До 1917 исследования по Н. х. велись в России лишь в лабораториях АН и вузов (горного, политехнического и электротехнического институтов в Петербурге, университетов в Петербурге, Москве, Казани, Киеве, Одессе). В 1918 начали свою деятельность основанные при АН в Петрограде институт физико-химического анализа (основатель Н. С. Курнаков) и институт по изучению платины и др. благородных металлов (основатель Л. А. Чугаев). В 1934 оба эти института и Лаборатория общей химии АН СССР объединены в институт общей и неорганической химии АН СССР (в 1944 ему присвоено имя Н. С. Курнакова). О др. институтах см. Химические институты научно-исследовательские (См. Химические институты). Проблемы Н. х. рассматриваются на конгрессах Международного союза теоретической и прикладной химии (См. Международный союз теоретической и прикладной химии), который имеет секцию Н. х., и на съездах национальных химических обществ, в том числе Химического общества (См. Химическое общество) имени Д. И. Менделеева.

Работы по Н. х. в 18—19 вв. публиковались (и продолжают публиковаться) в химических журналах, а также в изданиях национальной АН, университетов, высших технических школ и научно-исследовательских институтов. В связи с быстрым развитием Н. х. в 1892 в Германии был основан «Zeitschrift fur anorganische (с 1915 «... und allgemeine») Chemie». С 1962 в США выходит журнал «Inorganic Chemistry». В СССР работы по Н. х. печатались в основанных в 1919 «Известиях Института (с 1935 — Сектора) физико-химического анализа» и «Известиях Института (с 1935 — Сектора) по изучению платины и других благородных металлов». В 1956 оба издания объединены в «Журнал неорганической химии».

Лит.: Классические работы. Менделеев Д. И., Основы химии, 13 изд., т. 1—2, М. — Л., 1947; Lavoisier A. L., Traité élémentaire de chimie, t. 1—2, P., 1789; Berzelius J. J., Lehrbuch der Chemie, 5 Aufl., Bd 1—5, Lpz., 1847—56.

История. Джуа М., История химии, пер. с итал., М., 1966; Фигуровский Н. А., Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в., М., 1969; Кузнецов В. И., Эволюция представлений об основных законах химии, М., 1967; Соловьев Ю. И., Эволюция основных теоретических проблем химии, М., 1971; Развитие общей, неорганической и аналитической химии в СССР, под ред. Н. М. Жаворонкова, М., 1967; Тананаев И. В., Основные достижения неорганической химии за 50 лет Советской власти, «Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева». 1967, т. 12, № 5; Фигуровский Н. А., Открытие химических элементов и происхождение их названий, М., 1970; Partington J. R., A history of chemistry, v. 1, pt 1, L., 1970; v. 2—4, L. 1961-64.

Справочники. Gmelin L., Handbuch der anorganischen Chemie, 8 Aufl., Syst.Num. 1—70, В., 1924 (изд. продолжается); Mellor J. W., A comprehensive treatise on inorganic and theoretical chemistry, v. 1—16, L., 1952—34; Pascal P., Nouveau traité de chimie minérale, t. 1—19, P., 1956—1963.

Руководства и пособия для высшей школы. Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1—2, М., 1974; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1—2, М., 1963—66; Щукарев С. А., Лекции по общему курсу химии, т. 1—2, Л., 1962—64; Полинг Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; Барнард А., Теоретические основы неорганической химии, пер. с англ., М., 1968; Дей М., Селбин Д., Теоретическая неорганическая химия, пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., ч. 1—2, М., 1969.

Монографии и сборники работ. Руководство по препаративной неорганической химии, под ред. Г. Брауера, пер. с нем., М., 1956; Физические методы исследования и свойства неорганических соединений, пер. с англ., М., 1970; Курнаков Н. С., Введение в физико-химический анализ, 4 изд., М. — Л., 1940; его же, Избр. труды, т. 1—3, М., 1960—63; Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, М. — Л., 1947; Гринберг А. А., Введение в химию комплексных соединений, 3 изд., М. — Л., 1966; Вдовенко В. М., Современная радиохимия, М., 1969. См. также лит. при статьях, ссылки на которые даны в тексте.

И. В. Тананаев, С. А. Погодин.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

1969—1978