Química Inorgânica

Química inorgânica ou química mineral é o ramo da química que estuda os elementos químicos e as substâncias da natureza que não possuem o carbono coordenados em cadeias, investigando as suas estruturas, propriedades e a explicação do mecanismo de suas reações e transformações. Os materiais inorgânicos compreendem cerca de 95% das substâncias existentes no planeta Terra.

As chamadas "substâncias inorgânicas" que servem de foco de estudo para a química inorgânica, são divididos em 4 grupos denominados como "funções inorgânicas".São eles:

A estrutura iônica do óxido de potássio, K₂O.

Muitos compostos inorgânicos são sais, constituídos de um cátion e um ânion agrupados por ligação iônica. Um exemplo de sal é o cloreto de magnésio MgCl₂, que é constituído do cátion Mg²⁺ e ânions de cloro Cl⁻. Nesses compostos, as proporções de íons são tais que a carga elétrica é cancelada, fazendo com que o composto como um todo seja eletricamente neutro. Os íons são descritos por seu estado de oxidação e a facilidade de sua formação pode ser estimada a partir do seu potencial de ionização (para cátions) ou da afinidade eletrônica (anions) de seus elementos formadores.

Uma importante classe de sais inorgânicos são os carbonatos, sulfatos e os haletos. Muitos dos compostos inorgânicos são caracterizados por um alto ponto de fusão. Sais inorgânicos são tipicamente maus condutores no estado sólido. Outras características importantes são a solubilidade na água e a facilidade de cristalização. Alguns sais (por exemplo NaCl) são muito solúveis em água, outros (por exemplo BaSO₄) não o são.

A mais simples reação inorgânica é a da dupla troca, quando da mistura de dois sais iônicos os seus íons são trocados sem a mudança no estado de oxidação. Na reação de oxi-redução um dos reagentes, o oxidante, diminui seu número de oxidação e o outro reagente, o redutor, tem seu número de oxidação aumentado. O resultado é uma troca de eletrons. A troca de elétrons pode ocorrer indiretamente como também, por exemplo nas baterias, como um conceito chave da eletroquímica.

Quando um dos reagentes contem átomos de hidrogênio, uma reação pode ocorrer pela troca de prótons na química do ácido base. Em uma definição mais genérica, um ácido que pode ser qualquer substância química capaz de capturar um par de elétrons é chamado de ácido de Lewis; por outro lado, qualquer molécula que tende a doar um par de elétrons é denominada de base de Lewis. Como um refinamento da interações ácido-base, a teoria HSAB leva em conta a polarização e tamanho dos íons.

Compostos inorgânicos são encontrados na natureza como minerais. O solo pode conter sulfeto de ferro como pirita ou sulfeto de cálcio como o gypsum. Compostos inorgânicos também podem ser encontrados em outras diversas formas, tais como biomoléculas: como eletrólitos (cloreto de sódio), armazenamento de energia (ATP) ou na construção (o polifosfato é o arcabouço do DNA).

O primeiro composto inorgânico feito pelo homem foi o nitrato de amônia para fertilização do solo, produzido pelo processo de Haber.Compostos inorgânicos são sintetizados com o uso de catalisadores tais como pentóxido de vanádio e cloreto de titânio(III), ou com reagentes da química orgânica tais como hidreto de alumínio e lítio.

História

Muitos materiais inorgânicos e alguns nutrientes já eram conhecidos na antiguidade: a obtenção de metais (ouro, prata, cobre, estanho, chumbo, ferro, mercúrio) a partir de minérios, a indústria cerâmica, a preparação de vidro (Egito), a produção de porcelana (China), os corantes minerais (acetato de cobre (II), alvaiade, cinábrio, Auripigmento), o enxofre para fumo, o cal (para argamassas usadas em construções) e sais tais como cloreto de sódio (para a preparação de alimentos), o natrão (para a produção de vidro e sabões), e alume (para uso em curtumes). Durante o periodo da alquimica, os métodos de preparação de ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido nítrico e água régia (uma mistura de ácido clorídrico e ácido nítrico usada dissolver o ouro) já eram conhecidos pelo árabes. O processo de fabricação de ácidos foi posteriormente melhorado significativamente por Johann Rudolph Glauber em meados do século 16, que ainda desenvolveu um método para a obtenção de ácido clorídrico fumegante. Robert Boyle desenvolveu sua magnum opus "O Químico Cético", abandonando as teorias aristotélicas de alquimia e contemplando a pesquisa experimental e conclusões com base em experimentos. Georg Ernst Stahl e Johann Joachim Becher desenvolveram em 1700 a teoria do flogisto. Esta teoria, que se manteve por 80 anos até ser refutada, afirmava que as substâncias suscetíveis de sofrer combustão continham o flogisto, e que o processo de combustão consistia basicamente na perda desta substância. A causa da má interpretação da teoria do flogisto era a então substância ainda desconhecida presente no ar, o oxigênio. Joseph Priestley, estudando a composição do ar, percebeu a existência de uma substância no ar, a qual participava dos processos respiratórios e promovia reações de oxidação de metais aos seus óxidos. A teoria de elementos de Boyle considerava que um elemento químico era uma pluralidade de átomos idênticos, indivisíveis.John Dalton foi o primeiro a tabelar um conjunto de pesos atômicos de elementos e Jöns Jacob Berzelius desenvolveu a linguagem de fórmulas com uma ou duas letras latinas para os elementos químicos.

Monumento à tabela periódica na Universidade de Química e Tecnologia de Alimentos em Bratislava na Eslováquia: o químico russo Dmitri Mendeleiev foi o responsável pela organização dos elementos químicos na tabela periódica, chegando inclusive a prever a existência de alguns elementos com base no raciocínio lógico e nas propriedades químicas dos outros elementos .

O período seguinte foi a busca de novos elementos químicos, a determinação de seus pesos atômicos exatos e sua caracterização por reações com outras substâncias, sendo esta uma das tarefas mais importantes da química inorgânica. Lothar Meyer e Dmitri Mendeleev ordenaram dos elementos químicos por peso atômico e com base na capacidade de fazer ligações químicas, originando a tabela periódica. Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van't Hoff e Wilhelm Ostwald estimaram a constante de dissociação de sais, ácidos e bases em soluções aquosas. Alfred Werner questionou a validade das teorias e modelos aceitos na química orgânica, estruturando a nova química inorgânica em termos dos conceitos de coordenação e de estereoquímica. A química inorgânica passou por um período de menor atividade, que se estendeu até por volta de 1940. Entretanto, esse foi o período de renovação conceitual, marcado pelo surgimento das teorias quânticas. Com a II Guerra Mundial, o mundo ingressou na era atômica, marcada pelo descobrimento dos elementos transurânicos e pelos avanços na radioquímica. A disponibilização de isótopos permitiu a realização de experimentos importantes sobre o comportamento cinético e mecanístico dos compostos inorgânicos, o qual foi racionalizado por Henry Taube, em 1949, com base nas teorias de ligação. O entendimento lógico do caráter lábil/inerte dos compostos de coordenação lançou a semente dos mecanismos de transferência de elétrons, propostos por Taube em 1953, definitivamente consagrados com o Prêmio Nobel que lhe foi outorgado em 1983.

Categoria das reações da química inorgânica

Há quatro categorias das reações da química inorgânica: reação de síntese (ou combinação), reação de decomposição, reação de simples troca e reação de dupla troca.

Grupos da química inorgânica

Na química inorgânica existem quatro grupos funcionais: Óxidos, Ácidos,Bases e Sais.¹ Sua diferenciação é simples: a partir de quatro critérios, descobre-se sua função.¹

1. º - O primeiro elemento do composto é um hidrogênio, H_ ,sendo assim um ácido. (ex: HCl , HF)¹
2. º - O possui OH como último elemento do composto, _OH , sendo assim uma base. (ex: NaOH , AgOH)¹
3. º - É um composto diatômico (dois elementos), no qual o último é oxigênio , _O , sendo assim um óxido. (ex: CO , CaO)
4. ° - O primeiro elemento é um metal e o segundo elemento é um não-metal, sendo assim um sal.(ex: NaCl , AgF¹

Campo da química inorgânica

Os maiores ramos da química inorgânica incluem:

• Minerais, tais como sal, amianto, silicatos etc.
• Metais e suas ligas, como ferro, cobre, alumínio, latão, bronze etc.
• Compostos envolvendo elementos não-metálicos, como silício, fósforo, cloro, oxigênio, por exemplo água.
• Compostos de coordenação que envolvem metais de transição e espécies doadoras de elétrons.

Comercialmente, importantes substâncias inorgânicas incluem chips de silício, transistores, monitores de cristal líquido, cabos de fibra óptica e um grande número de catalisadores.

A química inorgânica é baseada na físico-química e forma a base para a mineralogia. Ela frequentemente possui interseções com a geoquímica, química analítica, química ambiental e química organometálica.

O leque da química inorgânica inclui compostos moleculares, os quais podem existir como moléculas discretas, e cristais (estudado(s) pela cristalografia e química do estado sólido).