شیمی معدنی شاخه‌ای از دانش شیمی است که با کانی‌ها (مواد معدنی) و خواص آنها سروکار دارد.

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 که از جمله ترکیبات کربن نباشند، به استثنای اکسیدهای کربن و کربن دی‌سولفید را دربر می‌گیرد.

نگاه کلی

در شیمی معدنی در مورد گستره وسیعی از موضوعات از جمله: ساختمان اتمی،بلورنگاری(کریستالوگرافی)، انواع پیوندهای شیمیایی اعم از پیوندهای کووالانسی، یونی،هیدروژنی و ...، ترکیبات کئوردیناسیون و نظریه‌های مربوط، از جمله نظریه میدان بلور و نظریهاوربیتال مولکولی، واکنشهای اسید و باز، سرامیکها، تقارن مولکولی و انواع بخش‌های زیرطبقهالکتروشیمی(برقکافت، باتری،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، به ناچار 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 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.

طبقه بندی 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 (O2 , H2)

جامدات مولکولی (C6 , S8 , P4)

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 معمولاً جامدند و عبارت‌اند از:

ترکیبات یونی ساده، مانند NaCl که در آب یا دیگر حلالهای قطبی محلول‌اند.

اکسیدهای یونی که در آب غیر محلول‌اند، مانند کلسیم اکسید (CaO) و اکسیدهای مختلط همچون اسپنیل (

MgAl2O4)، سیلیکاتهای مختلف مانند CaMg(SiO3)2 و ...

دیگر هالیدهای دوتایی، کاربیدها، سولفیدها و مواد مشابه. چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.

ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی (به اصطلاح کمپلکس) هستند، همچون Ni(H2O)62+ , Co(NH3)63+ , SiF62- .

ترکیبات مولکولی: این ترکیبات ممکن است جامد، مایع و یا گاز باشند و مثالهای زیر را دربر می‌گیرند:

ترکیبا دوتایی ساده همچون UF6 , OsO4 , SO2 , PF3 .

ترکیبات پیچیده فلزدار همچون RuH(CO2Me)(PPh3)3 , PtCl2(PMe3)2 .

ترکیبات آلی فلزی که مشخصاً پیوندهای فلز به کربن دارند، مانند Zr(Cn2C6H5)4 , Ni(CO)4 .

جامدات شبکه‌ای یا بسپارها: نمونه‌های این مواد شامل بسپارهای متعدد و متنوع معدنی وابررساناها است. فرمول نمونه‌ای از ترکیبات اخیر YBa2Cu3O7 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 معمولاً 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 دو وجهی‌های با نظم کمتر، نظیر دو هرمی با قاعده مثلث، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز چند وجیهای 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.

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.

 

 

فهرست مطالب:

فصل 1 :مقدمه

معرفی ترکیبات کوئوردیناسیون

ویژگی های ترکیبات کوئوردیناسیون

انواع لیگندها

و...

فصل 2 :نامگذاری کمپلکس های فلزی

نامگذاری کمپلکس های کاتیونی و خنثی

نامگذاری کمپلکس های آنیونی

نامگذاری لیگندها

نامگذاری لیگندهای دوسر دندانه ای

و...

فصل 3 :نظريه های مربوط به ترکيبات کوئورديناسيون(I)

نظریه زنجیره ای بلومستراند-یورگنسن

نظریه ورنر

معایب نظریه ورنر

نظریه کوئوردیناسیون سیجویک

و...

فصل 4 :نظريه های مربوط به ترکيبات کوئورديناسيون(II)

نظریه میدان بلور

الگوی شکافتگی اوربیتالهای d

تعیین انرژی پایداری میدان بلور

سری اسپکتروشیمیایی

و...

فصل 5 :خصوصيات طيفی و مغناطيسی کمپلکس های فلزی

رنگ برخی از کمپلکس ها

انواع طیف های جذبی

قواعد انتخاب

جفت شدن اسپین اوربیت

قاعده انتخاب لاپورت

و...

فصل 6 :پايداری ترکيبات کوئورديناسيون

پایداری ترمودینامیکی و سینتیکی

ثابت های پایداری

انواع پیوندهای فلزی بر اساس پایداری کمپلکس

سری ایرولینگ-ویلیامز

عوامل موثر بر پایداری ترکیبات کوئوردیناسیون

و...

فصل 7 :کيليت ها

لیگند چند دندانه

اثر کی لیت

شرایط کی لیت شدن

عوامل موثر بر پایداری کی لیت ها

رزونانس و کی لیت شدن

کلاترو کی لیت

و...

فصل 8 :ايزومری در کمپلکس های فلزی

مفهوم ایزومری

ایزومری یونش

ایزومری حلال پوشی

ایزومری اتصال

ایزومری کوئوردیناسیون

و...

فصل 9 :واکنش های کمپلکس های فلزی(I)

کمپلکس های تغییرپذیر و بی اثر

واکنش های تبادل لیگند

تقارن اوربیتال های مولکولی در OSM

واکنش های ردوکس متقاطع

و...

فصل 10:واکنش های کمپلکس های فلزی(II)

واکنشهای جانشینی در کمپلکس های مربعی مسطح

نظریه قطبش برای توجیه اثر ترانس

نظریه پیوند Pi برای توجیه اثر ترانس

اثر سیس در واکنش های جانشینی

و...

فصل 11:شيمی توصيفی عناصر واسطه

عناصر واسطه

عناصر واسطه اصلی

عناصر واسطه داخلی

خواص فیزیکی عناصر واسطه اصلی

و...

فصل 12:کاربردهای ترکيبات کوئورديناسيون

کاربرد کمپلکس های فلزی در تجزیه کیفی معدنی

کاربرد کمپلکس های فلزی در تیتراسیون کمپلکسومتری

کاربرد کمپلکسهای فلزی در وزن سنجی

و...