Chimica inorganica
La chimica inorganica è la branca della chimica che tratta delle proprietà
e del comportamento di tutti gli elementi e dei loro composti con l'eccezione
dei composti del carbonio (tranne pochi). La maggior parte dei composti del
carbonio sono oggetto di studio della chimica organica.
La chimica inorganica ha le sue radici storiche nello studio dei minerali
naturali e di altre sostanze non viventi. L'estrazione e il riconoscimento degli
elementi chimici dai loro minerali ha portato di conseguenza allo studio del
loro comportamento chimico caratteristico e alla scoperta di nuovi composti
inorganici. La larga maggioranza delle sostanze oggi note non è di origine
naturale, ma è il prodotto di sintesi di laboratorio. La chimica inorganica
moderna è un vasto campo con numerose suddivisioni che si sovrappongono alla
chimica organica, alla biochimica, alla chimica fisica, alla metallurgia, alla
mineralogia, alla fisica dello stato solido e alla teoria atomica e molecolare.
La distinzione delle sostanze chimiche in organiche e inorganiche si fondava
sull'idea che i composti "organici" del carbonio potessero essere
prodotti solo dagli organismi viventi. L'infondatezza di questo concetto venne
dimostrata nel 1828, quando il chimico tedesco Friedrich Woehler trasformò il
cianato di ammonio in urea. Fu questa la prima trasformazione di una sostanza
inorganica naturale in un prodotto organico e naturale del metabolismo di
numerosi organismi. Nonostante ciò la divisione fra chimica organica e
inorganica viene usata tuttora.
I composti inorganici danno luogo a molti tipi di legami chimici che non hanno
riscontro nella chimica delle sostanze organiche. Il carbonio forma infatti solo
legami covalenti, utilizzando i
suoi quattro elettroni di valenza. Ciò dà origine ad un limitato insieme di
legami singoli e multipli che uniscono gli atomi di carbonio tra di loro e con
l'idrogeno, l'ossigeno, l'azoto e pochi altri elementi. Il chimico che ha
familiarità con i tipi fondamentali di legame è perciò in grado di trattare
in modo razionale i composti inorganici dei quali ne sono noti diversi milioni.
La maggiore varietà di legami che si riscontra tra le sostanze inorganiche
deriva dalla varietà delle combinazioni possibili tra gli oltre 100 elementi.
Oltre al particolare legame formato dai metalli e dalle leghe, che rende
possibile la conduzione dell'elettricità, e al legame
ionico presente nei sali inorganici, molti elementi possono formare
legami covalenti di tipo leggermente diverso da quello del carbonio. Ad esempio,
in una famiglia di composti dei metalli di transizione coppie di atomi del
metallo sono legate da legami di quadrupolo.
Nella chimica inorganica moderna esistono molte aree di ricerca, e ciascun
elemento chimico è oggetto di indagini specifiche. La ricerca si divide in tre
direzioni fondamentali: chimica dei non-metalli, chimica dello stato solido e
chimica dei metalli di transizione.
Fino ad epoca recente si riteneva che i gas nobili fossero completamente
inerti, cioè non reagissero chimicamente. Il primo composto vero e proprio di
un gas nobile è stato scoperto da Neil Bartlett nel 1962. A partire da quel
momento si è avuto uno sviluppo delle ricerche in tale campo ed oggi si
conoscono un numero relativamente elevato di composti del kripton, dello xenon e
del radon. Questi composti sono già stati impiegati per la sintesi e l'analisi.
Il fluoro è un elemento reattivo
e pericoloso. Diversi composti del fluoro (ad es., il Teflon e il Freon)
presentano caratteristiche eccezionali sia di non reattività che di
straordinaria reattività (dando luogo a derivati con l'ossigeno, il cloro e il
bromo). Entrambi i tipi di materiali sono usati largamente per rivestimenti
resistenti alla corrosione o come ossidanti di combustibili altamente
energetici.
I composti del silicio
costituiscono la base del mondo minerale. Circa il 95% dei minerali della crosta
terrestre contiene silicio: pertanto la chimica di questo elemento presenta un
grande interesse, e così pure lo sviluppo di nuovi materiali ceramici. Anche i
composti organici del silicio sono importanti; fra questi sono ben noti i
siliconi.
Il boro è l'unico non-metallo
che ha più orbitali disponibili per i legami che elettroni di valenza. Ciò gli
permette di formare legami carenti di elettroni con se stesso e con certi altri
elementi, dando luogo così a sostanze molecolari e covalenti, che per decenni
hanno costituito un enigma per i chimici. La
chimica del boro è così atipica che è paragonabile solo a quella del
carbonio.
La rivoluzione avvenuta nel campo dell'elettronica grazie all'introduzione
dei materiali a stato solido è la conseguenza diretta del perfezionamento delle
tecniche chimiche per produrre germanio e silicio estremamente puri e per
introdurre in essi altri elementi, al livello di tracce, che ne modificano le
proprietà elettriche. La chimica e la fisica del silicio e del germanio sono
importanti per la sintesi di nuovi semiconduttori. La chimica inorganica
partecipa anche alle attuali ricerche sui superconduttori ad alta temperatura
(v. superconduttività).
La sintesi di nuovi solidi ceramici con particolari proprietà sta acquistando
una crescente importanza. Fra questi figurano nuovi tipi di vetro, con speciali
caratteristiche di trasmittanza e di assorbanza, materiali dalle elevate
caratteristiche meccaniche e nuove sostanze solide con proprietà
elettromagnetiche utili per i dispositivi elettronici a stato solido e per le
memorie degli elaboratori.
Gli elementi di transizione formano una classe importante di sostanze utili
ed interessanti, chiamate composti di
coordinazione. Si tratta di composti costituiti da uno o più atomi di un
metallo, a loro volta circondati da un gruppo di molecole che mettono a
disposizione coppie di elettroni, dette leganti.
Le proprietà chimiche e fisiche dell'intero complesso sono profondamente
influenzate dalla natura, dalla struttura e dalla orientazione spaziale dei
leganti attorno al metallo. La teoria del campo dei leganti è la teoria
generale che viene attualmente elaborata per spiegare in dettaglio le proprietà
chimiche, strutturali, magnetiche ed elettroniche dei composti di coordinazione.
I settori della ricerca mostrano grande interesse per la sintesi di nuovi
composti dei metalli di transizione e per ulteriori progressi nella teoria del
campo dei leganti.
Benché i catalizzatori siano
impiegati in ogni branca della chimica in innumerevoli modi, il loro meccanismo
di funzionamento non è stato ancora ben compreso. Molti dei catalizzatori sono
composti dei metalli di transizione; la possibilità di penetrare nel segreto
del loro meccanismo di azione è quindi probabilmente affidata al raggiungimento
di una maggiore comprensione dell'interazione metallo-legante.
Una stimolante nuova area di ricerca della chimica inorganica è quella che mira
alla comprensione del ruolo dei metalli di transizione nei catalizzatori
biochimici, cioè negli enzimi. Questi sono delle molecole organiche di elevata
complessità che controllano la chimica delle cellule degli esseri viventi. In
molti casi il sito catalitico attivo di un enzima è il punto in cui alla
molecola è legato un metallo di transizione, come ferro, molibdeno o zinco.
Vedi anche: gas nobili; periodica, tavola.
Copyright © 2002 Motta Editore
|
