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 را که از جمله ترکیبات کربن نباشند، به استثنای اکسیدهای
کربن و دیسولفید کربن دربرمیگیرد.
نگاه کلی
در شیمی معدنی در
مورد گستره وسیعی از موضوعات از جمله : ساختمان اتمی ، کریستالوگرافی ،
انواع پیوندهای شیمیایی اعم از پیوندهای کووالانسی ، یونی ، هیدروژنی و ...
، ترکیبات کوئوردیناسیون و نظریههای مربوطه از جمله نظریه میدان بلور و
نظریه اوربیتال مولکولی ، واکنشهای اسید و باز ، سرامیکها ، تقارن مولکولی و
انواع بخشهای زیرطبقه الکتروشیمی ( الکترولیز ، باطری ، 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 ، بهناچار 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 مجدد 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. »
طبقهبندی 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:
1. گازهای اتمی (Kr , Ar) و یا گازهای مولکولی ( )
2. جامدات مولکولی ( )
3. مولکولها و یا جامدات شبکهای گسترش یافته ( الماس ، گرافیت )
4. فلزات جامد (Co , W) و یا مایع (Hg , Ca)
* ترکیبات یونی : این ترکیبات در دما و فشار استاندارد همواره جامدند و عبارتند از:
1. ترکیبات یونی ساده ، مانند NaCl که در آب یا دیگر حلالهای قطبی محلولاند.
2. اکسیدهای یونی که در آب غیر محلولاند، مانند ( ) و اکسیدهای مختلط همچون اسپنیل ( ) ، سیلیکاتهای مختلف مانند و ...
3. دیگر هالیدهای دوتایی ، کاربیدها ، سولفیدها و مواد مشابه. چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.
4. ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی ( بهاصطلاح کمپلکس ) میباشند، همچون .
* ترکیبات مولکولی : این ترکیبات ممکن است جامد ، مایع و یا گاز باشند و مثالهای زیر را دربر میگیرند:
1. ترکیبات دوتایی ساده همچون .
2. ترکیبات پیچیده فلزدار همچون .
3. ترکیبات آلی فلزی که مشخصا پیوندهای فلز به کربن دارند، مانند .
*
جامدات شبکهای یا بسپارها : نمونههای این مواد شامل بسپارهای متعدد و
متنوع معدنی و ابررساناها میباشد. فرمول نمونهای از ترکیبات اخیر است.
ساختمان XeF6 ، یک ماده معدنی
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 معمولا 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 چند وجهیهای با نظم کمتر ، نظیر دو
هرمی با قاعده مثلث ، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز
چند وجهیهای 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. این امر دو دلیل عمده دارد:
*
اولا ، برخلاف بیشتر مواد آلی ، پیوندها در ترکیبات معدنی غالبا تغییر
ناپذیرند. در نتیجه رویدادهای متعدد شکسته شدن پیوند و تشکیل پیوند در
واکنشهای معدنی در جریان است. در چنین شرایطی واکنش ، توانایی تولید
محصولات گوناگونی را بدست میآورد.
* افزون بر این ، اغلب واکنشهای
معدنی در شرایطی ویژه همچون بههم زدن شدید یک مخلوط ناهمگن در دما و فشار
بالا انجام میگیرد که تعیین مکانیسم را غیر ممکن یا حداقل غیر عملی
میسازد.
به این دو دلیل ، اغلب بهتر است که واکنشهای معدنی را فقط بر
اساس نتیجه کلی واکنش توصیف کنیم. این رهیافت به نام شیمی معدنی توصیفی
معروف است. بنابراین به سهولت مشخص میشود که گرچه هر واکنش را میتوان بر
اساس ماهیت و هویت محصولات واکنش در رابطه با ماهیت و هویت مواد واکنش
دهنده توصیف کرد، اما نمیتوان به هر واکنش مکانیسم معینی را نسبت داد. از
نظر شیمی معدنی توصیفی ، اکثر واکنشها را میتوان به یک یا چند طبقه از
طبقههای زیر نسبت داد:
واکنشهای اسید و باز (خنثی شدن) ، افزایشی _
حذفی ، اکسایش _ کاهش (ردوکس) ، استخلاف ، نوآرایی ، تبادلی ، حلال کافت ،
کیلیت شدن ، حلقهای شدن و تراکمی و واکنشهای هستهای.
برای درک
عمیقتر یک واکنش معدنی لازم است تصویر کاملی از واکنش ، از مواد واکنش
دهنده گرفته تا حد واسطها یا حالتهای گذرا تا رسیدن به محصولات تهیه کنیم.
این امر به دانش کاملی از سینتیک و یا ترمودینامیک واکنش ، همچنین اطلاع از
تاثیر ساختار و پیوند بر واکنش پذیری نیاز دارد.
رابطه شیمی آلی و شیمی معدنی
شیمی
آلی و معدنی در مواردی در مباحث یکدیگر وارد میشوند. بهعنوان مثال
میتوان به ترکیبات آلی فلزی ، واکنشهای اسید و باز ، شیمی سیلسیم و
ترکیبات کربن (وقتی که با اتمهای هیدروژن ، نیتروژن ، اکسیژن ، گوگرد ،
هالوژنها و چند عنصر دیگر نظیر سیلسیم و آرسنیک متصل است) اشاره کرد.
پس
شیمی معدنی نهتنها با مواد مولکولی مشابه موادی که در شیمی آلی بررسی
میشوند، سروکار دارد، بلکه توجه خود را به انواع وسیعتری از مواد که شامل
گازهای اتمی ، جامدات غیر مولکولی که بهصورت آرایههای گسترش یافتهای
هستند، ترکیبات حساس در مقابل هوا و رطوبت ، ترکیبات محلول در آب و سایر
حلالهای قطبی و همچنین مواد محلول در حلالهای غیر قطبی معطوف میکند.
بنابراین
شیمیدان معدنی با مسئله تعیین ساختار ، خواص و واکنش پذیری گستره
فوقالعاده وسیعی از مواد که دارای خواص بسیار متفاوت و الگوهای فوقالعاده
پیچیده ساختاری و واکنش پذیریاند، مواجه 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.
مهندسی شیمی
پدیده های انتقال - ترمودینامیک - فرآیندهای جداسازی - مدلسازی و شبیه سازی
- دینامیک سیالات محاسباتیپدیده های انتقال - ترمودینامیک - فرآیندهای
جداسازی - مدلسازی و شبیه سازی - دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) - سینتیک،
کاتالیست و طرح راکتور - مهندسی و کنترل فرآیند - زیست فناوری، مهندسی
پزشکی و صنایع غذایی و دارویی - فناوری نانو - علوم و مهندسی پلیمر - نفت و
مهندسی مخازن - مهندسی محیط زیست و ایمنی - استانداردسازی و آموزش در
صنایع شیمیایی
1- کاربردهای شیمی در فناوری های نوین
آموزش - خوردگی - ایمنی و بازرسی - نانو تکنولوژی - روانسازهای
صنعتی - بیوشیمی و زیست فناوری - مدل سازی و شبیه سازی - شیمی سموم و آفت
کشها - باتری ها و پیل های سوختی - فناوری های نوین و جداسازی - سنتز و
تولید مواد شیمیایی، دارویی - پلیمر، ترکیبات جدید، مهندسی پلیمریزاسیون -
شیمی (تجزیه، آلی، شیمی فیزیک، معدنی، هسته ای) - نانوجاذب ها و فناوری های
جدید در صنایع نفت و گاز - احتراق، کوره های صنعتی، مشعل ها، مبدل های
حرارتی فناوری های نوین در ذخیره سازی و انتقال نفت خام و گاز - محیط
زیست، توسعه پایدار، انرژی، مدیریت انرژی، انرژی های تجدید پذیر - فناوری
های نوین در اکتشاف، حفاری، استخراج و صیانت از مخازن هیدروکربوری -
فناوری های نوین و صنایع شیمیایی (معدنی، غذایی، پلیمر، دارویی، نفت، گاز،
پتروشیمی) - سینتیک، کاتالیست، رآکتورهای صنعتی، کاربرد نانوکاتالیست ها در
صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
2- تحقیقات نوین در شیمی کاربردی
شیمی آلی (سنتز و ارائه روشهای نوین برای تهیه ترکیبات آلی، فتوشیمی، شیمی
دارویی، فیتوشیمی، شیمی پلیمر، شیمی آلی صنعتی) - شیمی فیزیک( ترمودینامیک
کلاسیک، مکانیک آماری، شیمی کوانتمی، سینتیک شیمیایی، شبیه سازی و بهینه
سازی پروسه های شیمیایی، شیمی محاسباتی) - شیمی تجزیه (الکتروشیمی،
اسپکتروسکوپی، جداسازی (کروماتوگرافی، الکتروفورز، انواع میکرواستخراج)،
آبکاری و خوردگی فلزات) - شیمی معدنی (شیمی و سنتز کمپلکسهای معدنی، خوشه
های مولکولی(کلاسترهاو کیجها)، کریستالوگرافی) - شیمی کاربردی (تصفیه آب
وآلاینده های زیست محیطی، رنگها و پوششها) - نانو شیمی (نانوکاتالیستها،
نانو پوششها، نانو کامپوزیتها، نانو لوله ها، نانوحسگرها)
3- نانو فناوری و نانو پتروشیمی
انرژی، احتراق و ایمنی - پدیده های انتقال - ترمودینامیک و تعادل فازی -
سینتیک، کاتالیست و طرح راکتور - فرآیندهای جداسازی - زیست فناوری و مهندسی
زیست فرآیند - مدل سازی و شبیه سازی - مهندسی پلیمر – نانوتکنولوژی - نفت،
گاز و پتروشیمی - کنترل فرآیند - مبدل های حرارتی - کوره های صنعتی -
ایمنی و بازرسی - جداسازی گازهای فلر و برگرداندن آن به صنعت – خوردگی -
مدیریت اقتصاد در صنایع نفت و گاز - نیروگاه های حرارتی - کاربرد
نانوکاتالیستها در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی - نقش نانو فناوری در ذخیره
سازی گاز - کاربرد نانو مواد در روان کننده ها - کاربرد نانو مواد در
ارتقای کیفیت فرآورده های نفتی - کاربرد نانو فناوری در حفظ محیط زیست -
کاربرد فناوری نانو در انرژی و محیط زیست - کاربرد نانو کامپوزیتها در ساخت
پلیمرهای صنعت پتروشیمی - کاربرد نانو مواد در جلوگیری از خوردگی - نانو
لوله های کربنی و کاربردهای محیطی و انرژی آنها - نانو ساختار های کربنی در
صنایع نفت و گاز و پتروشیمی - کاربرد نانو کامپوزیت های پلیمری در صنایع
نفتی - زئولیت ها و کاربردهای آنها در صنایع نفتی
4- شیمی معدنی ایران
نظریه احتمال در ساختارهای جبری و توپولوژیکی - احتمال هندسی - احتمال فازی
- فرآیند های مارکوف - فرآیندهای شاخه ای - فرآیندهای وینر و نفوذ -
فرآیندهای تجدید - نظریه صف - مارتینگل ها - قانون اعداد بزرگ - قضایای حد
نانوشیمی - طیف سنجی ترکیبات معدنی - سینتیک و مکانیسم واکنش های معدنی -
شیمی آلی فلزی - فرآیندهای کاتالیستی - شیمی حالت جامد - بیوشیمی معدنی -
شیمی صنایع معدنی - فوتوشیمی معدنی - پلیمرهای معدنی - شیمی فرامولکولی -
الکتروشیمی ترکیبات معدنی - شیمی سبز - سنتز و شناسایی ترکیبات معدنی -
شیمی نظری و محاسباتی ترکیبات معدنی
5- شیمی سبز
طراحی روشهای جلوگیری از تشکیل ضایعات شیمیایی - روشهای کاهش آلودگی آب،
خاک و هوا از دیدگاه شیمی سبز - طراحی فرآورده ها و فرآیندهای شیمیایی سبز
- اسانس ها و روغنهای گیاهی از دیدگاه شیمی سبز - استخراج با روشهای سبز -
بازدارنده ها و مبدلهای سبز در خوردگی - کاتالیزورهای قابل بازیافت -
استفاده از ماکروویو و فاز جامد در سنتز ترکیبات آلی و دارویی - آنتی
اکسیدانها و سلامتی انسان - کیلیت درمانی
6- سنتز آلی و شیمی دارویی
شیمی آلی - شیمی دارویی - مدل سازی مولکولی - نانو تکنولوژی در سنتز آلی -
شیمی آلی سبز - شیمی آفت کش ها و علف کش ها - کاتالیست ها در سنتز آلی -
واکنش های چند جزیی - شیمی آلی فلزی – داروسازی - نانو تکنولوژی دارویی -
فیتو شیمی (گیاهان دارویی) - کاربرد واکنش های سنتزی در صنایع شیمیایی و
دارویی - روش های سنتزی جدید در شیمی آلی و دارویی - بیوشیمی و شیمی زیستی
7- الکتروشیمی ایران
الکتروشیمی سطح - سینتیک و ترمودینامیک واکنشهای الکتروشیمیایی - کوانتم
مبتنی بر الکتروشیمی - بیو الکتروشیمی - تبدیل و ذخیره انرژی شیمیایی -
الکتروشیمی و علم مواد - سنتز الکتروشیمیایی مواد آلی و معدنی - فوتو
الکتروشیمی - الکتروشیمی تجزیهای - نانو الکتروشیمی - الکتروشیمی و محیط
زیست - خوردگی - آموزش الکتروشیمی
8- تولید، ذخیرهسازی و مصرف هیدروژن
اقتصاد تولید هیدروژن - تولید هیدروژن از منابع هیدروکربنی - تولید هیدروژن
به روش الکترولیز - تولید هیدروژن به روش فوتوشیمیایی و فوتوالکتروشیمیایی
- تولید هیدروژن به روش بیولوژیکی - فناوری و روشهای مورد استفاده در
ایران برای تولید هیدروژن - موانع و چالشهای تولید صنعتی هیدروژن - اقتصاد
ذخیرهسازی هیدروژن - ذخیره سازهای هیدریدی - هیدروژن سازی مایع - هیدروژن
فشرده شده - جاذبهای هیدروژن - حمل و نقل هیدروژن - ایمنی - موانع و
چالشها در ذخیرهسازهای هیدروژن - اقتصاد مصرف هیدروژن - سوخت - پیلهای
سوختنی - صنایع تولید مواد شیمیایی - صنایع دفاعی - موانع و چالشهای
پیشرو در مصرف هیدروژن
شنبه 2 فروردین 1393 ساعت 02:29