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Introduzione

Chimica inorganica Branca della chimica che studia le reazioni e le proprietà degli elementi chimici e dei loro composti, tranne che di quelli in cui il carbonio compare nella sua forma tetravalente, oggetto invece della chimica organica. Ricadono dunque fra le sostanze studiate in chimica inorganica anche gli ossidi di carbonio, i carbonati, i carburi e i cianuri.

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Cenni storici

Si può far risalire la nascita della chimica inorganica agli studi ed esperimenti degli alchimisti arabi, che svilupparono la chimica (chyméya) egiziana e persiana. Essi credevano alla trasmutazione dei metalli in oro e ritenevano che esistesse una polvere (al-iksir, elixir), di cui cercavano la composizione, responsabile di compiere tale trasformazione. Avevano una loro teoria dei metalli, mutuata dalla fisica aristotelica, secondo la quale tutti i metalli sarebbero stati composti speciali di mercurio e zolfo, simili agli elementi comuni, ma non isolabili chimicamente.

La relativa semplicità dei composti inorganici ne fece l'oggetto di studio degli scienziati che per primi indagarono le sostanze presenti in natura e le loro trasformazioni. La nascita della chimica moderna, nel Settecento, prese spunto proprio dallo studio delle sostanze aeriformi e dalla scoperta dei gas, benché tali lavori risentissero della mancanza di un metodo e di mezzi inadeguati. Fu Antoine-Laurent Lavoisier, nella seconda metà del Settecento, a introdurre nella chimica il metodo scientifico e la necessità di determinazioni quantitative: grazie a questo metodo divenne possibile, nella prima metà dell'Ottocento, la determinazione della composizione di numerosi composti inorganici e delle leggi fondamentali che regolano le combinazioni chimiche.

Benché l'interesse scientifico si fosse concentrato soprattutto nel settore della chimica organica, nella seconda metà dell'Ottocento vennero conseguiti numerosi risultati importanti anche nel campo della chimica inorganica: studi degli effetti della luce sull'argento posero le premesse per la nascita della fotografia; la comprensione e definizione della fertilità dei terreni in termini chimici e la sperimentazione di concimi minerali mostrarono l'importanza degli elementi inorganici anche in chimica agraria, grazie al lavoro del chimico tedesco Justus von Liebig.

In questo periodo la chimica inorganica si affermò soprattutto come studio della struttura dei metalli e delle loro leghe, anche a causa dell'impulso proveniente dall'industria metallurgica, che ne fece uso per la produzione di alluminio, acciaio, leghe e metalli meno comuni. La metallografia, nata a opera dell'ingegnere metallurgico francese Floris Osmond, fornì, con l'analisi microscopica e termica, i mezzi per distinguere i metalli puri dalle leghe, e analizzare e migliorare processi come la tempera, la ricottura e il rinvenimento.

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Sviluppi recenti

Dopo aver vissuto all'ombra della chimica organica e della chimica fisica nel periodo a cavallo fra la fine dell'Ottocento e i primi decenni del Novecento, la chimica inorganica è tornata ad attrarre l'attenzione degli studiosi, che si sono impegnati in ricerche su composti particolari, fra i quali i più interessanti sono i composti organometallici, sostanze formate da un atomo di metallo legato a un gruppo organico o a molecole neutre, quali l'acqua o l'ammoniaca. Lo studio di questi composti e delle loro proprietà chimiche e fisiche ha condotto alla definizione della classe dei composti di coordinazione – sostanze dalla complessa struttura geometrica che sfugge all'usuale concetto di valenza – e alla sintesi di nuovi catalizzatori.

Anche il fosforo e il boro, elemento che mostra caratteristiche affini a quelle del carbonio, sono stati studiati con attenzione, specie i composti di quest'ultimo con l'idrogeno, per le loro strutture vicine a quelle degli idrocarburi.

Di recente scoperta sono altre interessanti strutture: i clusters o strutture a grappolo, aggregati di metalli in architetture complesse, e gli ossidi misti, composti di base dei materiali ceramici con caratteristiche superconduttrici a basse temperature, utilizzati largamente nella costruzione di magneti superconduttori (vedi Scienza e tecnologia dei materiali).

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I diversi aspetti della chimica inorganica

La chimica inorganica comprende lo studio di argomenti e concetti generali e fondamentali della chimica, come le leggi di base, la classificazione e le proprietà degli elementi , la nomenclatura dei composti, la caratterizzazione degli stati delle sostanze e della loro trasformazione (ossidazione, ionizzazione, reattività ecc.), la determinazione delle proprietà delle soluzioni e dei diversi stati di aggregazione, nonché interi capitoli dell'evoluzione della conoscenza scientifica, quali la teoria atomica e la teoria cinetica dei gas.

Lo studio del comportamento chimico degli elementi e dei composti inorganici ha portato alla scoperta di un'ampia varietà di tecniche di sintesi e alla definizione di nuove classi di sostanze inorganiche. La chimica inorganica moderna è dunque una materia estremamente eterogenea, che da un lato si occupa della definizione di composti e materiali innovativi, che trovano ampia applicazione in diversi settori dell'industria, e dall'altro assume un carattere più teorico, nell'ambito della comprensione e spiegazione di strutture e legami particolari e complessi.

I risultati ottenuti in questi settori, inoltre, trovano spesso utilizzo e applicazione anche nelle ricerca medica e biologica.

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Nomenclatura dei composti

Esiste una nomenclatura ufficiale per designare i composti chimici, stabilita e coordinata dall'Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC).

Accanto a questi termini, però, nel linguaggio colloquiale spesso sopravvivono nomi antichi o sorti nell'ambito commerciale, che individuano con più immediatezza sostanze molto diffuse e di uso quotidiano. E' il caso, ad esempio, di bicarbonato di sodio, soda caustica, calce spenta, sale, candeggina, che indicano le sostanze scientificamente identificate come idrogenocarbonato di sodio, idrossido di sodio, idrossido di calcio (II), cloruro di sodio, ipoclorito di sodio. Nel caso dell'ammoniaca, addirittura, la IUPAC ha riconosciuto, vista la sua ampia diffusione nell'uso commerciale e industriale, il nome tradizionale, rinunciando a imporre il nome 'triidruro di azoto', che corrisponderebbe alle regole chimiche di nomenclatura.

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Composti binari

La nomenclatura dei composti binari inorganici dipende dalla presenza o meno dell'ossigeno.

Nei composti costituiti da un elemento elettropositivo (metallico) e da uno elettronegativo, viene nominato per primo il costituente elettronegativo, che assume la desinenza -uro, seguito dal nome del metallo. La presenza dell'ossigeno, invece, conferisce al composto il nome di ossido. Ad esempio: NaCl è il cloruro di sodio; CaS, il solfuro di calcio; MgO, l'ossido di magnesio; SiN, il nitruro di silicio. Quando il rapporto stechiometrico fra gli elementi è diverso da 1:1, si possono usare i prefissi di- tri- tetra- ecc. (il prefisso mono è in genere sottinteso): CS₂, disolfuro di carbonio; GeCl₄, tetracloruro di germanio; SF₆, esafluoruro di zolfo; NO₂, diossido di azoto; N₂O₄, tetraossido di diazoto.

Nel linguaggio comune, i composti costituiti da un non metallo e dall'ossigeno vengono chiamati anidridi: ne è un esempio il CO₂, scientificamente designato come diossido di carbonio, colloquialmente conosciuto come anidride carbonica.

I composti di un non metallo con l'idrogeno si definiscono acidi: idracidi sono composti binari in cui non compare l'ossigeno, ossoacidi sono composti ternari contenenti l'ossigeno.

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Composti poliatomici

Se il gruppo elettronegativo è poliatomico, il nome si ottiene aggiungendo il suffisso -ato al nome dell'elemento caratteristico (l'elemento legato all'ossigeno): nitrato, NO₃^-; solfato, SO₄^2-; fosfato, PO₄^3-. Lo ione positivo NH₄⁺ si chiama ione ammonio, sebbene ciò non sia conforme alle regole di nomenclatura; NH₄Cl è il cloruro di ammonio e (NH₄)₃ PO₄ è il fosfato di ammonio.

Sono idrossidi i composti ternari ottenuti dal legame fra un metallo e uno o più gruppi atomici OH: KOH è l'idrossido di potassio (I), Fe(OH)₂ è l'idrossido di ferro (II), mentre Fe(OH)₃ è l'idrossido di ferro (III).

Sebbene per la nomenclatura di composti più complessi esistano regole ben precise, molti di essi hanno nomi 'd'uso' (ad esempio Na₂B₄O₇ ·10H₂O è detto borace) o creati appositamente al momento della loro scoperta e brevetto (ad esempio F(CF₂)_nF è noto come Teflon). Questi nomi sono più comodi da usare, ma comportano lo svantaggio di non fornire alcuna indicazione diretta sulla composizione del composto.

La seguente tabella elenca nomi e formule degli ioni poliatomici inorganici che entrano nella composizione delle sostanze più diffuse.

Se un composto si forma da soluzione acquosa e trattiene alcune molecole di acqua, viene definito idrato; è il caso del borace, il cui nome sistematico è tetraborato di disodio decaidrato.

Il suffisso -ito indica che l'atomo caratteristico ha un numero di ossidazione inferiore rispetto a quello che ha nello ione con suffisso -ato; il prefisso ipo- indica uno stato di ossidazione ancora inferiore. Il prefisso per- indica invece uno stato di ossidazione superiore a quello dello ione con suffisso -ato. In ogni caso, i nomi con i prefissi ipo- e per- e con il suffisso -ito perlopiù non seguono le regole generali di nomenclatura e vanno considerati come nomi d'uso comune.