Kimia Anorganik

I. PENDAHULUAN

Kimia anorganik, mempelajari struktur, sifat, dan reaksi unsur kimia dan senyawanya. Kimia anorganik tidak termasuk penyelidikan senyawa hidrokarbon-yang terdiri dari karbon dan hidrogen yang merupakan bahan induk dari semua senyawa organik lainnya. Studi tentang senyawa organik disebut kimia organik.

Ahli kimia anorganik telah membuat kemajuan signifikan dalam memahami partikel menit yang membentuk dunia kita. Partikel ini, yang disebut atom, membentuk elemen, yang merupakan blok bangunan dari semua senyawa dan zat di dunia sekitar kita. Sama seperti keseluruhan bahasa Inggris dibuat dari kombinasi 26 huruf dalam alfabet, semua zat kimia terbuat dari kombinasi 112 elemen kimia yang ditemukan pada tabel periodik (lihat Hukum Berkala).

Sembilan puluh unsur diketahui terjadi di alam, dan 22 lainnya telah dibuat secara artifisial. Unsur-unsur yang meliputi zat-zat seperti oksigen, nitrogen, dan sulfur-tidak bisa dipecah menjadi zat-zat yang lebih elementer dengan cara kimia biasa. Unsur-unsur diatur dalam tabel periodik dalam barisan dari unsur paling ringan (hidrogen) sampai yang terberat (ununbium). Baris ini dibagi sehingga elemen dengan sifat kimiawi serupa jatuh pada kolom yang sama (untuk informasi lebih lanjut, lihat bagian Hukum Berkala dari artikel ini).

Unit perwakilan terkecil dari sebuah elemen adalah sebuah atom (lihat Atom). (Misalnya, representasi terkecil unsur helium (He) adalah atom helium.) Bila atom yang bersentuhan erat memiliki kekuatan tarik yang cukup besar, ikatan kimiawi, atau ikatan pengikat, terbentuk di antara keduanya. Kombinasi dua atau lebih atom yang terikat bersama disebut molekul. Molekul adalah partikel terkecil dari zat yang memiliki sifat kimia spesifik dari zat tersebut. Misalnya, atom oksigen (O) menggabungkan dua atom hidrogen (H) untuk membentuk molekul air (H2O). Sementara molekul H2O memiliki sifat air, oksigen individu dan atom hidrogen tidak.

Sebagian besar kimia dapat digambarkan sebagai pemecah zat terpisah dan menempatkan komponen kimia bersama-sama untuk membentuk zat baru. Proses ini dilakukan dengan memutus ikatan kimia antara atom dan menciptakan ikatan baru, sebuah proses yang dikenal sebagai reaksi kimia.

  II. SENYAWA INORGANIK PENTING

Kemajuan dalam kimia anorganik telah memberikan kontribusi signifikan bagi kehidupan modern. Misalnya, pupuk sintetis yang diproduksi dari bahan kimia anorganik telah meningkatkan produksi tanaman di seluruh dunia. Zat anorganik yang digunakan untuk membuat chip silikon membantu era informasi global. Insinyur menggunakan paduan logam pada mobil dan pesawat terbang untuk membuatnya lebih ringan dan lebih kuat. Perusahaan juga menggunakan senyawa anorganik untuk membuat bahan beton, baja, dan kaca yang digunakan untuk membangun bangunan, infrastruktur, dan pekerjaan umum lainnya di seluruh dunia.

Di Amerika Serikat, 10 dari 11 bahan kimia yang paling banyak diproduksi berasal dari unsur anorganik. Ke 10 bahan kimia anorganik ini (disajikan di bawah dalam urutan produksi) digunakan dalam berbagai macam aplikasi. Asam sulfat (H2SO4) digunakan untuk membuat pupuk, serat sintetis, dan logam. Nitrogen (N2) digunakan untuk memulihkan deposit minyak bumi bawah tanah, dalam produksi amonia (NH3), dan sebagai bahan selimut untuk pengiriman barang tahan lama seperti buah dan sayuran. Oksigen (O2) digunakan dalam produksi baja dan plastik, dalam aplikasi medis, dan dalam roket. Kapur (CaO) digunakan dalam pembuatan baja dan semen. Amonia (NH3) dikombinasikan dengan asam sulfat untuk membuat amonium sulfat (NH4SO4), pupuk sintetis yang paling penting.

Sisanya lima bahan kimia anorganik yang paling banyak diproduksi (yang sering menukar rangking dalam volume produksi) juga digunakan dalam berbagai macam aplikasi. Sodium hidroksida (NaOH), biasa disebut alkali, digunakan dalam pembuatan kertas, sabun, deterjen, dan serat sintetis, dan juga merupakan bahan kaustik yang digunakan sebagai pembersih saluran pembuangan. Klorin (Cl2) digunakan untuk pembuatan plastik vinil klorida, untuk mendisinfeksi air minum, dan kertas pemutih selama pembuatan. Asam fosfat (H3PO4) digunakan untuk memberi minuman ringan berupa rasa asam dan membuat pupuk. Sodium karbonat (Na2CO3), yang lebih dikenal dengan soda ash, digunakan dalam produksi kaca, kertas, dan tekstil. Asam nitrat (HNO3) digunakan untuk membuat serat sintetis, seperti nilon; bahan peledak, seperti nitrogliserin dan TNT (trinitrotoluena); dan juga dikombinasikan dengan amoniak untuk membuat pupuk.

  III. HUKUM PERIODIK

Kimia anorganik modern dapat dilacak pada karya kimiawan Rusia Dmitry Ivanovich Mendeleyev dan fisikawan Jerman Julius Lothar Meyer, yang secara independen mengembangkan hukum periodik dari unsur-unsur kimia pada waktu yang hampir bersamaan pada akhir abad ke-19. Mendeleyev umumnya dikreditkan dengan temuan, karena dia menetapkan hukum periodik pada tahun 1869, dan Meyer menetapkan undang-undang kimia ini setahun kemudian. Kedua ilmuwan, bagaimanapun, menemukan bahwa mengatur unsur-unsur dalam rangka meningkatkan massa atom menghasilkan tabel sifat kimia dan pola reaktivitas yang berulang kali diulang. Fenomena ini-yang dikenal sebagai hukum periodik-paling sering ditunjukkan dalam tabel periodik unsur-unsurnya.

Dengan mengatur elemen-elemen menjadi deretan massa atom yang meningkat, Mendeleyev mengamati bahwa elemen dengan sifat serupa jatuh ke dalam kolom vertikal yang sama, yang disebut kelompok. Misalnya, anggota logam alkali-litium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), dan cesium (Cs) - semuanya sangat reaktif, terbakar ketika mereka dibawa dalam kontak. dengan air.

   IV. STRUKTUR ATOM

Fisikawan Inggris Joseph Thomson menemukan elektron pada tahun 1898 dengan bereksperimen dengan sinar katoda-sinar yang tidak dapat dijelaskan atau balok yang dihasilkan dengan melakukan listrik melalui tabung hampa udara. Thomson menggunakan medan magnet dan listrik untuk menekuk jalur balok di dalam tabung hampa udara. Dengan menyesuaikan kekuatan bidang ini, ia mampu mengendalikan defleksi balok. Dari pengukuran ini, Thomson menentukan bahwa partikel sinar katoda membawa muatan negatif, dan dia mampu menghitung rasio muatan terhadap massa partikel. Thomson dengan akurat menghipotesiskan bahwa partikel bermuatan negatif ini, yang kemudian dikenal sebagai elektron, adalah bagian dari semua materi yang ditemukan di alam.

Pada tahun 1909, fisikawan Amerika Robert Millikan menentukan muatan dan massa elektron individu dengan mengukur tingkat penurunan minyak yang dilipat dengan elektron yang jatuh di antara dua pelat bermuatan listrik (plat datar bermuatan positif dan pelat dasar bermuatan negatif). Dengan mengukur perbedaan seberapa cepat tetesan minyak sarat elektron ini jatuh saat pelat logam diisi dan tidak bermuatan, Millikan dapat menghitung total muatan pada setiap tetes minyak. Karena setiap pengukuran adalah bilangan bulat keseluruhan dari -1.60 × 10-19 coulomb, Millikan menyimpulkan bahwa ini adalah muatan yang dibawa oleh satu elektron. Dengan menggunakan rasio muatan-ke-massa Thomson, Millikan kemudian menghitung massa elektron tunggal menjadi sekitar 9.109 × 10-28 gram.

Pada tahun 1913 fisikawan Denmark Niels Bohr mengembangkan model teoritis dari atom hidrogen. Bohr mengusulkan bahwa elektron yang bergerak di sekitar nukleus tetap berada dalam orbital kuantitatif tertentu yang disebut orbital. Orbital ini mirip dengan jalur planet yang mengelilingi matahari. Penelitian Bohr lebih lanjut mengungkapkan bahwa orbital elektron sesuai dengan tingkat energi tetap, atau kerang, mirip dengan lapisan bawang. Setiap tingkat energi dapat mencakup beberapa orbital yang berbeda (lihat Atom: Bohr Atom).

Pada tahun 1925 fisikawan kelahiran Austria Wolfgang Pauli mengusulkan prinsip pengecualiannya, memberikan pemahaman yang cukup besar mengenai perilaku kompleks elektron dalam atom. Prinsip pengecualian Pauli menyatakan bahwa setiap orbital di dalam cangkang energi dapat menahan maksimal dua elektron, dan ketika dua elektron menempati orbital yang sama, elektron ini akan berputar berlawanan dengan sumbu mereka sendiri. Spin adalah properti dari momentum sudut yang dimiliki semua elektron.

Pada tahun 1926 fisikawan Austria Erwin Schrödinger menerapkan sifat gelombang materi ke susunan elektron di dalam atom. Karya ini, yang dikenal sebagai teori kuantum, memodelkan konfigurasi dan meningkatnya jumlah orbital yang terkandung di setiap cangkang berturut-turut yang bergerak menjauh dari nukleus. Secara umum, elektron mengisi kerang energi terendah terlebih dahulu. Begitu cangkang energi rendah terisi, elektron mulai mengisi tingkat energi tertinggi berikutnya.

  B. Proton

Pada awal 1900-an, Thomson juga membuktikan bahwa partikel bermuatan positif adalah bagian fundamental dari atom. Thomson menggunakan tabung sinar katoda yang dimodifikasi yang diisi dengan gas hidrogen. Dengan melewatkan percikan melalui gas, ia berhasil menabrak elektron dari atom hidrogen, membiarkan partikel dikenal sebagai ion. Thomson mempercepat ion hidrogen melalui medan listrik dan mengamati bahwa ion-ion tersebut dibelokkan ke elektroda bermuatan negatif (konduktor listrik). Akibatnya, Thomson dengan benar menyimpulkan bahwa ion hidrogen mengandung partikel bermuatan positif; partikel ini sekarang disebut sebagai proton.

Percobaan menggunakan instrumen yang dikenal sebagai spektrometer massa mengungkapkan bahwa proton memiliki massa kira-kira 1800 kali lebih besar dari pada elektron. Spektrometer massa juga menunjukkan bahwa setiap elemen dibedakan dengan jumlah proton yang dikandungnya (dikenal sebagai nomor atom). Unsur-unsur diatur dalam tabel periodik dengan meningkatkan jumlah atom. Sebagai contoh, hidrogen memiliki satu proton, helium memiliki dua, dan lithium memiliki tiga.

  C. Inti dan Netron

Pada awal 1900-an, fisikawan Inggris Ernest Rutherford menemukan inti atom dan neutron. Dia melakukan eksperimen yang menembak partikel subatomik bermuatan positif melalui foil logam. Rutherford mengamati bahwa hampir semua partikel sub-atom dilewatkan lurus melalui kertas timah, sementara beberapa di antaranya dibelokkan pada sudut yang lebar. Dari pengamatan ini, Rutherford menyimpulkan bahwa setiap atom dalam foil logam harus memiliki inti yang sangat padat, atau nukleus, membelokkan beberapa partikel yang mendekati itu. Inti ini dikelilingi oleh volume ruang kosong yang jauh lebih besar, yang memungkinkan sebagian besar partikel melewatinya. Dari sudut defleksi yang besar, Rutherford menyimpulkan bahwa nukleus bermuatan positif dan menolak partikel subatomik. Dengan mengukur sudut ini, ia juga mampu memperkirakan jumlah proton di dalam nukleus. Namun, karena massa proton hanya menyumbang setengah dari inti inti, Rutherford menghipotesiskan bahwa jumlah partikel berenergi yang sama juga harus menyusun nukleus. Partikel ini kemudian dinamakan neutron.

  V. BONUS KIMIA

Mencari untuk menjelaskan bagaimana atom dalam elemen bergabung membentuk molekul, kimiawan Amerika Gilbert Lewis dan Irving Langmuir mengembangkan teori valensi elektron pada tahun 1916. Mereka mengusulkan agar ikatan kimia terbentuk di antara elektron yang berada di terluar, atau valensi, cangkang masing-masing atom pengikat. Ketika dua atom berbagi sepasang elektron valensi, mereka membentuk ikatan kimia.

Teori Langmuir-Lewis memberikan wawasan tentang hukum periodik Mendeleyev dengan menyatakan bahwa reaktivitas elemen sangat ditentukan oleh jumlah elektron di lapisan luar atomnya. Karena unsur-unsur dalam kelompok yang sama (atau kolom) pada tabel periodik semuanya memiliki jumlah elektron valensi yang sama, teori Langmuir-Lewis menjelaskan mengapa unsur-unsur di dalam masing-masing kelompok memiliki reaktivitas dan sifat yang sama. Bergerak ke kiri ke kanan melintasi meja periodik, kelompok elemen telah semakin banyak mengisi kerang luarnya. Misalnya, elemen Kelompok 1 (elemen logam alkali) masing-masing hanya mengandung elektron valensi tunggal, sedangkan elemen Grup 18 (gas mulia) telah benar-benar mengisi kerang luar. Akibatnya, unsur logam alkali sangat reaktif, dan gas mulia sangat stabil dan tidak reaktif, atau inert.

Para ilmuwan abad kedua puluh mengamati bahwa untuk mencapai stabilitas energik gas mulia, elemen berusaha untuk mengisi kulit terluar mereka dengan elektron. Agar lebih stabil secara energetik, atom sering meminjam atau berbagi elektron dari atom lain, membentuk ikatan kimia ionik atau kovalen.

  A. Ikatan Ionik

Atom membentuk ikatan ionik saat mereka mendapatkan atau kehilangan elektron dan kemudian menjadi bermuatan listrik. Sebuah atom yang memperoleh elektron dikenal sebagai ion negatif, dan sebuah atom yang kehilangan elektron dikenal sebagai ion positif.

Ikatan ionik terbentuk di antara unsur-unsur yang memiliki atom yang hampir menyelesaikan cangkang valensi dan unsur-unsur yang memiliki atom yang menahan sedikit elektron di dalam cangkang valensi mereka. Sebagai contoh, klorin (Cl) hanya satu elektron yang pendek untuk mengisi cangkang valensinya, sehingga memiliki afinitas yang kuat untuk elektron. Dengan mudah dapat menarik elektron dari sodium (Na), yang hanya memiliki satu elektron valensi yang dipegang secara longgar. Sebagai hasil dari pertukaran elektron ini, dua bentuk ion: ion klorin negatif (Cl-), dan ion natrium positif (Na +). Ikatan-ion yang berlawanan ini saling menarik satu sama lain, menggabungkan dalam proporsi yang sama untuk membentuk garam meja biasa: Na + + Cl- → NaCl.

   B. Obligasi Kovalen

Bentuk ikatan kovalen antara atom yang memiliki kecenderungan untuk berbagi elektron valensi untuk menyelesaikan kulit terluarnya. Atom semacam itu membentuk kelompok atom netral elektrik yang disebut molekul. Banyak zat yang dikenal tersusun dari molekul. Atom oksigen adalah dua elektron yang kekurangan lapisan luarnya. Ikatan oksigen dengan dua atom hidrogen (masing-masing memiliki satu elektron) untuk membentuk air (H2O). Klorin (Cl), yang merupakan satu elektron yang kekurangan lapisan luarnya, berbagi elektron valensi dengan atom klor lainnya untuk membentuk Cl2, sehingga mengisi cangkang luar kedua atom. Nitrogen (N), yang merupakan tiga elektron yang kekurangan lapisan luarnya, memiliki tiga atom hidrogen untuk membentuk amonia (NH3). Sebagian besar ikatan yang terjadi pada senyawa sebenarnya merupakan kombinasi ikatan kovalen dan ionik. Umumnya, bagaimanapun, ikatan di mana satu atau lebih elektron tetap satu atom untuk sebagian besar waktu disebut ionik, sedangkan ikatan di mana elektron dibagi rata untuk sebagian besar waktu disebut kovalen.

  VI. REAKSI KIMIA

Reaksi kimia adalah proses dimana atom atau molekul terdistribusi ulang, menghasilkan zat yang berbeda dengan sifat unik. Banyak industri mengandalkan reaksi kimia berskala besar untuk menghasilkan produk, seperti paduan, pupuk, dan bahan bangunan (termasuk kaca dan beton), yang sangat penting bagi kehidupan modern. Reaksi kimia dikelompokkan ke dalam kategori yang berbeda sesuai dengan mekanika reaksi. Elemen atau senyawa asli yang terlibat dalam reaksi kimia disebut reaktan, dan bahan kimia yang dihasilkan disebut produk.

  A. Reaksi Kombinasi dan Dekomposisi

Reaksi kombinasi mengikuti rumus sederhana: A + B = C, di mana A dan B adalah elemen atau senyawa yang bergabung membentuk senyawa baru C. Sebagai contoh, aluminium (Al) bergabung dengan cepat dengan oksigen molekuler (O2) untuk membentuk aluminium oksida Al2O3): 4Al + 3O2 → 2Al2O3 Angka sebelum setiap rumus mengacu pada jumlah relatif setiap elemen atau senyawa dalam reaksi. Aluminium oksida membentuk lapisan pelindung di atas produk aluminium seperti kaleng soda dan foil, mencegah oksidasi lebih lanjut dari logam. Sebaliknya, besi kurang terlindungi oleh lapisan oksida dan kemudian karat dengan paparan udara. Reaksi kombinasi lainnya terjadi ketika sulfur (S) bereaksi dengan molekul oksigen untuk membentuk gas sulfur dioxide (SO2): S (s) + O2 (g) → SO2 (g). Subskrip huruf dalam persamaan mengacu pada keadaan fisik reaktan dan pad produk untuk solid, g adalah singkatan dari gas, dan cairan akan menjadi cairan.

Reaksi dekomposisi adalah kebalikan dari reaksi kombinasi. Misalnya, bila kalium klorat padat (KClO3) dipanaskan, ia terurai menjadi oksigen molekul dan kalium klorida (KCl): 2KClO3 (s) → 3O2 (g) + 2KCl (s). Produk oksigen dari reaksi dekomposisi ini berguna untuk aplikasi seperti keadaan darurat medis. Reaksi dekomposisi lainnya adalah peluruhan cepat saat terpapar cahaya perak iodida (AgI) menjadi perak (Ag) dan iodin (I): 2AgI → 2Ag + I2.

B.  Reaksi Oksidasi-Pengurangan

Oksidasi-reduksi, atau redoks, reaksi menggabungkan bahan kimia yang ingin mendapatkan elektron (atau dikurangi) dengan bahan kimia yang bersedia melepaskan elektron (atau teroksidasi). Sebagai contoh, natrium (Na), dengan elektron valensi tunggal yang dipegang longgar, melepaskan elektron terluarnya (atau dioksidasi) oleh sulfur (S) untuk membentuk natrium sulfida (Na2S): 2Na + S → Na2S. Dalam reaksi redoks ini, dua atom natrium masing-masing melepaskan sebuah elektron untuk mengisi kulit luar sulfur atom. Masing-masing atom natrium kemudian dioksidasi menjadi ion positif (Na +), sedangkan atom sulfur direduksi menjadi ion negatif (S-2). Ikatan-ion yang berlawanan ini bergabung membentuk natrium sulfida. Lihat Reaksi Kimia.

  C. Reaksi Asam Basa

Reaksi asam-basa terjadi ketika asam kuat - zat yang mampu menyumbangkan ion hidrogen (H +) - bereaksi dengan basa kuat - zat yang mampu menerima ion hidrogen (lihat Asam dan Basa). Reaksi asam-basa menghasilkan air dan garam. Garam didefinisikan dalam kimia sebagai senyawa ion dimana kation (ion positif) bukan H + dan anion (ion negatif) tidak O2- atau OH-. Sebagai contoh, asam hidroklorida (HCl) bereaksi dengan natrium hidroksida (NaOH) untuk menghasilkan natrium klorida (NaCl), yang merupakan senyawa garam, dan air: HCl + NaOH → NaCl + H2O.

  D. Reaksi Pemindahan

Reaksi perpindahan menyebabkan unsur saling menggantikan satu sama lain dari senyawa. Sebagai contoh, magnesium (Mg) menggantikan titanium (Ti) dalam reaksi berikut: 2Mg + TiCl4 → Ti + 2MgCl2. Produsen menggunakan reaksi perpindahan khusus ini untuk mengekstrak titanium, yang diberi nilai kekuatan dan bobotnya yang ringan oleh industri kedirgantaraan dan lainnya, dari senyawa titanium tetraklorida (TiCl4).

  E. Pertukaran Reaksi

Reaksi pertukaran digerakkan oleh senyawa yang ingin menukar ion agar menghasilkan produk yang lebih stabil, yaitu asam atau garam. Sebagai contoh, titanium tetraklorida (TiCl4) bereaksi keras dengan air karena TiCl4 menukar satu ion titanium (Ti + 4) untuk setiap empat ion hidrogen (H +) dalam air: TiCl4 (g) + 2H2O (g) → 4HCl (g) TiO2 (s). Reaksi ini menghasilkan asam hidroklorida (HCl) dan titanium dioxide (TiO2). Titanium dioksida biasanya terjadi di endapan mineral sebagai zat hitam yang tidak murni. Klorinasi titanium oksida dari senyawa mineral menghasilkan TiCl4. Karena titanium dioksida diperlukan sebagai pigmen utama cat putih, pabrikan menggunakan reaksi pertukaran di atas untuk mengisolasi titanium dioksida dari TiCl4.

  VII. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI

Reaksi kimia terjadi ketika beberapa faktor fisik dan kimia membuat kondisi sangat menguntungkan bagi reaktan untuk digabungkan menjadi produk (lihat Termodinamika). Beberapa faktor, seperti energi potensial (energi tersimpan) yang terkait dengan reaktan, bisa memicu reaksi kimia spontan. Jika produk memiliki tingkat entropi yang lebih tinggi (gangguan di antara partikel) daripada reaktan, perbedaan ini juga dapat memicu reaksi kimia. Faktor eksternal, seperti panas atau adanya katalis (zat yang meningkatkan laju reaksi tanpa perubahan kimiawi), dapat memicu atau meningkatkan laju reaksi (lihat Katalisis).

  A. Reaksi eksotermik dan endotermik

Reaksi kimia dapat terjadi secara spontan jika reaktan memiliki lebih banyak energi potensial (energi tersimpan) daripada produk. Jenis reaksi ini terjadi secara spontan karena jalur energi menurun (dari energi potensial lebih sedikit). Reaksi ini disebut reaksi eksotermik (penghasil panas), karena energi potensial diubah menjadi panas saat reaksi berlanjut. Sebaliknya, reaksi endotermik (heat-absorbing) tidak terjadi secara spontan karena jalur energi menanjak yang ada. Produk reaksi endotermik mengandung lebih banyak energi potensial daripada reaktan. Akibatnya, energi harus ditambahkan untuk memicu reaksi endotermik.

  B. Entropi

Entropi adalah kecenderungan materi menjadi tidak teratur. Alam membutuhkan masukan energi untuk mempertahankan keadaan tertata-kamar tidur akan berantakan jika tidak dibersihkan secara berkala; sebuah mobil akhirnya akan jatuh ke dalam keadaan rusak jika tidak dilayani secara teratur. Entropi merupakan kekuatan penting dalam kimia. Jika faktor lain yang mempengaruhi reaksi dianggap sama, reaksi kimia akan berlanjut secara spontan jika produk memiliki entropi lebih tinggi (lebih tidak teratur) daripada reaktan. Hukum ini menjelaskan mengapa gas ozon (O3) secara spontan dapat membusuk menjadi molekul oksigen (O2): 2O3 (g) → 3O2 (g). Reaksi ini terjadi karena urutan molekul berkurang, menghasilkan tingkat entropi yang lebih tinggi.

  Curang

Menerapkan panas ke materi dalam fase padat, cair, atau gas menambahkan energi ke zat, menyebabkan atom bergerak lebih cepat dan bertabrakan satu sama lain dengan kekuatan yang lebih besar. Akibatnya, panas mempercepat reaksi kimia dengan membawa atom ke dalam kontak satu sama lain dengan kekuatan dan frekuensi yang lebih besar.

  D. Katalis

Katalis adalah zat yang memicu atau mempercepat reaksi kimia (tanpa mengubah katalis secara kimia dalam prosesnya). Katalis menggabungkan dengan pereaksi untuk membentuk senyawa perantara yang dapat lebih mudah bereaksi dengan reaktan lainnya. Contoh dari hal ini adalah pembentukan sulfur trioksida (SO3), yang merupakan unsur penting untuk memproduksi asam sulfat (H2SO4). Tanpa katalis, sulfur trioksida dibuat dengan menggabungkan sulfur dioxide (SO2) dengan molekul oksigen: 2SO2 + O2 → 2SO3. Karena reaksi ini berlangsung sangat lambat, produsen menggunakan nitrogen dioksida (NO2) sebagai katalis untuk mempercepat produksi SO3:

Langkah Satu: NO2 (katalis) + SO2 → NO + SO3 (SO3 diekstraksi dan dikombinasikan dengan uap untuk menghasilkan asam sulfat)

Langkah Dua: TIDAK (dari Langkah Satu) + O2 → NO2 (katalis yang digunakan kembali pada langkah pertama)

Dalam reaksi di atas, nitrogen dioksida (NO2) bertindak sebagai katalis dengan menggabungkan sulfur dioksida (SO2) membentuk sulfur trioksida (SO3) dan nitrogen monoksida (NO). Sulfur trioksida dikeluarkan dari proses (untuk digunakan dalam produksi asam sulfat). Nitrogen monoksida (NO) kemudian digabungkan dengan molekul oksigen (O2) untuk menghasilkan katalis asli, nitrogen dioksida (NO2), yang dapat terus digunakan kembali untuk mengkatalisis sulfur trioksida (SO3).

VIII. PENAMAAN SENYAWA ANORGANIK

Para ilmuwan telah menetapkan sebuah sistem peraturan untuk menamai sebagian besar zat anorganik.

   A. Unsur

Nama-nama logam umumnya diakhiri dengan -ium atau -um (contohnya adalah natrium, potassium, aluminium, dan magnesium). Pengecualiannya adalah logam yang digunakan dan dinamai pada zaman kuno, seperti besi, tembaga, dan emas. Nama-nama nonmetals sering berakhir pada -ine, -on, atau -gen (seperti yodium, argon, dan oksigen). Mengingat nama unsur penyusun dan ion umum, sebagian besar senyawa anorganik umum dapat dinamai dengan menggunakan aturan yang disajikan di bawah ini.

  B. Asam

Nama asam tanpa oksigen dalam molekul memiliki awalan hidro- (kadang disingkat menjadi hidr-) dan sufiks - yang melekat pada batang berdasarkan pada nama unsur penyusun (selain hidrogen). Sebagai contoh, HCl (terbuat dari hidrogen dan klorin) adalah asam klorida; HBr (terbuat dari hidrogen dan bromin) adalah asam hidrobromat; HI (terbuat dari hidrogen dan yodium) adalah asam hidroiodat; HCN (terbuat dari hidrogen, karbon, dan nitrogen) adalah asam hidrosianat; dan H2S (terbuat dari hidrogen dan sulfur) adalah asam hidrosulfat.

Nama asam yang mengandung oksigen (dikenal sebagai oxoacids) berasal dari jumlah atom oksigen dalam molekul seri, atau kelas asam. Contoh seri oxoacid adalah sebagai berikut: HClO, HClO2, HClO3, HClO4. Jika kelas asam hanya mengandung satu anggota, namanya diberi sufiks -ic. Sebagai contoh, H2CO3 adalah asam karbonat. Jika rangkaian asam mengandung dua asam, seperti H2SO4 dan H2SO3, asam yang mengandung lebih banyak atom oksigen diberi sufiks -ic, sedangkan asam dengan atom oksigen lebih sedikit diberikan akhiran. Sebagai contoh, H2SO4 adalah asam sulfat, dan H2SO3 adalah asam sulfat. Demikian pula, HNO3 adalah asam nitrat, dan HNO2 adalah asam nitrat. Dalam kasus seri asam ekstensif (seperti HClO, HClO2, HClO3, HClO4), asam dengan atom oksigen paling sedikit diberi awalan hypo- dan suffix -ous, dan asam dengan atom oksigen paling banyak diberikan. awalan per- Dalam contoh di atas, HClO adalah asam hipoklorida, HClO2 adalah asam klorat, HClO3 adalah asam klorat, dan HClO4 adalah asam perklorat.

  C. Positif Ion

Nama ion positif berakhir di -ium jika ion hanya memiliki satu keadaan oksidasi (hanya satu tingkat muatan bersih). Sebagai contoh, ion positif amonia adalah NH4 + (amonium), dan ion positif air (H2O) adalah H3O + atau H + (hidronium). Jika dua bilangan oksidasi (dua tingkat muatan bersih) ada untuk ion positif dari suatu unsur, ion yang kurang positif akan berakhir, dan ion yang lebih positif akan berakhir dalam keadaan normal. Sebagai contoh, dua ion tembaga positif adalah Cu + (cuprous) dan Cu2 + (cupric). Keadaan oksidasi ion positif juga dapat ditunjukkan dengan menempatkan angka Romawi setelah nama unsur tersebut. Ion tembaga positif ini juga dapat ditulis sebagai tembaga (I) dan tembaga (II).

  D. Ion Negatif

Nama ion negatif dari asam kekurangan oksigen (untuk informasi lebih lanjut, lihat bagian Asam pada artikel ini) diakhiri. Misalnya, Cl- (klorida) dari HCl, dan CN- (sianida) dari HCN. Nama ion negatif berasal dari asam dengan ujung awalannya - in. Sebagai contoh, NO2- (nitrit) berasal dari HNO2 (asam nitrat), dan SO32- (sulfit) berasal dari H2SO3 (asam sulfat).

  E. Garam

Garam diberi nama untuk ion yang membentuknya. Kation (ion bermuatan positif) di dalam senyawa diberi nama terlebih dahulu. Contohnya adalah NaCl (natrium klorida), BaO (barium oksida), Fe (NO3) 2 [besi (II) nitrat], dan Fe (NO3) 3 [besi (III) nitrat].

  F. Senyawa Kovalen

Jika dua unsur membentuk senyawa kovalen, awalan di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, dan seterusnya, digunakan untuk menunjukkan jumlah atom. Contoh senyawa kovalen meliputi CS2 (karbon disulfida), PCl5 (fosfor pentaklorida), dan N2O4 (dinitrogen tetroxide).

  IX. BIDANG KIMIA INORGANIK

Kimia anorganik, yaitu studi tentang struktur dan reaktivitas senyawa anorganik, tumpang tindih dengan cabang kimia lainnya, seperti kimia fisik dan kimia analitik. Ahli kimia fisik mengembangkan dan menggunakan instrumen untuk menyelidiki sifat fisik (seperti kerapatan, viskositas, dan kristalografi) senyawa serta perilaku sistem kimia. Ahli kimia analitik bekerja untuk menentukan unsur kimia yang tidak diketahui dari zat dan jumlah relatif dari unsur penyusun ini.

Kimia anorganik sering dibagi menjadi subbidang kimia solid-state, kimia organologam, dan kimia bioinorganik. Sementara kimia solid-state tetap berada dalam batas-batas penelitian kimia anorganik tradisional, kimia organologam dan kimia bioinorganik saling tumpang tindih dengan kimia organik dan biologi. Penelitian kimia solid-state, kimia organologam, dan kimia bioinorganik mengarah pada kemajuan di bidang-bidang seperti superkonduktivitas, pengembangan microchip, dan penelitian kanker.

A. Solid-State Chemistry (Kimia Benda Padat)

Ahli kimia solid-state mempelajari struktur dan sifat senyawa anorganik untuk membuat bahan baru yang lebih bermanfaat. Sebagai contoh, kimiawan solid-state bekerja untuk mengembangkan keramik lentur suhu tinggi yang mampu menahan suhu sampai 1370 ° C (2500 ° F). Keramik suhu tinggi ini suatu hari nanti bisa digunakan untuk membuat mesin mobil yang menghasilkan sedikit polusi dan sangat hemat bahan bakar.

Keramik dengan suhu tinggi juga bisa digunakan suatu saat sebagai bahan superkonduktor - yang tidak tahan terhadap arus listrik. Superkonduktor yang terbuat dari keramik suhu tinggi dapat digunakan di superkomputer (komputer canggih yang digunakan untuk memecahkan masalah yang sangat kompleks), dalam peralatan diagnostik medis seperti magnetic resonance imaging (MRI), dan untuk mentransmisikan listrik tanpa kehilangan daya listrik.

Ahli kimia anorganik membuat kemajuan pesat dalam pengembangan polimer anorganik baru. Polimer biasanya besar, molekul organik yang membentuk zat seperti protein, karet, dan plastik. Sebagian besar plastik terdiri dari polimer organik yang terdiri dari rantai karbon yang sangat panjang. Penelitian saat ini telah menghasilkan polimer anorganik yang dikenal sebagai polyphosphazenes, yang terdiri dari rantai panjang atom nitrogen dan fosfor bergantian. Polifosfazia akhirnya dapat digunakan di bidang medis untuk menyediakan bahan untuk pembuluh darah buatan, anggota badan, dan persendian.

Ahli kimia telah menemukan bahwa mengubah kelompok sisi atom yang terikat pada rantai nitrogen-fosfor ini membentuk plastik yang memiliki sifat unik, seperti kemampuan kapsul pil plastik untuk membuang obat tertelan ke dalam sistem peredaran darah. Polimer lain anorganik, polisulfurnitrida, terdiri dari atom belerang dan nitrogen bergantian. Polimer ini melakukan listrik dan menjadi superkonduktor pada suhu -273 ° C (-460 ° F). Namun, karena polisulfurnitrida tidak stabil, namun saat ini tidak digunakan dalam aplikasi praktis.

B. Kimia organometalik

Bidang penelitian yang sangat aktif dalam beberapa tahun terakhir adalah studi senyawa kimia organologam - senyawa yang terdiri dari logam transisi yang terikat pada kelompok kimia organik. Contoh kompleks organologam termasuk besi pentakarbonil [Fe (CO) 5], ferrocene [Fe (C5H5) 2], dan fenilagnesium bromida (C6H5MgBr). Senyawa organologam digunakan untuk menghasilkan wafer semikonduktor, untuk membentuk lapisan pelindung yang sangat protektif pada alat baja (seperti latihan kecepatan tinggi), dan sebagai katalis yang sangat selektif pada sintesis senyawa organik tertentu.

  C. Kimia Anorganik Biologis

Ahli kimia anorganik (bioinorganik) biologis meneliti peran logam dalam sistem kehidupan. Salah satu bidang penyelidikan adalah peran logam dalam tubuh manusia, seperti bagaimana oksigen mengikat secara reversibel ke zat besi dalam sel darah merah. Ahli kimia bioinorganik juga mempelajari bagaimana logam transisi spesifik dapat digunakan dalam obat untuk melawan penyakit tertentu. Sebagai contoh, para ilmuwan bereksperimen dengan kompleks platinum sebagai obat antikanker.