دید کلی

شیمیدانان از دیرباز ، ترکیبهای شیمیایی را بسته به این که از چه محلی منشاء گرفته باشند، به دو دسته غیر آلی و آلی تقسیم کرده بودند.

ترکیبهای غیر آلی: ترکیبهای بودند که از مواد معدنی بدست می‌آمدند.
ترکیبهای آلی: ترکیبهایی بودند که از منابع گیاهی یا حیوانی ، یعنی از مواد تولید شده بوسیله ارگانیسمهای زنده بدست می‌آمدند، مانند: قندها ، روغنها ، مواد پروتئینی و غیره.

شکل‌گیری شیمی آلی

تا اوایل قرن هجدهم ، شیمیدانها معتقد بودند که ترکیبهای آلی را بر خلاف ترکیبهای معدنی ، به روشهای آزمایشگاهی (سنتزی) نمی‌توان تهیه کرد. علت اصلی این طرز تفکر ، آن بود که "برزیلیوس" (Berzelius) شیمیدان مشهور سوئدی نظر داده بود که مواد آلی ، منحصرا به کمک نیروی حیاتی موجود در سلولهای زنده حیوانی و گیاهی ساخته می‌شوند و دست بشر توانایی سنتز این دسته از مواد شیمیایی را ندارد.

این نظریه که در سال 1815 ابراز شد، به نظریه تاثیر نیروی حیاتی (Vitalisme) معروف شد و در نقش مانعی اساسی ، سالها از پیشرفت و توسعه شیمی آلی جلوگیری کرد. تا اینکه اولین بار ، "وهلر" (Wohler) شیمیدان آلمانی ، در سال 1828 ، ضمن گرم کردن ایزوسیانات آمونیوم (OCN NH₄) ، اوره را که یک ترکیب آلی است، بدست آورد. کمی بعد ، "برتلو" (Berthelo) شیمیدان فرانسوی ، متان را از ترکیب مستقیم کربن و هیدروژن منتشر کرد.

با انجام واکنشهای مشابه دیگری سرانجام شیمیدانها معتقد شدند که از نظر امکان تهیه و سنتز ، تفاوتی بین مواد معدنی وآلی وجود ندارد، بلکه با ایجاد شرایط مناسب ، انواع ترکیبهای آلی را می‌توان در آزمایشگاه تهیه کرد.

شیمی آلی از چه گفتگو می‌کند؟

شیمی آلی ، بخشی از شیمی است از ترکیبهای کربن گفتگو می‌کند. در تمام ترکیبات آلی ، کربن و تقریبا هیدروژن وجود دارد. دو عنصر اکسیژن و نیتروژن نیز در ساختار بیشتر مواد آلی شرکت دارند. همچنین عنصرهایی مانند هالوژنها ، گوگرد ، فسفر و غیره در ساختار بسیاری از مواد آلی یافت می‌شوند.

مواد آلی را بر حسب عنصرهای تشکیل دهنده آنها ، به سه دسته کلی می‌توان تقسیم کرد: هیدروکربنها ، مواد اکسیژن دار ، مواد نیتروژندار.

هیدروکربنها

هیدروکربنها دسته ای از مواد آلی‌اند که فقط دارای دو عنصر کربن و هیدروژن‌اند. هیدروکربنها را می‌توان از نظر وضعیت زنجیره کربنی ، به دوگروه هیدروکربنهای زنجیری و هیدروکربنهای حلقوی تقسیم کرد.

هیدروکربنهای زنجیری

در هیدروکربنهای زنجیری ، اتمهای کربن ، به دنبال یکدیگر ، زنجیروار (بدون شاخه و یا شاخه فرعی) به یکدیگر پیوند دارند و دو انتهای زنجیره کربن ، آزاد (باز) است. هیدروکربنهای زنجیری به سه دسته تقسیم می‌شوند:

آلکانها (Alkanes) با فرمول کلی C_nH_2n+2
آلکنها (Alkenes) با فرمول کلی C_nH_2n+2
آلکینها (Alkynes) با فرمول کلی C_nH_2n-2

هیدروکربنهای حلقوی

در هیدروکربنهای حلقوی ، اتمهای کربن به صورت حلقه یا حلقه های متعدد (بدون شاخه یا با شاخه فرعی) به یکدیگر پیوند دارند و به دو دسته تقسیم می‌شوند.

هیدروکربنهای حلقوی سیر شده یا سیکلو آلکانها با فرمول کلی C_nH_2n ، توجه شود که n بزرگتر یا مساوی 3 است.
هیدروکربنی بنزنی یا آروماتیک که این نوع هیدروکربنها از هیدروکربنی بنام بنزن (C₆H₆ ) مشتق می‌شوند.

ترکیبات اکسیژن دار

این ترکیبها علاوه بر کربن و هیدروژن ، اکسیژن نیز دارند و مهمترین آنها عبارتند از:
الکل‌ها ، فنل‌ها ، اترها ، آلدئیدها ، کتن‌ها یا ستن‌ها ، اسیدها ، استرها ، قندها.

ترکیبات نیتروژن دار

در این ترکیبات ، علاوه بر کربن و هیدروژن ، نیتروژن نیز وجود دارد و مهمترین آنها عبارتند از: آمین‌ها ، آمیدها ، نیتریلها ، آمینواسیدها ، پروتئین‌ها.

پلیمرها (بسپارها)

پلیمرها ترکیبهایی با جرم مولکولی زیادند که از بهم پیوستن مولکولهای سبکتر تشکیل می‌شوند و در آنها واحدهای مشابهی بطور منظم تکرار می‌شوند. پلیمرها به دو دسته تقسیم می‌شوند:

پلیمرهای طبیعی

پلیمرهایی که بطور طبیعی وجود دارند، مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئین‌ها ، لاستیک طبیعی.

پلیمرهای مصنوعی

پلیمرهایی که بطور سنتزی ، از پلیمریزاسیون مواد معینی تهیه می‌شوند، مانند: پلی اتیلن ، پلی کلرید وینیل ، اورلون (پشم مصنوعی) ماده اصلی الیاف مصنوعی ، تفلون ، کائوچوی مصنوعی ، نایلون.

شیمی معدنی از چه گفتگو می‌کند؟

شیمی معدنی ، شاخه ای از علم شیمی است که بطور کلی شامل بررسی ، تحلیل و تفسیر نظریه‌های خواص واکنشهای تمام عناصر و ترکیبات آنها بجز هیدروکربن و اغلب مشتقات آنهاست. بعبارت دیگر ، شیمی معدنی ، کلیه موادیکه از جمله ترکیبات کربن نباشد، باستثنای اکسیدهای کربن مانند CO₂ ، CO ، کربناتها و دی سولفید کربن را جزو مواد معدنی‌اند را در بر می‌گیرد.

در شیمی معدنی در مورد گسترده وسیعی از موضوعات از جمله: ساختمان اتمی ، کریستالوگرافی ، انواع پیوندهای شیمیایی اعم از پیوندهای کووالانسی ، یونی ، هیدروژنی و... ترکیبات کوئوردیناسیون و نظریه های مربوطه ، از قبیل نظریه میدان بلور و نظریه اوربیتال مولکولی ، واکنشهای اسید و باز ، سرامیکها ، تقارن مولکولی و انواع بخشهای زیر طبقه الکتروشیمی (الکترولیز ، باطری ، خوردگی ، نیمه رسانایی و غیره) بحث می‌شود.

طبقه بندی مواد معدنی

مواد معدنی را به چهار دسته تقسیم بندی می‌کنند:

عناصر

عناصر ، دارای ساختارها و خواص متفاوتند و می‌توانند به یکی از صورتهای زیر باشند:

گازهای اتمی مثل Ar و یا گازهای مولکولی مثل H₂
جامدات مولکولی مثل P₄ یا S₈
فلزات جامد ، مثل W و یا مایع مثل Hg
مولکولها و یا جامدات شبکه‌ای گسترش یافته مثل الماس.

ترکیبات یونی

این ترکیبات در دما و فشار استاندارد ، همواره جامدند و عبارتند از:

ترکیبات یونی ساده ، مانند NaCl
اکسیدهای یونی که در آب غیرمحلولند، مانند ZrO₂
ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی (به اصطلاح کمپلکس) می‌باشند.

ترکیبات مولکولی

این ترکیبات ، ممکن است جامد ، مایع و یا گاز باشند و عبارتند از:

ترکیبات دوتایی ساده ، مثل PF₃
ترکیبات پیچیده فلزدار ، همچون PtCl₂(PMe₃)₂
ترکیبات آلی فلزی ، مانند Ni(CO)₄

جامدات شبکه ای

نمونه‌های این مواد ، شامل بسپارهای متعدد و متنوع معدنی و ابر رساناها می‌باشند.

تفاوت شیمی آلی و شیمی معدنی

در بیشتر واکنشهای آلی ، می‌توانیم مکانیسمی را که واکنش از طریق آن انجام می‌شود، بررسی کنیم، در صورتیکه برای بسیاری از واکنشهای معدنی ، فهم دقیق مکانیسم ، غیر ممکن یا غیر ضروری است، زیرا مواد دارای خواص بسیار متفاوت و الگوهای فوق‌العاده پیچیده ساختاری و واکنش پذیری‌اند.

تنوع شکل هندسی در مواد معدنی ، خیلی بیشتر از مواد آلی است. ساختار بسیاری از مواد آلی از چهار وجهی مشتق می‌شود. چون در مواد آلی ساده ، بیشترین ظرفیت کربن و همچنین عناصر دیگری که معمولا به کربن پیوند می‌شوند (باستثنای هیدروژن) ، چهار است. اما اجسام معدنی وضعیت ساختاری بسیار پیچیده ای دارند. زیرا اتمها می‌توانند بیشتر از چهار پیوند ، پنج ، شش ، هفت و حتی بیشتر پیوند تشکیل دهند.

پیوند بین اتمها در ترکیبهای آلی ، بطور عمده از نوع کووالانسی غیر قطبی و یا با قطبیت کم است از این رو:

بسیاری از مواد آلی در حلالهای قطبی ، بویژه در آب حل نمی‌شوند مانند مواد نفتی و یا کم حل می‌شوند، مانند اترها.
در صورت حل شدن در آب ، به یون تفکیک نمی‌شوند، مانند قندها و یا درجه تفکیک یونی آنها کم است، مانند اسید استیک.

به علت کوچک بودن اتم کربن ، آرایش الکترونی لایه ظرفیت و زیاد بودن انرژی پیوند کربن- کربن، اتم‌های کربن می‌توانند با پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل شده، زنجیرهای باز و بسته نسبتا نامحدودی را بوجود آوردند. از این رو:

تعداد ترکیبهای آلی ، بی‌شمار و گوناگون است.
تعداد ترکیبهایی با تعداد اتم‌های بسیار زیاد و جرم مولکولی بسیار بالا مانند مواد پلیمر و ... بطور طبیعی بوجود آمده، یا قابل تهیه و سنتزند.

در ترکیبهای آلی ، بطور گسترده ، پدیده ایزومری مشاهده می‌شود. در صورتی که در مواد غیر آلی فقط در ترکیبات کئوردیناسیون (کمپلکس‌ها) این پدیده قابل توجه است.

رابطه شیمی آلی وشیمی معدنی:

شیمی آلی و معدنی در مواردی نیز در مباحث یکدیگر وارد می‌شوند. بعنوان مثال ، می‌توان به ترکیبات آلی فلزی ، واکنشهای اسید و باز ، شیمی سیلسیم و ترکیبات کربن وقتی که با اتم های هیدروژن ، نیتروژن ، اکسیژن ، گوگرد ، هالوژنها و چند عنصر دیگر نظیر سیلسیم و آرسنیک متصل است، اشاره کرد. پس شیمی معدنی نه تنها 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 غیرمولکولی که بصورت آرایه‌های گسترش یافته ای 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.

قیاس شیمی معدنی با شیمی آلی