無機化学の6つのサブブランチ – 定義 – フィールド

無機化学は化学の分野の 1 つで、炭化水素の研究を意味する有機化学の研究領域として、すべての元素を含み、無機化学は他のすべてを研究します。このステートメントは、無機化学で重要な役割を果たしている炭素だけでなく、周期表に記載されているすべての元素が含まれているため、無機化学がより広い研究を持っていることを意味します.

有機金属分野は、金属-炭素結合を含む化合物に加えて、多くの有機反応の触媒作用も含むため、これら 2 つの研究分野を橋渡しします。生物無機化学は、生化学と無機化学の架け橋となり、医療への応用において重要な位置を占めています。要するに、無機研究は無限の研究分野と実用化の可能性を秘めた広大なテーマです。

有機化学と無機化学を混同しないように。技術的には、有機化学と無機化学の違いはその配位数にありますが、有機化学の最大配位数は 4 で、無機化学の配位数は 4 を超えます。無機化学者は通常、問題を解決して、特性、構造、および反応性の材料を修正します。したがって、彼らは無機化合物の合成、操作、特性評価の優れた方法に関心を持っているに違いありません。

無機化合物の多くは、陽イオンと陰イオンがイオン結合で結合したイオン化合物で構成されています。無機化合物のいくつかのクラスは、酸化物、炭酸塩、硫酸塩、およびハロゲン化物であり、それらのほとんどはその高い融点によって特徴付けられます。このように、有機化学分野の分科の後、無機化学の分科について説明します。

化学薬品のリスト
水素の使用
ヘリウムの使用
植物用窒素

1.核化学

原子は、その周りに核外電子を持つ正に帯電した原子核で構成されています。原子の質量がほぼ完全に原子核に集中しているという事実にもかかわらず、原子核の効果。化学的挙動は、その数への影響、つまり電子の配置を通じて発揮されます。

核または核の議論は物理としてより適切であると主張することができますが、原子内の核の変化は化学的挙動で追跡されなければならない.また、物理と化学の相互浸透が進んでいるため、核変換の研究は化学研究の領域です。

核の変化は、核プロセスに伴う核化学の主要な取引である放射能の現象として、自発的に発生する可能性があるため、未知の時間に発生する可能性があります。核変換と核特性ですが、その一部は実験室で実験的にもたらすことができます。前述のように、これらの変化は次のように分類できます。(i) 自然放射能。 (ii) 核の衝撃によって引き起こされる変化。 (iii) 核分裂と (iv) 核融合。

自然放射能

放射能は現在、原子核の特性として、またいくつかの原子核の固有の安定性の結果として見られるようになっています。したがって、原子メンバーが 82 を超えるすべての自然発生元素の原子核は不安定であり、ゆっくりと崩壊します。これらの元素は、放射性であり、放射能を示し、放射性崩壊または崩壊を受けると言われています.

元素の自然放射能は、癌やその他の悪性増殖の治療における医療などの実際の世界で使用されてきました。ルミノエナメルの製造と、地球の年齢を計算する 1 つの手段として。

ラジウムやラドンなどの元素は、がんの増殖の治療に使用されます。このプロセスは、人間の組織のがん細胞を破壊できるこれらの元素からの放射線から始まります。したがって、副作用として健康な組織も破壊する可能性があるため、治療が進行中の場合は、健康な部分をシールドして保護する必要があります.

核爆撃による核変換

元素の変換は卑金属に適用されて金になり、何世紀にもわたって人類を魅了してきましたが、それは明らかに錬金術師の操作によるものです。私たちが知っているように、核変換のような無線要素による変化は自然に起こっていますが、これまでのところ、変化させる方法は見つかっていません.ごくわずかであっても、これらの変化の速度はここ数年まで続いています。

核変換は主に、ある化学元素または同位体を別の元素に変換することです。同位体はその陽子数によって定義されるため、核変換は陽子数または中性子数を変化させるプロセスで発生します。

核分裂

まず、1938 年にドイツのオットーハーンと彼の助手であるフリッツシュトラスマンによって発見された核分裂は、1 年後にリーゼマイトナーと彼女の甥のオットーロベルトフリッシュによって理論的に説明されました。核分裂は、原子を核と呼ばれる小さな部分に分割するプロセスのために発生する核変換の一形態であり、中性子とガンマ光子以外の自由中性子とガンマ光子を生成します。また、エネルギー標準または放射性崩壊によって非常に大量のエネルギーを放出します。

通常、生成される 2 つの核は同等であり、サイズが異なります。核燃料に含まれる放出エネルギーは、ガソリンなどの同様の質量の化学燃料に含まれる自由エネルギーの量の倍であり、核分裂は非常に高密度のエネルギー源になります。

核融合

原則として、原子核は非常に軽く、結合して重い原子核を形成し、軽い原子核だけでなく、より大きなエネルギーを放出することができます。核融合と呼ばれるこのプロセスは、核分裂の対比であると同時に、反応前後の原子核間の原子結合エネルギーの違いにより、質量の違いによって生じるエネルギーも生じます。このようなプロセスは、太陽や他の星で生成されるエネルギーの主な源です。これらのプロセスは、水素爆弾の基礎も形成します。

今日、研究は核融合プロセスを制御された持続的なエネルギー生成に適応させる方法に焦点を当てていますが、実際の結果はまだ遠いです.核分裂と核融合が核エネルギーの源である理由は、質量数の関数としての核子あたりの結合エネルギーのプロットを参照することで理解できます。

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2.熱化学

熱化学は無機化学の一分野です。この分野は、化学反応性に関するものです。一方、ここには熱化学のサブブランチがあります。

化学エネルギー

化学作用に続く熱変化の研究は、多くの場合、熱化学の研究と呼ばれます。すべての化学物質または元素は固有エネルギーに関連付けられており、そのエネルギーはほとんどが化学反応を起こすときに熱の形で増減します。

単一の物質または物質のグループで構成される化学システムには、その物質の質量、化学的性質、およびシステムの物理的状態の影響を受ける量のエネルギーが含まれています。

この状態は、反応が起こるまで一定のままです。したがって、反応の生成は、異なる固有エネルギーの化学システムを構成します。固有エネルギーに蓄えられた総エネルギーの絶対値を知ることはできませんでしたが、最初のシステムが新しいシステムに移行したときの総エネルギーの変化を特定することができました。エネルギーは発生した熱に等しくなるか、またはその逆になります。吸熱反応はシステムが熱を吸収するときに発生し、発熱はシステムが熱を放出するときの反応を表す用語です。

反応熱

実験によると、任意の化学変化による熱効果は、一定量の反応物に対して一定の値を持つことが示されています。この値は、反応熱として知られる反応の式で示されるように、反応する物質のグラム分子量の反応中に放出または吸収される熱の量として表されます。熱量は通常、キログラム - カロリーで表されます。

反応熱は、反応する物質と反応生成物の物理的状態に依存します。したがって、熱反応の値を与えるときは、これを示す必要があります。 1グラム分子の化合物がその元素から生成されるときに放出または吸収される熱量を化合物の生成熱と呼び、1グラム分子の元素または化合物が完全に酸化されるときに放出される熱量を燃焼熱。

ヘスの法則

1840 年、G.M. Hess は、化合物の形成中に発生する熱をいくつかの実験で測定し、「特定の化合物の形成中に発生する熱の量は、化合物が直接一度に形成されても、ゆっくりと形成されても同じである」という結論に達しました。

これは、異なる経路で化学変化が起こったとしても、全体的なエンタルフィの変化は同じままであることを意味します。ヘスの法則は、化学反応に必要な全体的なエネルギーを決定するために使用できます。合成ステップに分割できると、特徴付けが容易になります。これは、複雑な合成を設計するための基礎として使用できます。

熱化学プロセス

システムの 1 つ以上のプロパティが変更されると、プロセスが発生します。プロセスは 3 つのカテゴリに分類できます。等圧は、システムの圧力が一定のままであるときにプロセスが発生することを意味します。等温とは、システムの温度が一定に保たれているときにプロセスが発生することを意味します。断熱とは、プロセスが熱交換なしで発生することを意味します。

3.理論化学

理論化学は、原子の化学的および物理的観測の説明に焦点を当てた研究であり、この研究は、静的な荷電粒子間に相互作用する力を記述するコロンブの法則、物体がそれによってエネルギーを持っていることを説明する運動エネルギーなどの物理法則をその基礎として含みます。運動、ビリアル定理、その他の法則。

観察を説明するには適切なレベルの理論が必要です。したがって、理論的方法はそれ自体の観察と一致する必要があります。つまり、観察を説明して、作成された理論の偏りの程度を減らすには、正しい理論的方法またはアプローチが必要です。

量子論

化学の初期の発展における最も興味深く、また最も重要な問題の 1 つは、放射エネルギーの性質です。 18 世紀には、ほとんどの科学者が、可視光は光源から弾丸のように放出される小さな粒子で構成されているという考えを受け入れていました。このような理論は、1675 年に王立協会でアイザックニュートン卿によって提案され、宇宙のほとんどが彼の見解を受け入れました。

さらに、量子化学は、分子との強い関係から一般に分子量子力学としても知られている化学系の物理モデルおよび実験における量子力学の適用に焦点を当ててきました。

計算化学と数理化学

計算的であれ数学的であれ、どちらも予測の観点から分子の構造を再モデル化するためのツールです。これらの方法は代替として使用されるため、必ずしも量子力学に言及しているわけではありません。数学では、トポロジーを使用して、クラスターのような柔軟な有限サイズの物体の特性を予測できます。

コンピュータコードを適用することで、ハートリーフォック、ポストハートリーフォック、密度汎関数理論、半経験的方法 (PM3 など)、または力場法などの方法を使用して、分子形状を適切に予測することができます。分子の形状を適切に予測するだけでなく、コンピューターは振動スペクトルと振電結合を予測し、赤外線データを取得して周波数情報に変換することもできます。 Cheminformatics とも呼ばれる化学の分野の問題を解決するために作物情報に適用されるコンピューターおよび情報技術の使用。

分子動力学と分子力学

分子動力学では、古典力学を適用して、原子と分子の集合過程における原子核 (原子核の小さな部分) の動きをシミュレートします。ファンデルワールス力は、分子の再配列を制御し、温度によって促進されました。

分子動力学が古典力学を適用して原子核の動きをシミュレートする場合、分子力学は古典力学を使用して分子システムをモデル化しようとします。したがって、分子系に蓄えられたポテンシャルエネルギーは、力場を使用して計算する方が簡単かもしれません。

さらに、分子ドッキング、タンパク質間ドッキング、創薬設計、コンビナトリアルケミストリーなど、分子モデリングと呼ばれる原子の構造をモデル化するために使用される方法

4.光化学

光化学は、紫外線の吸収による化学反応を研究領域とする化学の一分野です。分子が光子を吸収すると、電子構造が変化し、他の分子とは異なる反応を示します。光から吸収されたエネルギーの結果は、吸収分子または隣接分子の光化学変化です。たとえば、光合成です。

エネルギーは、分子を基底状態に戻すために、熱や低エネルギー光（蛍光やリン光など）として形成することもできます。分子の種類ごとに、吸収された光子エネルギーを取り除くためにこれらの異なるメカニズムのどれを使用するかについて、異なる好みがあります。たとえば、ある分子は、その種類のために化学よりも蛍光を好みます。

光化学アプリケーション

上記のように、分子の種類ごとに、吸収したエネルギーを放出する方法が異なるため、いくつかの光化学反応があります。光化学反応の応用例のいくつかは次のとおりです。

光合成:植物が紫外線エネルギーを使用して、二酸化物と水をブドウ糖と酸素に変換するプロセス。
生物発光:ホタルは腹の中で酵素を生成して光を生成します。
光線力学療法:三重項酸素の光増感反応によって生成される一重項酸素の作用により、人体の腫瘍を破壊するための光の使用。典型的な光増感剤には、テトラフェニルポルフィリンとメチレンブルーが含まれます。
フォトレジスト:電子産業全体で重要な役割を果たしている表面にパターン化されたコーティングを形成するために、いくつかのプロセスで使用される感光性材料です。

光化学の法則

光化学の法則は、光化学の研究で使用および発展させることができます。この研究分野に適用される多くの規則がありますが、そのうちのいくつかは次のとおりです。

光化学の第一法則は、光化学が起こるためには光が吸収されなければならないと述べています。これは単純な概念ですが、光化学および光生物学の実験を正しく行うための基礎となります。
光化学の第 2 法則では、化学システムによって吸収される光の各光子に対して、1 つの分子のみが光化学反応のために活性化されると述べています。
ブンゼン・ロスコーの相反則では、光化学効果は、線量の送達に必要な時間に関係なく、総エネルギー線量に正比例すると述べています。

これらの法律は光化学の研究に影響を与えており、これらの条件がこの規則のそれぞれに適用されるため、特定の状況で使用される可能性があります。

5.地球化学

地球化学とは、地球システムを理解することを主眼とする地球学と化学を橋渡しする学問、つまり、この地球化学の説明を地球化学といい、化学を用いて地球システムの仕組みを理解するアプローチをとった学問です。地球化学のサブ分野には、生物地球化学、有機地球化学、微量および元素地球化学、変成岩石および火成岩地球化学が含まれます。

1838 年、スイス系ドイツ人の化学者クリスチャン・フリードリッヒ・シェーンバインは、地球化学という用語を論文で初めて使用し、新しい研究分野が生まれるという予測を述べました。地球化学は地質学になる可能性があり、私たちの惑星とその無機物質の起源の謎が明らかになる前に.

生物地球化学

上記のように、生物地球化学などの地球化学のサブフィールドがあり、地球の化学的観点から生命の影響に焦点を当てています。

有機地球化学

生きている、または生きていた生物からの役割プロセスと派生化合物の研究に関与する有機地球化学。

微量元素地球化学

岩石の起源と進化の理解に焦点を当てた微量元素地球化学。

変成火成岩の地球化学

したがって、主な分野の研究である変成火成岩の地球化学は、化学の観点から見た岩石の変化です。

6.固体化学

固体化学は通常、材料化学の用語を指し、固相材料、特に非分子固体の合成、構造、および特性に関する研究を指します。

固体化学分野

さらに、固体化学は主に、結晶の形成と成長中に発生するプロセスの理解と、結晶の形態と完全性の予測と制御への応用に関するものです。

固体無機化学の分野は非常に広く、精力的な活動が行われています。状態化合物の合成には多くの方法があり、オーブン技術、溶融法、溶液法、ガス反応、空気や湿気に敏感な材料などがあります。固体化合物の特性が異なるため、この手法はそれぞれ異なります。