Kimia anorganik

Kimia anorganik adalah cabang kimia yang mempelajari sifat dan reaksi senyawa anorganik. Ini mencakup semua senyawa kimia kecuali yang berupa rantai atau cincin atom-atom karbon, yang disebut senyawa organik dan dipelajari dalam kimia organik. Perbedaan antara kedua bidang ilmu ini tidak mutlak dan banyak tumpang-tindih, khususnya dalam subbidang kimia organologam. Bidang ini memiliki banyak aplikasi dalam setiap aspek industri kimia, termasuk katalisis, material, pigmen, surfaktan, pelapis, industri medis, bahan bakar, dan pertanian.^[1]

Kimia anorganik teoretis

Perspektif alternatif pada bidang kimia anorganik dimulai dengan atom model Bohr serta, dengan menggunakan alat dan model kimia teori serta kimia komputasi, berkembang menjadi ikatan dalam molekul sederhana dan kemudian yang lebih kompleks. Presisi deskripsi mekanik kuantum untuk spesi banyak-elektron, pada kenyataannya, sangat sulit. Tantangan ini telah melahirkan banyak pendekatan semi-kuantitatif atau semi-empiris termasuk teori orbital molekul serta teori medan ligan, Sejalan dengan deskripsi teoretis, metodologi perkiraan dilakukan, seperti teori fungsi rapatan.^[2]^[3]^[4]

Pengecualian pada teori, kualitatif dan kuantitatif, sangat penting dalam pengembangan bidang ini. Sebagai contoh, Cu^II₂(OAc)₄(H₂O)₂ hampir diamagnetik bawah suhu kamar, sedangkan teori medan kristal memprediksi bahwa molekul tersebut akan memiliki dua elektron tidak berpasangan. Ketidaksepakatan antara teori kualitatif (paramagnetik) dan observasi (diamagnetik) menyebabkan pengembangan model bagi "kopling magnet". Peningkatan model-model tersebut menyebabkan perkembangan pada bahan magnetik baru dan teknologi baru.^[5]

Kimia anorganik deskriptif

Kimia anorganik deskriptif berfokus pada klasifikasi senyawa berdasarkan sifat mereka. Sebagian klasifikasi berfokus pada posisi dalam tabel periodik unsur yang terberat (unsur dengan berat atom tertinggi) dalam suatu senyawa, antara lain dengan mengelompokkan senyawa berdasarkan kesamaan strukturnya. Ketika mempelajari senyawa anorganik, orang sering menjumpai bagian dari berbagai kelas pada kimia anorganik (senyawa organologam dicirikan dengan kimia koordinasi, dan kemungkinan memperlihatkan sifat keadaan padat yang menarik).^[6]

Kimia anorganik dan termodinamika

Sebuah pendekatan kuantitatif alternatif untuk kimia anorganik berfokus pada energi reaksi kimia. Pendekatan ini sangat tradisional dan empiris, tetapi juga berguna. Konsep umum yang ditulis dalam istilah termodinamika termasuk potensial redoks, keasaman dan perubahan fase. Sebuah konsep klasik dalam termodinamika anorganik adalah Born-Haber, yang digunakan untuk mengkaji energi pada proses dasar seperti afinitas elektron, beberapa di antaranya tidak dapat diamati secara langsung.^[7]^[8]

Kimia anorganik mekanistik

Aspek kimia anorganik yang cukup penting serta kian populer mengambil fokus pada jalur reaksi. Mekanisme reaksi dibahas berbeda untuk kelas senyawa yang berbeda pula.

Kimia anorganik industri

Kimia anorganik adalah area ilmu pengetahuan yang sangat praktis. Secara tradisional, skala ekonomi suatu bangsa dapat dievaluasi oleh produktivitas mereka terhadap asam sulfat. Peringkat 20 teratas bahan kimia anorganik yang diproduksi di Kanada, Cina, Eropa, India, Jepang, dan Amerika Serikat (data tahun 2005):^[9] Aluminium sulfat, amonia, amonium nitrat, amonium sulfat, karbon hitam, klorin, asam klorida, hidrogen, hidrogen peroksida, asam nitrat, nitrogen, oksigen, asam fosfat, natrium karbonat, natrium klorat, natrium hidroksida, natrium silikat, natrium sulfat, asam sulfat, dan titanium dioksida.

Pembuatan pupuk adalah aplikasi praktis lain dari kimia anorganik industri.

Kimia anorganik sintetik

Meskipun beberapa spesi anorganik dapat diperoleh dalam bentuk murni dari alam, sebagian besar disintesis di pabrik kimia dan di laboratorium.

Metode sintetis anorganik dapat diklasifikasikan secara kasar sesuai dengan volatilitas atau kelarutan komponen reaktan.^[10] senyawa anorganik terlarut dipreparasi dengan menggunakan metode sintesis organik. Senyawa volatil dan gas lalu dimanipulasi dalam "vacuum manifold" yang terdiri dari pipa kaca saling berhubungan melalui katup, keseluruhannya yang dapat divakum pada 0.001 mm Hg atau kurang. Senyawa lalu dikondensasikan menggunakan nitrogen cair (t.d. 78K) atau kriogen lainnya. Padatan biasanya disiapkan dengan menggunakan tanur tabung, reaktan dan produk ditutup dalam wadah, biasanya terbuat dari silika leburan (SiO₂ amorf) tapi material terkadang mendapat perlakuan khusus seperti dilas dalam tabung Ta atau "perahu" Pt. Produk dan reaktan dibawa antara zona suhu tersebut untuk menggerakkan reaksi.

Karakterisasi senyawa anorganik

Karena beragam unsur dan sifat sejalan yang beragam pada turunan yang dihasilkan, kimia anorganik berhubungan erat dengan banyak metode analisis. Metode yang lebih tua cenderung meneliti sifat ruah seperti konduktivitas listrik dari larutan, titik leleh, kelarutan, dan keasaman. Dengan munculnya teori kuantum dan ekspansi yang sesuai dari perangkat elektronik, alat-alat baru telah diperkenalkan untuk menyelidiki sifat elektronik dari molekul dan padatan anorganik. Seringkali pengukuran ini memberikan wawasan yang relevan dengan model teoretis. Sebagai contoh, pengukuran pada spektrum fotoelektron dari metana menunjukkan bahwa dalam menggambarkan ikatan pada dua pusat, ikatan dua-elektron yang diprediksi antara karbon dan hidrogen menggunakan teori ikatan valensi tidak cocok untuk menggambarkan proses ionisasi secara sederhana. Pandangan tersebut menyebabkan populernya teori orbital molekul karena orbital penuh terdelokalisasi adalah deskripsi sederhana yang lebih tepat terhadap pelepasan elektron dan eksitasi elektron.

Teknik yang umum digunakan diantaranya:

Kristalografi sinar-X: Teknik ini memungkinkan untuk penentuan 3D terhadap struktur molekul.
Interferometer dwipolarisasi: Teknik ini mengukur konformasi kimia dan perubahannya dalam molekul.
Berbagai jenis spektroskopi
- Spektroskopi ultraviolet-tampak: Perangkat yang penting, karena banyak senyawa anorganik yang sangat berwarna
- Spektroskopi NMR: Di samping ¹H dan ¹³C banyak inti NMR "baik" lainnya (misalnya, ¹¹B, ¹⁹F, ³¹P, dan ¹⁹⁵Pt) memberikan informasi penting tentang sifat senyawa dan struktur. Serta NMR pada spesi paramagnetik dapat menghasilkan informasi struktur yang penting. Proton NMR juga penting karena inti hidrogen cahaya tidak mudah terdeteksi oleh kristalografi sinar-X.
- Spektroskopi inframerah: Banyak digunakan dalam absorpsi ligan karbonil
- Spektroskopi resonansi ganda inti elektron (ENDOR)
- Spektroskopi Mössbauer
- Resonansi spin-elektron: ESR (atau EPR) digunakan untuk mengukur lingkungan pusat logam paramagnetik.
Elektrokimia: Voltametri siklik dan teknik terkait untuk menyelidiki karakteristik redoks senyawa.

Referensi

^ "Careers in Chemistry: Inorganic Chemistry". American Chemical Society.
^ Stephens, P. J.; Devlin, F.J.; Chabalowski, C.F.; Frisch, M. J. (1994). "Ab Initio Calculation of Vibrational Absorption and Circular Dichroism Spectra Using Density Functional Force Fields". J. Phys. Chem. 98 (11): 623.
^ Juliandri (2015). "Bond Dissociation Energy of Halogen Oxides". Procedia Chemistry. 17: 99–105. doi:10.1016/j.proche.2015.12.114.
^ Ventura, O. N. (1995). "The FO₂ radical: a new success of density functional theory". Chem. Phys Lett. 245: 488.
^ Negodaeva, I.; de Graafa, C.; Caballola, R.; Lukovc, V.V. (1 September 2011). "On the magnetic coupling in asymmetric bridged Cu(II) dinuclear complexes: The influence of substitutions on the carboxylato group". Inorganica Chimica Acta. 375 (1): 166–172. doi:10.1016/j.ica.2011.04.047.
^ Lehn, J. M. (1995). Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives. Weinheim: VCH. ISBN 3-527-29311-6.
^ Glasser, L.; Roobottom, H. K.; Jenkins, H. D. B. (Juni 2014). "Multidimensional thermochemical cycles–Exploring three dimensions: Designer tool for estimation of the thermodynamics of reactions under varying conditions and for estimating elusive thermodynamic data". The Journal of Chemical Thermodynamics. 73: 130-133. doi:10.1016/j.jct.2013.11.023.
^ Tchaplyguine, M.; Peredkov, S.; Rosso, A.; Bradeanu, I.; Öhrwall, G.; Legendre, S.; Sorensen, S.; Mårtensson, N.; Svensson, S.; Björneholm, O. (November 2008). "Absolute core-level binding energy shifts between atom and solid: The Born–Haber cycle revisited for free nanoscale metal clusters". Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 166–167: 38–44.
^ "Facts & Figures Of The Chemical Industry” Chemical and Engineering News, 10 Juli 2006.
^ Girolami, G. S.; Rauchfuss, T. B.; Angelici, R. J. (1999). Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry (edisi ke-3rd). Mill Valley, CA: University Science Books. ISBN 978-0935702484.