наука о химических элементах и образуемых ими простых и сложных веществах (кроме соединений углерода, составляющих, за немногими исключениями, предмет органической химии (См.
Электронные теории в органической химии))
. Н. х. - важнейшая область химии (См.
Химия)
- науки о превращениях вещества, сопровождающихся изменениями его состава, свойств и (или) строения. Н. х. теснейшим образом связана, помимо органической химии, с др. разделами химии - аналитической химией (См.
Аналитическая химия)
, коллоидной химией (См.
Коллоидная химия)
, кристаллохимией (См.
Кристаллохимия)
, физической химией (См.
Физическая химия)
, термодинамикой химической (См.
Термодинамика химическая)
, электрохимией (См.
Электрохимия)
, радиохимией (См.
Радиохимия)
, химической физикой (См.
Химическая физика)
; на стыке неорганической и органической химии лежит
химия металлоорганических соединений (См.
Металлоорганические соединения)
и элементоорганических соединений (См.
Элементоорганические соединения)
. Н. х. ближайшим образом соприкасается с геолого-минералогическими науками, особенно с геохимией (См.
Геохимия) и минералогией (См.
Минералогия)
, а также с техническими науками - химической технологией (См.
Химическая технология) (её неорганической частью), металлургией (См.
Металлургия)
- и агрохимией (См.
Агрохимия)
. В Н. х. постоянно применяются теоретические представления и экспериментальные методы физики.
Историческая справка. История Н. х., особенно до середины 19 в., тесно переплетается с общей историей химических знаний. Важнейшие достижения химии конца 18 - начала 19 вв. (создание кислородной теории горения, химической атомистики, открытие основных стехиометрических законов) явились результатами изучения неорганических веществ.
Уже в глубокой древности были известны металлы, которые либо встречаются в природе в самородном состоянии (Au, Ag, Cu, Hg), либо легко получаются (Cu, Sn, Pb) нагреванием их окисленных руд с углем, а также некоторые неметаллы (углерод в виде угля и алмаза, S, возможно As). За 3-2 тыс. лет до н. э. в Египте, Индии, Китае и др. странах умели получать железо из руд, изготовлять изделия из стекла.
Стремление превратить неблагородные, "несовершенные" металлы в благородные, "совершенные" (Au и Ag) явилось причиной возникновения алхимии (См.
Алхимия)
, господствовавшей в 4-16 вв. н. э. Алхимики создали аппаратуру для химических операций (выпаривания, кристаллизации, фильтрования, перегонки, возгонки), которые и в наше время служат для разделения и очистки веществ; впервые получили некоторые простые вещества (As, Sb, Р), соляную, серную и азотную кислоты, многие соли (купоросы, квасцы, нашатырь) и др. неорганические вещества. В 16 в. металлургия, керамика, стеклоделие и др. производства, близко соприкасающиеся с Н. х., получили довольно широкое развитие, что видно из трудов В.
Бирингуччо (1540) и Г. Агриколы (См.
Агрикола) (1556). В 1530-х гг. А. Т.
Парацельс, которому были на опыте известны целебные свойства препаратов Au, Hg, Sb, Pb, Zn, положил начало ятрохимии (См.
Ятрохимия)
- применению химии в медицине. В 17 в. укоренилось деление веществ, изучаемых химией, на минеральные, растительные и животные (указанное в 10 в. арабским учёным ар-Рази), т. е. наметилось расчленение химии на неорганическую и органическую. В 1661 Р.
Бойль опроверг учения о четырёх стихиях и трёх началах, из которых якобы состоят все тела, и определил химические элементы как вещества, не могущие быть разложенными на другие. В конце 17 в. Г.
Шталь, развивая представления И.
Бехера
, высказал гипотезу, согласно которой при обжигании и горении тела теряют начало горючести -
Флогистон. Эта гипотеза господствовала вплоть до конца 18 в.
В дальнейшем становлению Н. х. как науки послужили работы М. В.
Ломоносова и А.
Лавуазье. Ломоносов сформулировал закон сохранения вещества и движения (1748), определил химию как науку об изменениях, происходящих в сложных веществах, приложил атомистические представления к объяснению химических явлений, предложил (1752) деление веществ на органические и неорганические, показал, что увеличение веса металлов при обжигании происходит за счёт присоединения некоторой части воздуха (1756), Лавуазье опроверг гипотезу флогистона, показал роль кислорода в процессах обжигания и горения, конкретизировал понятие химического элемента, создал первую рациональную номенклатуру химическую (См.
Номенклатура химическая) (1787). В начале 19 в. Дж.
Дальтон ввёл в химию атомизм, открыл
Кратных отношений закон и дал первую таблицу атомных весов химических элементов. Тогда же были открыты
Гей-Люссака законы (1805-08),
Постоянства состава закон (Ж.
Пруст, 1808) и
Авогадро закон (1811). В 1-й половине 19 в. И.
Берцелиус окончательно утвердил атомизм в химии. В середине 19 в. были сформулированы и разграничены понятия атома, молекулы и эквивалента (Ш.
Жерар, С.
Канниццаро)
. К тому времени было известно свыше 60 химических элементов. Проблему их рациональной классификации разрешило открытие в 1869 периодического закона Менделеева (См.
Периодический закон Менделеева) и построение периодической системы элементов (См.
Периодическая система элементов) Менделеева. На основе своих открытий Д. И.
Менделеев исправил атомные веса многих элементов и предсказал атомные веса и свойства ещё неизвестных тогда элементов - Ga, Ge, Sc и др. После их открытия периодический закон получил всеобщее признание и стал прочной научной основой химии.
В конце 19 - начале 20 вв. особое внимание химиков-неоргаников привлекли две малоизведанные области - металлические
Сплавы и
Комплексные соединения. Исследование полированной и протравленной поверхности стали при помощи микроскопа, начатое в 1831 П. П.
Аносовым
, было продолжено Г. К.
Сорби (1863), Д. К.
Черновым (1868), немецким учёным А. Мартенсом (с 1878). Оно было усовершенствовано, а также существенно дополнено методом термического анализа (См.
Термический анализ)
(А.
Ле Шателье, Ф.
Осмондом
- в 1887, английским учёным У. Робертс-Остоном - в 1899). В дальнейшем крупнейшие работы по исследованию сплавов с применением новой методики были выполнены Н. С.
Курнаковым (с 1899), А. А.
Байковым (с 1900) и их научными школами. Обширные исследования сплавов были проведены в Германии Г.
Тамманом
(с 1903) и его учениками. Теоретическую основу учения о сплавах дало правило фаз Дж. У.
Гиббса
. Систематические исследования комплексных соединений, предпринятые в 1860-х гг. К.
Бломстрандом и датским учёным С. Йёргенсеном, были в 1890-гг. развиты А.
Вернером
, создавшим координационную теорию, и Н. С. Курнаковым. Особенно широко работы в этой области были поставлены в России и СССР Л. А.
Чугаевым и его школой.
На рубеже 19 и 20 вв. в истории Н. х. произошло крупное событие - были открыты
Инертные газы: Ar (Дж.
Рэлей, У.
Рамзай, 1894), Не (У. Рамзай, 1895), Kr, Ne, Xe (английские учёные У. Рамзай и М. Траверс, 1898), Rn (немецкий учёный Ф. Дорн, 1900), которые Д. И. Менделеев по предложению У. Рамзая включил в особую (нулевую) группу своей периодической системы элементов (впоследствии были включены в 8-ю группу). Ещё более значительным было открытие самопроизвольной радиоактивности урана (А.
Беккерель, 1896) и тория (М.
Склодовская-Кюри и независимо немецкий учёный Г. Шмидт, 1898), за которым последовало открытие радиоактивных элементов Po и Ra (М. Склодовская-Кюри, П.
Кюри, 1898). Эти открытия привели к обнаружению существования изотопов (См.
Изотопы)
, к созданию радиохимии (См.
Радиохимия) и теории строения атома (Э.
Резерфорд, 1911, Н.
Бор, 1913, и др.; см.
Атомная физика)
.
Успехи ядерной физики позволили синтезировать трансурановые элементы, имеющие атомные номера от 93 по 105 (см.
Актиноиды, Элементы химические, Ядерная химия)
. Работы по синтезу трансурановых элементов открыли новую эпоху в истории Н. х. Исследования в этой области ведутся в СССР, США, Франции, ФРГ и некоторых др. странах.
Методы исследования. В Н. х. применяются два основных приёма исследования: препаративный метод и метод физико-химического анализа (См.
Физико-химический анализ)
. Препаративный метод практиковался с древнейших времён. Его основу составляют проведение реакций между исходными веществами и разделение образующихся продуктов посредством перегонки, возгонки, кристаллизации, фильтрования и др. операций. Особенно распространён препаративный метод в химии комплексных соединений. Метод физико-химического анализа в основном создан Н. С. Курнаковым, его учениками и последователями. Сущность метода заключается в измерении различных физических свойств (температур начала и конца кристаллизации, а также электропроводности, твёрдости и др.) систем из 2, 3 или многих компонентов. Полученные данные изображают в виде диаграмм состав-свойство. Их геометрический анализ позволяет судить о составе и природе образующихся в системе продуктов, не выделяя и не анализируя их. Физико-химический анализ указывает пути синтеза веществ, даёт научную основу процессов переработки руд, получения солей, металлов, сплавов и др. важных технических материалов. Физико-химический анализ признан во всём мире ведущим методом Н. х.
Для современной Н. х. характерен необычайно обширный круг новых методов исследования строения и свойств веществ и материалов. С середины 20 в. основное внимание уделяется изучению атомного и молекулярного строения неорганических соединений прямым определением их структуры (т. е. взаимного расположения атомов в молекуле). Оно производится методами кристаллохимии, спектроскопии (См.
Спектроскопия)
, рентгеновского структурного анализа (См.
Рентгеновский структурный анализ)
, ядерного магнитного резонанса (См.
Ядерный магнитный резонанс)
, ядерного квадрупольного резонанса (См.
Ядерный квадрупольный резонанс)
, гамма-спектроскопии (См.
Гамма-спектроскопия)
, электронного парамагнитного резонанса (См.
Электронный парамагнитный резонанс) и др. Большое значение имеет определение важных для техники свойств и особенностей (механические, магнитные, электрические и оптические свойства, жаропрочность, жаростойкость, отношение к радиоактивному облучению и др.). Н. х. превратилась в такую науку о неорганических материалах, которая основывается преимущественно на данных о строении веществ на атомном и молекулярном уровнях.
Успехи неорганической химии. Открытие трансурановых элементов, эффективное разделение (посредством хроматографии (См.
Хроматография)
, экстрагирования и др.) редкоземельных и иных трудно разделимых элементов (например, платиновых металлов) на индивидуально-чистые, экономичное получение редких элементов и материалов из них с особыми свойствами или заданным комплексом свойств привели к качественным изменениям в Н. х. Необходимо также отметить прогресс в технологии получения высокочистых элементов и соединений; получение из них и применение монокристаллов с определёнными свойствами (например, пьезоэлектриков, диэлектриков (См.
Диэлектрики)
, полупроводников (См.
Полупроводники)
, сверхпроводников (См.
Сверхпроводники)
, кристаллов для
Лазеров и др.) составило специальную ветвь промышленности. Особенно быстро развивается
химия редких элементов. В 60-е годы возникла
химия инертных газов, которые ранее считались неспособными к химическому взаимодействию; получены многие соединения Kr, Xe и Rn с фтором, окислы Xe и др.
В современной Н. х. очень большое внимание уделяется изучению химической связи (См.
Химическая связь)
- важнейшей характеристике любого химического соединения. С помощью физической аппаратуры удаётся как бы "видеть" химическую связь. Методы кристаллографии (См.
Кристаллография)
, порой весьма трудоёмкие, заменяются скоростными методами (с применением, например, автоматических дифрактометров в сочетании с ЭВМ). Это позволяет для неорганических соединений быстро определять межатомные расстояния (и оценить электронную плотность), на основании чего можно составить более полное представление о строении молекул и рассчитать их свойства. Ещё более подробные сведения о химической связи можно получить с помощью рентгеноэлектронной спектроскопии. Разработка новых физических методов и интерпретация получаемых результатов требуют совместной работы химиков-неоргаников, физиков и математиков. На основе представлений и методов квантовой механики (См.
Квантовая механика) всё более успешно рассматриваются проблемы строения и реакционной способности химических соединений и вопросы химической связи (см.
Валентность, Квантовая химия)
.
Неорганические вещества и материалы используются в различных рабочих условиях, при интенсивном воздействии среды (газов, жидкостей), механических нагрузок и др. факторов. Поэтому важное значение имеет изучение кинетики неорганических реакций, в частности при разработке новых технологий и материалов (см.
Кинетика химическая, Макрокинетика)
.
Практические применения. Н. х. даёт новые виды горючего для авиации и космических ракет, вещества, препятствующие обледенению самолётов, а также посадочных полос на аэродромах. Она создаёт новые твёрдые и сверхтвёрдые материалы для абразивных и режущих инструментов. Так, использование в них компактного кубического
Бора нитрида
(боразона) позволяет обрабатывать очень твёрдые сплавы при таких высоких температурах и скоростях, при которых алмазные резцы сгорают. Получены новые составы флюсов для сварки металлов; новые комплексные соединения, применяемые в технологии, сельском хозяйстве и медицине; новые строительные материалы, в том числе значительно облегчённые (например, на основе или с участием фосфатов), новые полупроводниковые и лазерные материалы, жаропрочные металлические сплавы, новые минеральные удобрения и многое другое. Н. х. удовлетворяет самые разнообразные запросы практики, весьма бурно развивается и принадлежит к важнейшим основам научно-технического прогресса.
Научные учреждения, общественные организации, периодические издания. До 1917 исследования по Н. х. велись в России лишь в лабораториях АН и вузов (горного, политехнического и электротехнического институтов в Петербурге, университетов в Петербурге, Москве, Казани, Киеве, Одессе). В 1918 начали свою деятельность основанные при АН в Петрограде институт физико-химического анализа (основатель Н. С. Курнаков) и институт по изучению платины и др. благородных металлов (основатель Л. А. Чугаев). В 1934 оба эти института и Лаборатория общей химии АН СССР объединены в институт общей и неорганической химии АН СССР (в 1944 ему присвоено имя Н. С. Курнакова). О др. институтах см. Химические институты научно-исследовательские (См.
Химические институты)
. Проблемы Н. х. рассматриваются на конгрессах Международного союза теоретической и прикладной химии (См.
Международный союз теоретической и прикладной химии)
, который имеет секцию Н. х., и на съездах национальных химических обществ, в том числе Химического общества (См.
Химическое общество) имени Д. И. Менделеева.
Работы по Н. х. в 18-19 вв. публиковались (и продолжают публиковаться) в химических журналах, а также в изданиях национальной АН, университетов, высших технических школ и научно-исследовательских институтов. В связи с быстрым развитием Н. х. в 1892 в Германии был основан "Zeitschrift fur anorganische (с 1915 "... und allgemeine") Chemie". С 1962 в США выходит журнал "Inorganic Chemistry". В СССР работы по Н. х. печатались в основанных в 1919 "Известиях Института (с 1935 - Сектора) физико-химического анализа" и "Известиях Института (с 1935 - Сектора) по изучению платины и других благородных металлов". В 1956 оба издания объединены в "Журнал неорганической химии".
Лит.: Классические работы. Менделеев Д. И., Основы химии, 13 изд., т. 1-2, М. - Л., 1947; Lavoisier A. L., Traité élémentaire de chimie, t. 1-2, P., 1789; Berzelius J. J., Lehrbuch der Chemie, 5 Aufl., Bd 1-5, Lpz., 1847-56.
История. Джуа М., История химии, пер. с итал., М., 1966; Фигуровский Н. А., Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в., М., 1969; Кузнецов В. И., Эволюция представлений об основных законах химии, М., 1967; Соловьев Ю. И., Эволюция основных теоретических проблем химии, М., 1971; Развитие общей, неорганической и аналитической химии в СССР, под ред. Н. М. Жаворонкова, М., 1967; Тананаев И. В., Основные достижения неорганической химии за 50 лет Советской власти, "Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева". 1967, т. 12, № 5; Фигуровский Н. А., Открытие химических элементов и происхождение их названий, М., 1970; Partington J. R., A history of chemistry, v. 1, pt 1, L., 1970; v. 2-4, L. 1961-64.
Справочники. Gmelin L., Handbuch der anorganischen Chemie, 8 Aufl., Syst.- Num. 1-70, В., 1924 (изд. продолжается); Mellor J. W., A comprehensive treatise on inorganic and theoretical chemistry, v. 1-16, L., 1952-34; Pascal P., Nouveau traité de chimie minérale, t. 1-19, P., 1956-1963.
Руководства и пособия для высшей школы. Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1-2, М., 1974; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1-2, М., 1963-66; Щукарев С. А., Лекции по общему курсу химии, т. 1-2, Л., 1962-64; Полинг Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; Барнард А., Теоретические основы неорганической химии, пер. с англ., М., 1968; Дей М., Селбин Д., Теоретическая неорганическая химия, пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1969.
Монографии и сборники работ. Руководство по препаративной неорганической химии, под ред. Г. Брауера, пер. с нем., М., 1956; Физические методы исследования и свойства неорганических соединений, пер. с англ., М., 1970; Курнаков Н. С., Введение в физико-химический анализ, 4 изд., М. - Л., 1940; его же, Избр. труды, т. 1-3, М., 1960-63; Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, М. - Л., 1947; Гринберг А. А., Введение в химию комплексных соединений, 3 изд., М. - Л., 1966; Вдовенко В. М., Современная радиохимия, М., 1969. См. также лит. при статьях, ссылки на которые даны в тексте.
И. В. Тананаев, С. А. Погодин.