Anorganische Chemie

  Die Anorganische Chemie oder Anorganik umfasst, einfach ausgedrückt, die Chemie aller Elemente und Verbindungen, die nicht Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten (da diese Gegenstände der organischen Chemie sind). Mit Kohlensäure und Blausäure beschäftigt sich der anorganische Chemiker beispielsweise, mit Acetylsalicylsäure oder Glukose aber nicht. Die Abgrenzung zur organischen Chemie lässt sich am besten am Bereich der Organometallverbindungen aufzeigen. Forschung, welche sich dieser nur als Hilfsmittel oder Reagenz bedient, ist der Organik zuzurechnen. Steht dagegen das Metallzentrum im Mittelpunkt, spricht man von Anorganischer Chemie.

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Historische Definition

Die Anorganische Chemie befasst sich mit den chemischen Elementen und Reaktionen der Stoffe, die nicht von organischem Leben (mit Hilfe der Lebenskraft) erzeugt werden.

Seit der Harnstoffsynthese 1828 von Friedrich Wöhler, bei der die organische Substanz Harnstoff aus der anorganischen Verbindung Ammoniumcyanat hergestellt wurde, verwischen sich die Grenzen zwischen Stoffen aus der unbelebten (den "anorganischen" Stoffen) und der belebten Natur (den organischen Stoffen). So stellen Lebewesen auch eine Vielzahl anorganischer Stoffe her, während im Labor fast alle organischen Stoffe hergestellt werden können. Gleichwohl ist die Unterscheidung nach wie vor sinnvoll, da sich die Reaktionsmechanismen und Stoffstrukturen in der Anorganik und Organik vielfach unterscheiden.

Reaktionen

In der anorganischen Chemie spielen eine Vielzahl von Reaktionen eine Rolle. Die wichtigsten darunter sind die Redox-Reaktionen und die Säure-Base-Reaktionen. Diese Reaktionen sind immer Gleichgewichtsreaktionen, allerdings liegt das Gleichgewicht bei diesen Reaktionen häufig sehr stark auf einer Seite und es gibt eine hohe Reaktionsenthalpie. Dadurch sind viele Reaktionen in der Anorganik schnell und erreichen eine hohe Ausbeute. Im Gegensatz dazu sind in der organischen Chemie viele Reaktionen langsame Gleichgewichtsreaktionen, die nicht immer hohe Ausbeuten erreichen.

Redox-Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Reaktionspartner auf den anderen übertragen werden. Typische Redoxreaktionen sind Reaktionen von Elementen zu Verbindungen. Die bekanntesten Redoxreaktionen sind die Knallgasreaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser und die Korrosion, bei der unedle Metalle (beispielsweise Eisen) mit Sauerstoff zu Oxiden reagiert.

Säure-Base-Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Protonen übertragen werden. Die Säure gibt dabei an die Base (auch: Lauge) ein Proton ab. Bei Säure-Base-Reaktionen bildet sich meist Wasser und ein Salz (Das bekannteste Beispiel ist die Reaktion von Salzsäure mit Natronlauge zu Natriumchlorid und Wasser). Da diese Reaktionen sehr schnell ablaufen und mit Indikatoren genau überprüft werden können, spielen sie eine große Rolle in der Analytischen Chemie.

In der anorganischen Chemie ist die Bildung besonders stabiler Salze oder gasförmiger Verbindungen eine wichtige Triebkraft für Reaktionen. Aus Lösungen, die Ionen enthalten können besonders stabile Salze in einer Fällungsreaktion ausfallen. Diese Reaktionen spielen ebenfalls in der analytischen Chemie eine wichtige Rolle.

Vor allem bei höheren Temperaturen können anorganische Verbindungen zerfallen, indem Gase entweichen. Ein Beispiel ist das Kalkbrennen, bei dem aus Calciumcarbonat Kohlendioxid entweicht und Calciumoxid zurückbleibt.

Stoffe

Zur Anorganischen Chemie werden traditionell alle Verbindungen gezählt, die keinen Kohlenstoff enthalten. Dazu kommen noch einige Kohlenstoffverbindungen, die genau wie typische anorganische Stoffe aufgebaut sind (z.B. Carbonate). Auch die Chemie der Elemente wird zur anorganischen Chemie gezählt.

Die anorganischen Stoffe kann man in mehrere große Stoffgruppen aufteilen. Dies sind:

Metalle und Halbmetalle: Zu den Metallen zählt ein Großteil der Elemente des Periodensystems (ca. 80 %) . Gemeinsame Metalleigenschaften sind die Leitfähigkeit für Wärme und Strom. Beispiele für Metalle sind Eisen und Natrium. Halbmetalle haben sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften. Sie stehen Im Periodensystem zwischen Metallen und Nichtmetallen. Beispiele sind Silicium und Germanium.

Intermetallische Verbindungen, die sogenannten Legierungen: Legierungen sind Verbindungen der Metalle untereinander. Sie werden wegen spezieller Eigenschaften (beispielsweise besondere Härte oder Zähigkeit) aus Metallen gewonnen. Bekannte Legierungen sind Bronze (aus Kupfer und Zinn) und Stahl (Eisenlegierungen mit unterschiedlichen Beimischungen).

Salze: Salze sind ionisch aufgebaut und bestehen aus positiv geladenen Kationen und negativ geladenen Anionen. Kationen sind meist Metallionen, Anionen meist Nichtmetallionen. Bekannte Salze sind Natriumchlorid Na⁺Cl^- und die Oxide, bei denen Sauerstoff (O^2-) das Anion ist.

Nichtmetallverbindungen, die keinen Kohlenstoff enthalten: Dies sind kovalent aufgebaute Verbindungen, die von Nichtmetallen (z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) untereinander gebildet werden. Von den kovalenten Kohlenstoffverbindungen zählen nur sehr wenige, die keinen Wasserstoff enthalten zur anorganischen Chemie, alle anderen zur organischen Chemie. Dies sind vor allem Kohlenstoffmonoxid und Kohlendioxid. Die bekannteste dieser Verbindungen ist Wasser (H₂O).

Komplexe: Komplexe sind Verbindungen, die aus einem Metallzentrum und mehreren es umgebende Liganden besteht, die über Koordinative Bindungen miteinander verknüpft sind. Komplexe werden häufig von Übergangsmetallen, wie Nickel oder Cobalt gebildet und sind häufig farbig.

Cluster: Verbindungen von Metallen oder auch Nichtmetallen, die in ihrer Größe zwischen den kleinen Nichtmetallverbindungen oder Komplexen und den großen metallischen Festkörpern liegt.

Anorganischen Verbindungen sind meist periodisch oder aus einer geringen Anzahl Atomen aufgebaut. Metalle, Legierungen und Salze sind periodisch aufgebaut, statt einer Summenformel kann man nur eine Verhältnisformel angeben. Anorganische kovalente Verbindungen sind –im Gegensatz zu den meisten organischen Verbindungen– meist klein und nur aus wenigen Atomen aufgebaut. Höhermolekulare Verbindungen gibt es selten, beispielsweise in der Silicium-Chemie (Silane).

Teilgebiete der Anorganischen Chemie

• Chemie der Metalle
• Chemie der Nichtmetalle
• Komplexchemie, einschließlich der Bioanorganischen Chemie
• Festkörperchemie
• Kristallographie
• Strukturchemie
• Metallorganische Chemie (steht zwischen Anorganischer und Organischer Chemie)
• Kolloidchemie
• Atmosphärenchemie
• anorganische Säuren

Technische Anwendungen

Die anorganische Chemie ist Basis vielfältiger technischer Anwendungen, beispielsweise

• Halbleiterchemie
• Metallurgie
• Herstellung von Eisen und Stählen
• Herstellung von Zement, Abbinden von Mörtel und Beton
• Herstellung von Keramiken

Literatur

• Shriver, D.F., Atkins, P.W. und Langford, C.H.: Anorganische Chemie, 2. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 1997, ISBN 978-3-527-29250-9

Siehe auch

• Liste der anorganischen Verbindungen
• Chemische Grundbegriffe
• Mineralogie
• Qualitative Analyse
• Quantitative Analyse
• Periodensystem