Ανόργανη ένωση

 

\( \require{mhchem} \)

Ανόργανη ένωση (αγγλικά inorganic compound) είναι κάθε χημική ένωση που θεωρείται παραδοσιακά ότι προέρχεται από γεωλογικά συστήματα. Σε αντιδιαστολή, οι οργανικές ενώσεις θεωρούνται (επίσης παραδοσιακά) ότι βρίσκονται σε βιολογικά συστήματα. Ωστόσο, ο διαχωρισμός ανόργανων και οργανικών ενώσεων δε είναι πάντα σαφής. Γενικά, η οργανική χημεία αναφέρεται παραδοσιακά σε χημικές ενώσεις που (πάντα) περιέχουν άνθρακα, ενώ η ανόργανη αναφέρεται (συνήθως) σε ενώσεις που δεν τον περιέχουν[1][2]. Σημειώστε, επιπλέον, ότι υπάρχουν στη Γη (τουλάχιστον) και πολλά ορυκτά που είναι βιολογικής προέλευσης, αλλά έχουν υποστεί γεωλογικές διεργασίες. Οι βιολόγοι διαχωρίζουν τις οργανικές ενώσεις από τις ανόργανες με ένα διαφορετικό τρόπο που δεν λαμβάνει υπόψη (ως κύριο κριτήριο) στα μόρια (με την ευρεία έννοια) των ενώσεων που εξετάζουν την παρουσία ατόμων άνθρακα. Αντίθετα, λαμβάνουν υπόψη ότι οι ενώσεις, που εμπλέκονταν σε μεταβολικές λειτουργίες σε ζωντανούς ιστούς, οξειδώνονται όταν εκτεθούν στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο στο ανοικτό περιβάλλον, σχηματίζουν ενώσεις όπως το διοξείδιο του άνθρακα, παράγοντας έτσι δηλαδή ανόργανες ενώσεις που δεν προέρχονται από γεωλογικές διεργασίες. Η IUPAC, ένας οργανισμός που ασχολείται με την αναγνώριση και τον ορισμό χημικών όρων, δεν προσφέρει ορισμούς ούτε για τις ανόργανες ούτε για τις οργανικές ενώσεις. Έτσι, ο διαχωρισμός των δυο αυτών ειδών χημικών ενώσεων παραμένει διεθνώς σε ανοικτή διχογνωμία[3]. Η διάκριση, ωστόσο, παραμένει ενεργή για ιστορικούς αλλά και αρκετούς πρακτικούς λόγους.

Οι κυριότερες ανθρακούχες ενώσεις που συνήθως θεωρούνται ανόργανες είναι οι ακόλουθες[4]:

Τα καρβίδια μετάλλων και μεταλλοειδών[5]. Παραδείγματα: καρβίδιο του λιθίου (Li₂C₂), ανθρακασβέστιο (CaC₂), ανθρακαργίλιο (Al₄C₂), καρβίδιο του πυριτίου (SiC).
Το ασταθές ανθρακικό οξύ (H₂CO₄), καθώς και τα όξινα και ουδέτερα άλατά του. Παραδείγματα: όξινο ανθρακικό νάτριο (NaHCO3), ανθρακικό νάτριο (Na₂CO₃), ανθρακικό ασβέστιο (CaCO₃).
Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂).
Το υδροκυάνιο (HCN), το υδροϊσοκυάνιο (HNC), το δικυάνιο (CN2), το κυανικό οξύ (HOCN), το Ϊσοκυανικό οξύ (HONC), το Θειοκυανικό οξύ (HSCN), τα κυανιούχα, τα κυανικά και τα θειοκυανιούχα άλατα. Παραδείγματα: κυανιούχο νάτριο (NaCN), κυανικό νάτριο (NaCNO), θειοκυανιούχο νάτριο (NaSCN).
Σύμπλοκες ενώσεις που περιέχουν μόνο ανόργανους ανθρακούχους συναρμοτές, όπως CO, CO₂, CN, CNO ή και SCN, αλλά κανέναν οργανικό. Παραδείγματα: σιδηροκυανιούχο κάλιο [K₄Fe(CN)6], σιδηρηκυανιούχο κάλιο [K₃Fe(CN)₆].

Υπάρχουν και ορισμένες ενώσεις για τις οποίες υπάρχει σημαντική διχογνωμία για το αν θεωρούνται ανόργανες ή οργανικές. Παραδείγματα τέτοιων ενώσεων αποτελούν, ο διθειάνθρακας (CS2), το φωσγένιο (COCl2) και ο τετραχλωράνθρακας (CCl4).

Ιστορικά στοιχεία

Φρίντριχ Βέλερ (1800-1882)
Βιταλισμός

Κύριο λήμμα: Βιταλισμός

Η ιστορική αντίδραση παραγωγής ουρίας από κυανικό αμμώνιο

Η ονομασία οργανική χρονολογείται (τουλάχιστον) από τον 1ο αιώνα. Για πολλούς αιώνες, οι δυτικοί αλχημιστές πίστευαν στο Βιταλισμό. Αυτή είναι η θεωρία, σύμφωνα με την οποία ορισμένες χημικές ενώσεις μπορούσαν να συντεθούν μόνο από τα κλασσικά «Αριστοτέλεια» 4 «στοιχεία», γη, νερό, αέρα και φωτιά, με την επενέργεια της ζωικής δύναμης (vis vitalis), που μόνο οι ζωντανοί οργανισμοί (υποτίθεται ότι) κατέχουν. Ο βιταλισμός δίδασκε ότι αυτές οι «οργανικές» ενώσεις είναι θεμελιωδώς διαφορετικά από τις ανόργανες ενώσεις, που μπορούσαν να ληφθούν από τα χημικά στοιχεία και με ανθρωπογενή χημικό χειρισμό.

Ο βιταλισμός επιβίωσε για λίγο, ακόμη και μετά τη γέννηση της σύγχρονης ατομικής θεωρίας, με την αντικατάσταση των Αριστοτελείων στοιχείων από αυτά που θεωρούσαμε (πλέον) ως πραγματικά, για την ακρίβεια αυτά που είχαν ανακαλυφθεί ως τότε, βέβαια. Για πρώτη φορά τέθηκε υπό αμφισβήτηση το 1804, όταν ο Φρίντριχ Βέλερ (Friedrich Wöhler) σύνθεσε για πρώτη φορά οξαλικό οξύ (HOOCCOOH), μια ένωση που ήταν γνωστό ότι υπάρχει μόνο σε ζωντανούς οργανισμούς, από το ανόργανο δικυάνιο [(CN)2₂]. Ένα πιο αποφασιστικό (και πιο γνωστό) πείραμα έγινε επίσης από τον Βέλερ το 1828. Πρόκειται για τη σύνθεση της ουρίας (Η₂NCONΗ₂) από τα ανόργανα άλατα κυανικό κάλιο (KCNO) και θειικό αμμώνιο [(NH₄)₂SO₄]. Η ουρία για μια μακρά χρονική περίοδο θεωρούνταν (κατ' εξοχήν) «οργανική ένωση», καθώς ήταν γνωστό ότι υπήρχε μόνο στα ούρα των ζώων. Τα πειράματα του Βέλερ ακολουθήθηκαν από πολλά άλλα, όπου παράγονταν «οργανικές ενώσεις» από ανόργανες ενώσεις, και μάλιστα σταδιακά αυξανόμενης πολυπλοκότητας, χωρίς τη μεσολάβηση κανενός ζωντανού οργανισμού, παρά μόνο ανθρωπογενών χειρισμών, δηλαδή πραγματοποιούσαν ακριβώς αυτό που ο Βιταλισμός θεωρούσε ως αδύνατο.

Σύγχρονος διαχωρισμός ανόργανων και οργανικών ενώσεων

Αλλά ακόμη και αφού ο βιταλισμός διαψεύστηκε (πανιγυρικά), η επιστημονική ονοματολογία διατήρησε το διαχωρισμό μεταξύ οργανικών και ανόργανων ενώσεων. Η σύγχρονη σημασία της ονομασίας «οργανική ένωση» περιλαμβάνει κάθε χημική ένωση που περιέχει άνθρακα (εκτός από κάποιες εξαιρέσεις, που όμως διαφέρουν σε διαφορετικά εγχειρίδια), ακόμη και αν πολλές από τις σήμερα αποκαλούμενες «οργανικές ενώσεις» δεν έχουν καμιά σχέση με τους ζωντανούς οργανισμούς και τις ενώσεις που βρέθηκαν σε αυτούς.

Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει κανένας απλός και επίσημος ορισμός για τον όρο «οργανική ένωση». Κάποια εγχειρίδια ορίζουν ότι οργανική ένωση είναι κάθε χημική ένωση που περιέχει έναν ή περισσότερους δεσμούς C-H. Άλλα συμπεριλαμβάνουν και τους δεσμούς C-C. Άλλα δηλώνουν ότι αν ένα μόριο μιας ένωσης περιέχει άνθρακα, τότε η ένωση είναι οργανική[6].

Ακόμη και ο ευρύτερος ορισμός των ανθρακούχων μορίων απαιτεί την εξαίρεση των ανθρακούχων κραμάτων, όπως του χάλυβα, καθώς και ενός σχετικά μικρό αριθμό ανθρακούχων ενώσεων, όπως τα ανθρακικά, τα κυανιούχα άλατα, τα θειοκυανιούχα, τα καρβίδια, τα σύμπλοκα με καρβονύλιο ή και κυάνιο, τα απλά οξείδια του άνθρακα, καθώς και τις αλλομορφές του άνθρακα. Τα τετραλογονίδια και τα σουλφίδια του άνθρακα, θεωρούνται συνήθως ανόργανες ενώσεις, αλλά αυτά όχι από όλους.

Ο ορισμός που απαιτεί δεσμό C-H για την ένταξη στις οργανικές ενώσεις, αποκλείει ενώσεις που ιστορικά και πρακτικά θεωρήθηκαν οργανικές, αφού ούτε το οξαλικό οξύ, ούτε και η ουρία περιέχουν δεσμούς C-H, αν και οι ενώσεις αυτές ήταν ζωτικές για τη διάψευση του Βιταλισμού. Το Μπλε Βιβλίο της IUPAC πάνω στην οργανική ονοματολογία ειδικά αναφέρει την ουρία[7] και το οξαλικό οξύ[8]. Άλλες ενώσεις, που δεν περιέχουν δεσμούς C-H, αλλά θεωρούνται παραδοσιακά οργανικές, περιλαμβάνουν (για παράδειγμα) τη βενζενεξόλη, το μεσοξαλικό οξύ και ο τετραχλωράνθρακας. Το μηλιτικό οξύ, που (επίσης) δεν περιέχει δεσμούς C-H, θεωρείται μια πιθανή οργανική ουσία στο έδαφος του πλανήτη Άρη. Όλες οι παραπάνω, ωστόσο (εκτός της ουρίας και του τετραχλωράνθρακα), περιέχουν δεσμούς C-C[9]. Επίσης ο κανόνας σύμφωνα με τον οποίο «οι οργανικές ενώσεις πρέπει να περιέχουν τουλάχιστον ένα δεσμό C-Η», οδηγεί επίσης σε κάποιους αυθαίρετους διαχωρισμούς στο σύνολο των ενώσεων άνθρακα - φθορίου. Για παράδειγμα, το τεφλόν θεωρείται ανόργανη ένωση σύμφωνα αυτόν τον κανόνα (που απαιτεί έναν τουλάχιστον δεσμό C-H για την κατάταξη στις οργανικές ενώσεις), ενώ το τεφζέλ οργανική. Ομοίως, πολλά αλαλκάνια (και συγκεκριμένα όλοι οι αλάνθρακες) θεωρούνται ανόργανες ενώσεις, ενώ τα υπόλοιπα θεωρούνται οργανικά. Επίσης, ο διθειάνθρακας αναφέρεται συχνά ως παράδειγμα οργανικού διαλύτη. Για όλους τους παραπάνω και άλλους λόγους, οι περισσότερες πηγές πιστεύουν ότι ενώσεις με δεσμούς C-H είναι απλά ένα γνήσιο υποσύνολο των οργανικών ενώσεων.

Συνοπτικά, το συμπέρασμα των παραπάνω είναι ότι οι περισσότερες ανθρακούχες ενώσεις είναι οργανικές και σχεδόν όλες οι οργανικές ενώσεις περιέχουν τουλάχιστον ένα δεσμό C-H ή και C-C. Ωστόσο η ουρία (και όχι μόνο) περιλαμβάνεται στις οργανικές ενώσεις χωρίς να περιέχει ούτε C-H, ούτε C-C δεσμούς.

Οι οργανικές ενώσεις συνήθως περιέχουν δεσμούς C-C, αλλά υπάρχουν και μερικές οργανικές που δεν περιέχουν. Οι οργανικές ενώσεις περιέχουν συνήθως τουλάχιστον ένα δεσμό C-H, αλλά επίσης υπάρχουν και μερικές οργανικές που δεν περιέχουν κανέναν. Κάποιες ανθρακούχες ενώσεις παραδοσιακά θεωρούνται ανόργανες[10]. Συνήθως οι οργανικές ενώσεις είναι ομοιοπολικές ενώσεις μεταξύ ουδέτερων ατόμων, αλλά υπάρχουν οργανικές ενώσεις, ακόμη και βιοχημικές ενώσεις που περιέχουν ιόντα, όπως οι πρωτεΐνες, το DNA και το RNA. Πολλές από αυτές εμπεριέχουν και μεταλλικά ιόντα (π.χ. αιμοσφαιρίνη ή χλωροφύλλη). Από την άλλη, υπάρχουν ανόργανες ενώσεις που είναι ζωτικής σημασίας για τα έμβια όντα, ή έστω κάποια από αυτά. Σε αυτές περιλαμβάνονται τα άλατα νατρίου (Na+), τα άλατα χλωρίου (Cl-), τα φωσφορικά άλατα (PO43-), το ανθρακικό οξύ (H₂CO₃), το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και το νερό (H₂O). Εκτός από αυτά τις απλές αυτές ενώσεις υπάρχουν και άλλες ανόργανες ενώσεις που έχουν βιολογικό ρόλο, και με αυτές ασχολείται υποκλάδος της βιοανόργανης χημείας. Κάποιες από αυτές περιέχουν άνθρακα και θα μπορούσαν κάλιστα να θεωρηθούν οργανικές (γενικά) ή και οργανομεταλλικές (ειδικά).

Ενώσεις συναρμογής

Κύριο λήμμα: Ενώσεις συναρμογής

Μια μεγάλη ομάδα ενώσεων με τις οποίες ασχολείται η ανόργανη χημεία είναι οι ανόργανες ενώσεις συναρμογής. Στις ενώσεις συναρμογής γενικά ανήκουν καθαρά ανόργανες ενώσεις, όπως το τριχλωριούχο εξαμμωνιακοβάλτιο {[Co(NH₃)₆]Cl₃}, αλλά επίσης οργανομεταλλικές ενώσεις όπως ο δι(κυκλοπενταδιενιο)σίδηρος [Fe(C₅H5)₂], καθώς και βιοανόργανες ενώσεις, όπως οι υδρογενάσες, που είναι ανόργανα ένζυμα.
Ορυκτολογία

Κύριο λήμμα: Ορυκτολογία

Τα ορυκτά είναι συνήθως οξείδια και σουλφίδια, που είναι είναι καθαρά ανόργανες ενώσεις, παρόλο που κάποια από αυτά είναι βιολογικής προέλευσης. Στην πραγματικότητα, με αυτήν τη λογική, το μεγαλύτερο μέρος της Γης είναι ανόργανο. Παρ' όλο που τα συστατικά του γήινου φλοιού είναι καλά μελετημένα, στις διεργασίες της ορυκτοποίησης και στην ακριβή σύσταση του βαθύτερου μανδύα υπάρχουν πολλές περιοχές ενεργής έρευνας, που καλύπτουν πολλά κύρια πεδία της γεωλογίας[11].
Δείτε επίσης

Διαφορές οργανικών και ανοργάνων ενώσεων
Ορυκτολογία
Βασικές ανόργανες ενώσεις

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές

Ωστόσο, τα κυριότερα εγχειρίδια ανόργανης χημείας αποφεύγουν να ορίσουν σαφώς τις ανόργανες ενώσεις. Μετάφραση από Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Francisco, 2001. ISBN 0-12-352651-5; ,
The 19th century., Arnoldischen Buchhandlung, Dresden and Leipzig, 1827. ISBN 1-148-99953-1. Brief English commentary in English can be found in Bent Soren Jorgensen "More on Berzelius and the vital force" J. Chem. Educ., 1965, vol. 42, p 394. doi:10.1021/ed042p394
«organic compound – chemical compound». Encyclopedia Britannica.
From the definition of "organic compounds" are also excluded automatically the allotropes of carbon such as diamond and graphite, because they are formed by atoms of the same element, so they are "simple substances", not "compounds".
Ορισμένα καρβίδια, τα ακετυλενίδια, θεωρούνται από πολλούς συγγραφείς οργανικές ενώσεις.
Robert T. Morrison, Robert N. Boyd, and Robert K. Boyd, Organic Chemistry, 6th edition (Benjamin Cummings, 1992, ISBN 0-13-643669-2
"IUPAC Blue Book, Urea and Its Derivatives Rule C-971". Retrieved 2009-11-22.
"IUPAC Blue Book, Table 28(a) Carboxylic acids and related groups. Unsubstituted parent structures". Retrieved 2009-11-22.
S. A. Benner, K. G. Devine, L. N. Matveeva, D. H. Powell (2000). "The missing organic molecules on Mars". Proceedings of the National Academy of Sciences 97 (6): 2425–2430. Bibcode:2000PNAS...97.2425B. doi:10.1073/pnas.040539497. PMC 15945. PMID 10706606.
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/431954/organic-compound
Newman, D. K.; Banfield, J. F. (2002). "Geomicrobiology: How Molecular-Scale Interactions Underpin Biogeochemical Systems". Science 296 (5570): 1071–1077. doi:10.1126/science.1010716. PMID 12004119.

Εγκυκλοπαίδεια Χημείας

Κόσμος

Αλφαβητικός κατάλογος

Hellenica World - Scientific Library

Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License