Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

НЕОРГАНИ́ЧЕСКАЯ ХИ́МИЯ

  • рубрика

    Рубрика: Химия

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 22. Москва, 2013, стр. 435-438

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Э. Г. Раков

НЕОРГАНИ́ЧЕСКАЯ ХИ́МИЯ, нау­ка о хи­мич. эле­мен­тах и об­ра­зуе­мых ими ве­ще­ст­вах (за ис­клю­че­ни­ем ор­га­ни­че­ских), важ­ней­шая об­ласть хи­мии. Осн. за­да­чи совр. Н. х.: изу­че­ние строе­ния, свойств и хи­мич. пре­вра­ще­ний ве­ществ, взаи­мо­свя­зи их строе­ния (для твёр­дых ве­ществ, кро­ме то­го, раз­ме­ра час­тиц) со свой­ст­ва­ми и ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­стью, раз­ра­бот­ка ме­то­дов син­те­за и очи­ст­ки ве­ществ, об­щих ме­то­дов по­лу­че­ния не­ор­га­нич. ма­те­риа­лов.

Структура науки

Важ­ней­шие раз­де­лы Н. х.: тео­ре­тич., син­те­тич. и при­клад­ная Н. х. По изу­чае­мым объ­ек­там Н. х. под­раз­де­ля­ют на хи­мию отд. хи­мич. эле­мен­тов (хи­мия ура­на, фто­ра и др.), хи­мию групп хи­мич. эле­мен­тов, вхо­дя­щих в пе­рио­дич. сис­те­му (хи­мия ак­ти­нои­дов, бла­го­род­ных га­зов, га­ло­ге­нов, лан­та­нои­дов, халь­ко­ге­нов, ще­лоч­ных ме­тал­лов, щё­лоч­но­зе­мель­ных ме­тал­лов и др.), хи­мию ис­то­ри­че­ски сло­жив­ших­ся групп хи­мич. эле­мен­тов (хи­мия ред­ких эле­мен­тов), хи­мию групп хи­мич. эле­мен­тов с род­ст­вен­ным элек­трон­ным строе­ни­ем (хи­мия пе­ре­ход­ных эле­мен­тов), хи­мию групп хи­мич. эле­мен­тов и со­еди­не­ний с близ­ки­ми со­ста­вом, строе­ни­ем, свой­ст­ва­ми или об­лас­тя­ми при­ме­не­ния (хи­мия бла­го­род­ных ме­тал­лов, гид­ри­дов ме­тал­лов, ин­тер­ме­тал­ли­дов, кла­сте­ров, по­лу­про­вод­ни­ков и др.), хи­мию со­еди­не­ний с оп­ре­де­лён­ным ти­пом хи­мич. свя­зи (хи­мия ком­плекс­ных со­еди­не­ний, не­ор­га­ни­че­ских по­ли­ме­ров) и др. В сер. 19 в. обо­со­би­лась хи­мия гра­фи­та, в кон. 20 в. – хи­мия фул­ле­ре­нов и уг­ле­род­ных на­нот­ру­бок, с сер. 1-го де­ся­ти­ле­тия 21 в. про­ис­хо­дит ста­нов­ле­ние хи­мии гра­фе­на.

Гра­ни­цы ме­ж­ду Н. х. и др. хи­мич. нау­ка­ми во мно­гом ус­лов­ны, а в слу­чае хи­мии ме­тал­ло­ор­га­нич. и эле­мен­то­ор­га­нич. со­еди­не­ний не оп­ре­де­ле­ны. Н. х. тес­но свя­за­на с фи­зи­че­ской хи­ми­ей, ана­ли­ти­че­ской хи­ми­ей, элек­тро­хи­ми­ей, ра­дио­хи­ми­ей, хи­ми­ей твёр­до­го те­ла, кри­стал­ло­хи­ми­ей, кри­стал­ло­гра­фи­ей, хи­ми­ей вы­со­ких энер­гий, плаз­мо­хи­ми­ей, био­не­ор­га­ни­че­ской хи­ми­ей, кван­то­вой хи­ми­ей, хи­ми­че­ской фи­зи­кой, сте­рео­хи­ми­ей, струк­тур­ной хи­ми­ей, тер­мо­ди­на­ми­кой хи­ми­че­ской, ки­не­ти­кой хи­ми­че­ской, тер­мо­хи­ми­ей, тер­мо­мет­ри­ей и др.

Н. х. в зна­чит. сте­пе­ни влия­ет на раз­ви­тие дис­ци­п­лин, свя­зан­ных с изу­че­ни­ем при­род­ных ве­ществ и про­цес­сов (гео­хи­мия, ми­не­ра­ло­гия, ас­т­ро­хи­мия), а так­же от­рас­лей про­из-ва (хи­ми­че­ская тех­но­ло­гия, ме­тал­лур­гия, га­лур­гия, аг­ро­хи­мия) и ма­те­риа­ло­ве­де­ния. В Н. х. при­ме­ня­ют­ся ме­то­ды и за­ко­ны фи­зи­ки и ма­те­ма­ти­ки.

История развития

Ис­то­рия Н. х. тес­но свя­за­на с об­щей ис­то­ри­ей хи­мии, вме­сте с ней – с ис­то­ри­ей ес­те­ст­во­зна­ния и ис­то­ри­ей че­ло­ве­че­ской ци­ви­ли­за­ции. До сер. 19 в. об­щая хи­мия и Н. х. бы­ли еди­ной дис­ци­п­ли­ной, ис­то­рия ко­то­рой вклю­ча­ла древ­ней­ший пе­ри­од (от на­ча­ла ци­ви­ли­за­ции до 4 в. н. э.), пе­ри­од ал­хи­мии (4–16 вв. н. э.), пе­ри­од ят­ро­хи­мии (нач. 16 – кон. 17 вв.). Вы­де­ля­ют так­же пе­рио­ды тех­нич. хи­мии, пнев­ма­тич. хи­мии, ис­то­рию от­кры­тия хи­мич. эле­мен­тов, ис­то­рию фор­ми­ро­ва­ния осн. по­ня­тий о ве­ще­ст­ве, ис­то­рию от­кры­тия осн. за­ко­нов хи­мии.

За 3–5 тыс. лет до н. э. лю­ди ов­ла­де­ли иск-вом вы­плав­ки ме­ди, же­ле­за, брон­зы, из­го­тов­ле­ния стек­ла. В древ­ней­шем пе­рио­де ста­ли из­вест­ны уг­ле­род, се­ра, же­ле­зо, оло­во, сви­нец, медь, ртуть, се­реб­ро и зо­ло­то. В ал­хи­мич. пе­ри­од бы­ли опи­са­ны мышь­як, сурь­ма, вис­мут, цинк, не­ко­то­рые амаль­га­мы, мн. ми­не­ра­лы, не­ко­то­рые со­ли, ми­нер. ки­сло­ты и щё­ло­чи, ос­вое­ны про­стей­шие приё­мы вы­де­ле­ния и очи­ст­ки ве­ществ – вы­па­ри­ва­ние, пе­ре­гон­ка, кри­стал­ли­за­ция, фильт­ра­ция. В кон­це это­го пе­рио­да ста­ла про­из­во­дить­ся ка­лие­вая се­лит­ра. Прак­тич. дея­тель­ность – ре­мес­лен­ни­ков (за­ни­мав­ших­ся гон­чар­ным про­из-вом, стек­ло­де­ли­ем, при­го­тов­ле­ни­ем кра­сок и т. д.), ме­тал­лур­гов, вра­чей, фар­ма­цев­тов и др. – при­ве­ла к воз­ник­но­ве­нию не­сколь­ких на­прав­ле­ний Н. х. Ят­ро­хи­мия ста­ви­ла од­ной из осн. за­дач оты­ска­ние и соз­да­ние хи­мич. средств борь­бы с бо­лез­ня­ми лю­дей. Ос­но­ва­тель ят­ро­хи­мии Па­ра­цельс ввёл в мед. прак­ти­ку пре­па­ра­ты рту­ти, се­реб­ра, зо­ло­та, сурь­мы, цин­ка и др. ме­тал­лов. В пе­ри­од тех­нич. хи­мии (16 – сер. 18 вв.) бы­ли опи­са­ны ко­бальт, пла­ти­на и ни­кель, соз­да­ны про­из­вод­ства азот­ной, со­ля­ной и сер­ной ки­слот, не­ко­то­рых со­лей, ви­дов ке­ра­ми­ки и др. В 1556 опуб­ли­ко­ва­на кни­га Г. Аг­ри­ко­лы о вы­плав­ке ме­тал­лов из руд.

Дос­ти­же­ния­ми пнев­ма­тич. хи­мии (1-я пол. 17 – кон. 18 вв.) ста­ло от­кры­тие и изу­че­ние мно­гих га­зо­об­раз­ных про­стых ве­ществ и со­еди­не­ний: азо­та, во­до­ро­да, ки­сло­ро­да, хло­ра, ди­ок­си­да уг­ле­ро­да, ок­си­дов азо­та и се­ры, др. га­зов. В 1661 Р. Бойль в сво­ём осн. тру­де «Хи­мик-скеп­тик» оп­ре­де­лил хи­мич. эле­мен­ты как ве­ще­ст­ва, ко­то­рые не мо­гут быть раз­ло­же­ны на дру­гие. В 1697–1703 Г. Шталь сфор­му­ли­ро­вал тео­рию фло­ги­сто­на – осо­бо­го ве­ще­ст­ва, вы­де­ляе­мо­го при го­ре­нии; эта пер­вая тео­рия в хи­мии впо­след­ст­вии бы­ла при­зна­на оши­боч­ной, од­на­ко спо­соб­ст­во­ва­ла раз­ви­тию пред­став­ле­ний об общ­но­сти хи­мич. про­цес­сов. В кон. 17 в. на­ме­ти­лось обо­соб­ле­ние све­де­ний о не­ор­га­нич. ве­ще­ст­вах в отд. от­расль хи­мии. На­ча­ло это­го пе­рио­да обыч­но свя­зы­ва­ют с име­нем Н. Ле­ме­ри, ко­то­рый в сво­ём осн. тру­де «Курс хи­мии» (1675) раз­де­лил изу­чае­мые хи­ми­ей ве­ще­ст­ва по их про­ис­хо­ж­де­нию на ми­не­раль­ные, рас­ти­тель­ные и жи­вот­ные. От­сю­да про­изош­ло назв. «ми­не­раль­ная хи­мия», ко­то­рое ис­поль­зо­ва­лось как си­но­ним Н. х. до сер. 19 в.

В 1748 М. В. Ло­мо­но­сов и в 1789 А. Ла­ву­а­зье не­за­ви­си­мо друг от дру­га сфор­му­ли­ро­ва­ли за­кон со­хра­не­ния мас­сы при хи­мич. ре­ак­ци­ях. В 1770-х гг. Ла­ву­а­зье оп­ро­верг ги­по­те­зу фло­ги­сто­на и по­ка­зал, что го­ре­ние про­те­ка­ет с уча­сти­ем ки­сло­ро­да. Окон­ча­тель­но ут­вер­ди­лось пред­ло­жен­ное Р. Бой­лем на­уч. оп­ре­де­ле­ние хи­мич. эле­мен­та как пре­де­ла раз­ло­же­ния ве­ще­ст­ва. В 1780-х гг. Ла­ву­а­зье опуб­ли­ко­вал пе­ре­чень хи­мич. эле­мен­тов и раз­ра­бо­тал (совм. с др. франц. хи­ми­ка­ми) ра­цио­наль­ную хи­мич. но­менк­ла­ту­ру, прин­ци­пы ко­то­рой в осн. со­хра­ни­лись в совр. хи­ми­че­ской но­менк­ла­ту­ре. С это­го вре­ме­ни всё боль­шее зна­че­ние при­об­ре­та­ют ко­ли­че­ст­вен­ные ис­сле­до­ва­ния; в ча­ст­но­сти, раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся точ­ные ме­то­ди­ки хи­мич. ана­ли­за, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся для ус­та­нов­ле­ния со­ста­ва при­род­ных и ис­кус­ст­вен­но по­лу­чен­ных ве­ществ. В ре­зуль­та­те ана­ли­за ми­не­ра­лов в кон. 18 – нач. 19 вв. откры­то мно­го но­вых хи­мич. эле­мен­тов (см. в ст. Хи­ми­че­ские эле­мен­ты).

Сле­дую­щий этап в раз­ви­тии Н. х. (поч­ти весь 19 в.) ха­рак­те­ри­зу­ет­ся вве­де­ни­ем в хи­мию атом­ной ги­по­те­зы (см. Даль­то­на хи­ми­че­ская ато­ми­сти­ка) и её ут­вер­жде­ни­ем (Й. Бер­це­ли­ус, С. Кан­ниц­ца­ро и др.) и за­вер­ша­ет­ся воз­ник­но­ве­ни­ем атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной тео­рии. В нач. 19 в., при за­ро­ж­де­нии клас­сич. хи­мии, бы­ли сфор­му­ли­ро­ва­ны её осн. ко­ли­че­ст­вен­ные за­ко­ны, став­шие экс­пе­рим. ос­но­вой атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной ги­по­те­зы: эк­ви­ва­лен­тов (И. Рих­тер), по­сто­ян­ства со­ста­вов (Ж. Пруст), крат­ных от­но­шений (Дж. Даль­тон), по­сто­ян­ст­ва ко­ли­че­ст­ва те­п­ло­ты (Г. И. Гесс), га­зо­вые за­ко­ны (А. Аво­гад­ро, Ж. Гей-Люс­сак), изо­мор­физ­ма (Э. Мит­чер­лих), а так­же пра­ви­ло, свя­зы­ваю­щее те­п­ло­ём­кость ве­ще­ст­ва с чис­лом ато­мов в его мо­ле­ку­ле (П. Дю­лонг, А. Пти). Бер­це­ли­ус соз­дал таб­ли­цу атом­ных масс, за­ло­жил ос­но­вы совр. хи­ми­че­ской сим­во­ли­ки. В 1860 на пер­вом Ме­ж­ду­нар. кон­грес­се хи­ми­ков в г. Кар­лс­руэ бы­ли при­ня­ты оп­ре­де­ле­ния по­ня­тий ато­ма, мо­ле­ку­лы, эк­ви­ва­лен­та хи­ми­че­ско­го, ва­лент­но­сти.

Во 2-й пол. 19 в. сфор­му­ли­ро­ван за­кон дей­ст­вую­щих масс (К. Гульд­берг, П. Ваа­ге), за­ло­же­ны ос­но­вы тео­рии рас­тво­ров и соз­да­на тео­рия элек­тро­ли­ти­че­ской дис­со­циа­ции (С. Ар­ре­ни­ус, Я. Вант-Гофф, В. Ост­вальд), воз­ник­ло уче­ние о ва­лент­но­сти (Э. Франк­ленд, Ф. А. Ке­ку­ле, А. Коль­бе).

В 19 в. в ис­то­рии от­кры­тия хи­мич. эле­мен­тов важ­ное зна­че­ние при­об­ре­та­ют фи­зич. ме­то­ды: в 1807–08 при по­мо­щи элек­тро­ли­за по­лу­че­ны ка­лий, на­трий, маг­ний, каль­ций; спек­траль­ный ана­лиз спо­соб­ст­во­вал от­кры­тию в 1860–70-х гг. ру­би­дия, це­зия, ин­дия, тал­лия, ге­лия, не­сколь­ких ред­ко­зе­мель­ных эле­мен­тов.

К кон. 1860-х гг. бы­ли из­вест­ны 63 хи­мич. эле­мен­та. Ос­но­вой их на­уч. клас­си­фи­ка­ции стал пе­рио­ди­че­ский за­кон, от­кры­тый Д. И. Мен­де­лее­вым в 1869. На ос­но­ве это­го за­ко­на бы­ли ис­прав­ле­ны атом­ные мас­сы ря­да хи­мич. эле­мен­тов и пред­ска­за­ны зна­че­ния атом­ных масс для не­сколь­ких не­из­вест­ных в то вре­мя эле­мен­тов. Пе­рио­дич. за­кон по­лу­чил в нач. 20 в. фи­зич. обос­но­ва­ние (см. Атом­ная фи­зи­ка) при соз­да­нии тео­рии строе­ния ато­ма (Э. Ре­зер­форд, Н. Бор) и вве­де­нии по­ня­тия атом­но­го но­ме­ра хи­мич. эле­мен­та (Г. Моз­ли).

В кон. 19 в. ис­сле­до­ва­ние ра­дио­ак­тив­но­сти при­ве­ло к воз­ник­но­ве­нию ра­дио­хи­мии. В 1898 два хи­мич. эле­мен­та (по­ло­ний, ра­дий) впер­вые бы­ли от­кры­ты по их ра­дио­ак­тив­ным свой­ст­вам. Изу­че­ние ра­дио­ак­тив­ных эле­мен­тов по­влек­ло за со­бой об­на­ру­же­ние су­ще­ст­во­ва­ния изо­то­пов, по­зво­ли­ло за­пол­нить про­бе­лы в пе­рио­дич. сис­те­ме и син­те­зи­ро­вать тех­не­ций, про­ме­тий, ас­тат, фран­ций, а так­же транс­ура­но­вые хи­мич. эле­мен­ты.

В кон. 19 – нач. 20 вв. осн. вни­ма­ние в Н. х. уде­ля­ет­ся изу­че­нию со­ста­ва и строе­ния хи­мич. со­еди­не­ний. В 1893 А. Вер­нер соз­да­ёт об­щую тео­рию строе­ния и свойств ком­плекс­ных со­еди­не­ний, раз­ви­тую в ра­бо­тах за­ру­беж­ных (Н. Сидж­вик и др.) и рос­сий­ских (Н. С. Кур­на­ков, Л. А. Чу­га­ев, И. И. Чер­ня­ев, О. Е. Звя­гин­цев, А. А. Грин­берг, Ю. А. Бус­ла­ев и др.) хи­ми­ков. А. Ле Ша­те­лье, Ф. Ос­монд, У. Ро­бертс-Ос­тен, Г. Там­ман, Н. С. Кур­на­ков, А. А. Бай­ков ис­сле­ду­ют мик­ро­струк­ту­ру ме­тал­лов и спла­вов (см. Ме­тал­ло­ве­де­ние). Для изу­че­ния за­ви­си­мо­сти свойств мно­го­ком­по­нент­ных сис­тем от па­ра­мет­ров со­стоя­ния ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся фи­зи­ко-хи­ми­че­ский ана­лиз. Во 2-м де­ся­ти­ле­тии 20 в. В. Кос­сель, Г. Льюис и др. соз­да­ют элек­трон­ную тео­рию ва­лент­но­сти. Вво­дят­ся по­ня­тия об ион­ных и ко­ва­лент­ных хи­ми­че­ских свя­зях, элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти, по­яв­ля­ют­ся но­вые тео­рии ки­слот и ос­но­ва­ний (см. Ки­сло­ты и ос­но­ва­ния), рас­смат­ри­ва­ют­ся во­про­сы при­ро­ды хи­мич. свя­зи, её энер­гии, дли­ны, по­ляр­но­сти и из­ме­ря­ют­ся дли­ны свя­зей и ва­лент­ные уг­лы для мн. не­ор­га­нич. мо­ле­кул (см. Хи­ми­че­ское строе­ние), оп­ре­де­ля­ют­ся кри­стал­лич. струк­ту­ры не­ор­га­нич. ве­ществ. С 1920-х гг. для ана­ли­за строе­ния не­ор­га­нич. ве­ществ (ко­ор­ди­на­ци­он­ных со­еди­не­ний, кри­стал­лов и пр.) ис­поль­зу­ют­ся ме­то­ды кван­то­вой хи­мии, в т. ч. тео­рия кри­стал­лич. по­ля и тео­рия по­ля ли­ган­дов (см. Мо­ле­ку­ляр­ных ор­би­та­лей ме­тод).

Во 2-й пол. 19 – нач. 20 вв. на сме­ну отд. про­из­вод­ст­вам хи­мич. ве­ществ, воз­ник­шим для удов­ле­тво­ре­ния нужд тек­стиль­ной, ме­тал­ло­об­ра­ба­ты­ваю­щей и др. от­рас­лей пром-сти, при­шли эко­но­мич­ные и со­вер­шен­ные тех­но­ло­гич. про­цес­сы: по­лу­че­ние со­ды по спо­со­бу Соль­ве, кон­такт­ный ме­тод про­из-ва сер­ной кис­ло­ты, элек­тро­хи­мич. по­лу­че­ние хло­ра и ще­ло­чей, про­из-во ми­нер. удоб­ре­ний, син­тез ам­миа­ка и др. про­цес­сы. В свя­зи с раз­вити­ем ма­ши­но­строе­ния, элек­тро­хи­мич. и хи­мич. пром-сти ор­га­ни­зу­ют­ся про­из­вод­ст­ва лёг­ких, ред­ких и бла­го­род­ных ме­тал­лов. Ос­но­вой ме­то­дов аф­фи­на­жа бла­го­род­ных ме­тал­лов яви­лись ис­сле­до­ва­ния О. Е. Звя­гин­це­ва.

В 20 в. не­ко­то­рые раз­де­лы Н. х. раз­ви­ва­лись осо­бен­но бы­ст­ро. В 1930-х гг. бла­го­да­ря воз­ник­но­ве­нию но­вых про­из­водств обо­со­би­лась хи­мия ред­ких ме­тал­лов. В их тех­но­ло­гии ста­ли при­ме­нять ме­то­ды гид­ро­ме­тал­лур­гии, вклю­чаю­щие вы­ще­ла­чи­ва­ние, ио­но­об­мен­ную сорб­цию и жид­ко­ст­ную экс­трак­цию. Ин­тен­сив­ное раз­ви­тие гид­ро­ме­тал­лур­гии с 1940-х гг. свя­за­но с ра­бо­та­ми по соз­да­нию ядер­но­го ору­жия, с по­яв­ле­ни­ем ядер­ной энер­ге­ти­ки и соз­да­ни­ем ра­дио­хи­мич. про­из­водств. Бы­ли раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды по­лу­че­ния ме­тал­лич. ура­на (в Рос­сии пер­вым это сде­лал Н. П. Са­жин) и ме­тал­лич. плу­то­ния (А. А. Боч­вар). Из Н. х. вы­де­ли­лась хи­мия ак­ти­нои­дов и хи­мия ис­кусств. транс­ура­но­вых эле­мен­тов. По­яви­лись но­вые ме­то­ды вы­де­ле­ния, очи­ст­ки и ана­ли­за ма­лых ко­ли­честв ве­ществ, ме­то­ды дис­тан­ци­он­но­го управ­ле­ния хи­мич. про­цес­са­ми.

Пер­вые транс­ура­но­вые эле­мен­ты – неп­ту­ний и плу­то­ний – син­те­зи­ро­ва­ны в 1940 в США (Э. Мак­мил­лан, Г. Си­борг и др.); там же по­луче­ны эле­мен­ты с атом­ны­ми но­ме­ра­ми 93–101, 103. В Рос­сии син­те­зи­ро­ва­ны (Г. Н. Флё­ров, Ю. Ц. Ога­не­сян и др.) эле­мен­ты с атом­ны­ми но­ме­ра­ми 102, 104–106, 114 (фле­ро­вий) и 116 (ли­вер­мо­рий); в ФРГ – бо­рий, хас­сий, мейт­не­рий, дарм­штад­тий, рент­ге­ний, ко­пер­ни­ций. От­кры­тие Ога­не­ся­ном с со­труд­ни­ка­ми эле­мен­тов с атом­ны­ми но­ме­ра­ми 113, 115 и 118 до на­стоя­ще­го вре­ме­ни (2012) офи­ци­аль­но не ут­вер­жде­но ИЮПАК.

Раз­ви­тие ядер­ной энер­ге­ти­ки и ме­тал­лур­гии, а за­тем эле­мен­то­ор­га­нич. хи­мии при­да­ло так­же им­пульс раз­ви­тию хи­мии фто­ра. Это при­ве­ло к син­те­зу в 1962 хи­мич. со­еди­не­ния ксе­но­на (Н. Барт­летт) и воз­ник­но­ве­нию хи­мии бла­го­род­ных га­зов.

В 1950-х гг. воз­ник­ла хи­мия по­лу­провод­ни­ков, тес­но свя­зан­ная с хи­ми­ей и фи­зи­кой твёр­до­го те­ла. Бы­ла соз­да­на и ши­ро­ко реа­ли­зу­ет­ся пла­нар­ная тех­но­ло­гия ин­те­граль­ных схем, вклю­чаю­щая ряд ти­по­вых хи­мич., фи­зич. и ком­би­ни­ро­ван­ных про­цес­сов. Пе­ред Н. х. вста­ли за­да­чи по­лу­че­ния осо­бо чис­тых ве­ществ и ма­те­риа­лов. Соз­да­ны про­из­вод­ст­ва мо­но­кри­стал­лов осо­бо чис­тых крем­ния и гер­ма­ния, а так­же мн. ве­ществ, при­ме­няе­мых для по­лу­че­ния элек­трон­ных при­бо­ров (под­лож­ки, про­вод­ни­ки, ди­элек­три­ки). По­сто­ян­ное по­вы­ше­ние плот­но­сти отд. струк­тур на од­ном чи­пе и умень­шение раз­ме­ра этих струк­тур сти­му­ли­ру­ет раз­ви­тие ме­то­дов на­но­тех­но­ло­гии и при­ме­не­ние на­но­ма­те­риа­лов.

Раз­ви­тие твер­до­тель­ных ла­зе­ров по­тре­бо­ва­ло соз­да­ния ле­ги­ро­ван­ных мо­но­кри­стал­лов, по­яв­ле­ние по­лу­про­вод­ни­ко­вых ла­зе­ров – кван­то­вых то­чек и ге­те­ро­пе­ре­хо­дов (см. Ла­зер­ные ма­те­риа­лы). Хи­мия твёр­до­го те­ла раз­ра­ба­ты­ва­ет так­же во­про­сы строе­ния и свойств не­сте­хио­мет­рич. со­еди­не­ний и аморф­ных ве­ществ, свя­зи раз­ме­ров час­тиц с их свой­ст­ва­ми.

Во 2-й пол. 20 в. ин­тен­сив­но раз­ви­ва­лось про­из-во хи­ми­че­ских ис­точ­ни­ков то­ка – ли­тий-ион­ных ак­ку­му­ля­то­ров, су­пер­кон­ден­са­то­ров и то­п­лив­ных эле­мен­тов, что по­тре­бо­ва­ло но­вых ма­те­риа­лов для элек­тро­дов, но­вых элек­тро­ли­тов и эф­фек­тив­ных элек­тро­ка­та­ли­за­то­ров.

Современное состояние

Совр. пе­ри­од раз­ви­тия Н. х., по­ми­мо тра­ди­ци­он­ных об­лас­тей, свя­зан с та­ки­ми но­вы­ми на­прав­ле­ния­ми, как на­но­хи­мия, на­но­тех­но­ло­гия, оп­то­элек­тро­ни­ка, сен­со­ры хи­ми­че­ские, во­до­род­ная энер­ге­ти­ка, по­лу­че­ние но­вых не­ор­га­ни­че­ских ма­те­риа­лов (ком­по­зи­ты, ин­тел­лек­ту­аль­ные ма­те­риа­лы, на­но­ма­те­риа­лы и на­но­ком­по­зи­ты), с при­ме­не­ни­ем но­вых фи­зич. ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния (раз­но­об­раз­ные зон­до­вые ме­то­ды, элек­трон­ная мик­ро­ско­пия вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния, мик­ро­ско­пия с ви­део­за­пи­сью), рас­ши­ре­ни­ем воз­мож­но­стей вы­чис­ли­тель­ных и ком­пь­ю­тер­ных ме­то­дов, по­лу­че­ни­ем и ана­ли­зом вы­со­кочис­тых ве­ществ и ма­те­риа­лов. Для про­из-ва элек­трон­ных при­бо­ров раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся ме­то­ды на­но­ли­то­гра­фии. Ис­сле­ду­ют­ся яв­ле­ния са­мо­сбор­ки и са­мо­ор­га­ни­за­ции сис­тем. Син­тез ис­кусств. ал­ма­зов и на­но­ал­ма­зов (сер. 1950-х гг.), пром. при­ме­не­ние стек­ло­уг­ле­ро­да, ал­ма­зо­по­доб­но­го уг­ле­ро­да и уг­ле­род­ных во­ло­кон, от­кры­тие кар­би­на (1961, В. В. Кор­шак, А. М. Слад­ков и др.), фул­ле­ре­нов (1985, Р. Кёрл, Х. Кро­то, Р. Смол­ли), раз­ра­бот­ка ме­то­дов по­лу­че­ния уг­ле­род­ных на­нот­ру­бок (1990-е гг.) и вы­де­ле­ния гра­фе­на (2004, К. С. Но­во­сё­лов, А. К. Гейм) при­ве­ли к рас­ши­ре­нию ис­сле­до­ва­ний уг­ле­род­ных ма­те­риа­лов.

От­кры­тие яв­ле­ния вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ной сверх­про­во­ди­мо­сти (Й. Г. Бед­норц, К. А. Мюл­лер, 1986) вы­зва­ло боль­шой цикл ис­сле­до­ва­ний по соз­да­нию ок­сид­ных сверх­про­вод­ни­ков и рас­кры­тию при­ро­ды яв­ле­ния.

Основные методы

Ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния Н. х. по су­ще­ст­ву ис­поль­зуе­мых приё­мов мож­но раз­де­лить на хи­мич., фи­зич. и ком­би­ни­ро­ван­ные, по объ­ек­там – на ис­сле­до­ва­ние ве­ществ или ма­те­риа­лов и ис­сле­до­ва­ние хи­мич. ре­ак­ций. В слу­чае ве­ществ и ма­те­риа­лов изу­ча­ют хи­мич. со­став, строе­ние и свой­ст­ва, в слу­чае хи­мич. ре­ак­ций – рав­но­ве­сие, ско­рость и ме­ха­низм. Твёр­дые ве­ще­ст­ва и ма­те­риа­лы ха­рак­те­ри­зу­ют по раз­ме­ру час­тиц (ис­поль­зу­ют се­ди­мен­та­ци­он­ный ана­лиз, ла­зер­ные и др. ме­то­ды), удель­ной по­верх­но­сти (ме­тод Бру­нау­эра – Эм­ме­та – Тел­ле­ра), рас­пре­де­ле­нию пор по раз­ме­рам (ме­тод Бру­нау­эра – Эм­ме­та – Тел­ле­ра, ртут­ная по­ро­мет­рия) и др. Хи­мич. ме­то­ды оп­ре­де­ле­ния со­ста­ва твёр­дых ве­ществ вклю­ча­ют рас­тво­ре­ние, се­лек­тив­ное оса­ж­де­ние, ки­слот­но-осно́в­ное тит­ро­ва­ние, про­ве­де­ние окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. ре­ак­ций и др., а так­же кон­цен­три­ро­ва­ние с по­мо­щью вы­па­ри­ва­ния, се­лек­тив­ной экс­трак­ции, се­лек­тив­ной ио­но­об­мен­ной сорб­ции, об­рат­но­го ос­мо­са и др. ме­то­дов. Фи­зич. ме­то­ды оп­ре­де­ле­ния со­ста­ва обыч­но пред­по­ла­га­ют ре­ги­ст­ра­цию спек­траль­ных ха­рак­те­ри­стик: рент­ге­нов­ских фо­то­элек­трон­ных спек­тров, оже-элек­трон­ных спек­тров, ИК-спек­тров, спек­тров ком­би­на­ци­он­но­го рас­сея­ния (КР), масс-спек­тров, атом­но-аб­сорб­ци­он­ных и др. спек­тров. Строе­ние ис­сле­ду­ют ме­то­да­ми ЯМР-, ЯКР-, ЭПР-, ИК- и КР-спек­тро­ско­пии, ди­фрак­ци­он­ны­ми ме­то­да­ми (рент­ге­но- и ней­тро­но­гра­фия, ис­поль­зо­ва­ние син­хро­трон­но­го из­лу­че­ния). Для ре­ше­ния за­дач тео­ре­тич. Н. х. ис­поль­зу­ет ме­то­ды хи­мич. ки­не­ти­ки, хи­мич. тер­мо­ди­на­ми­ки, ком­пь­ю­тер­ное мо­де­ли­ро­ва­ние, кван­то­во­хи­мич. рас­чё­ты. По­вы­ше­ние бы­ст­ро­дей­ст­вия и объ­ё­ма па­мя­ти ЭВМ рас­ши­ри­ло при­ме­не­ние ком­пь­ю­тер­ных рас­чёт­ных ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния.

В син­те­тич. Н. х. ис­поль­зу­ют­ся как об­щие ме­то­ды син­те­за хи­ми­че­ско­го, так и спе­ци­фич. ме­то­ды не­ор­га­нич. син­те­за (при­ме­ня­ют ме­то­ды по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии, про­цес­сы спе­ка­ния и хи­ми­че­ское оса­ж­де­ние из га­зо­вой фа­зы, са­мо­рас­про­ст­ра­няю­щий­ся вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ный син­тез, золь-гель про­цес­сы и т. д.).

Практическое значение

Прак­тич. зна­че­ние Н. х. оп­ре­де­ля­ет­ся её тес­ной связью с при­клад­ны­ми дис­ци­п­ли­на­ми. Не­ко­то­рые хи­мич. приё­мы при­ме­ня­лись в древ­но­сти при про­из-ве стек­ла, ме­тал­лов, син­те­тич. пиг­мен­тов и не­ко­то­рых ле­кар­ст­вен­ных средств. Тес­ная связь Н. х. с ре­мёс­ла­ми ус­та­но­ви­лась в 18 в., ко­гда пром-сть толь­ко за­ро­ж­да­лась. По­зд­нее Н. х. ста­ла на­уч. ос­но­вой мн. про­из­водств, оп­ре­де­ляю­щих уро­вень пром. раз­ви­тия отд. стран.

Гл. ча­стью при­клад­ной Н. х. яв­ля­ет­ся тех­но­ло­гия не­ор­га­нич. ве­ществ: круп­но­мас­штаб­ные про­из­вод­ст­ва сер­ной, со­ля­ной, азот­ной, фос­фор­ной ки­слот, ще­ло­чей, со­ды, ам­миа­ка, хло­ра, фто­ра, ио­да, бро­ма, фос­фо­ра, во­до­ро­да, фто­ро­во­до­род­ной ки­сло­ты и фто­ри­дов, а так­же со­лей на­трия, ка­лия, каль­ция, маг­ния, разл. ми­нер. удоб­ре­ний и мн. др. ве­ществ. Ки­сло­ты, щё­ло­чи и со­ли по­треб­ля­ют­ся др. хи­мич. про­из­вод­ст­ва­ми, пред­при­ятия­ми по пе­ре­ра­бот­ке руд и плав­ке ме­тал­лов, при по­лу­че­нии не­ко­то­рых строи­тель­ных, мно­гих кон­ст­рук­ци­он­ных и функ­цио­наль­ных ма­те­риа­лов. Отд. на­прав­ле­ние – про­из-во ту­го­плав­ких и жа­ро­проч­ных ма­те­риа­лов.

По­ми­мо ме­тал­лур­гич. и стро­ит. от­рас­лей, ме­то­ды Н. х. ис­поль­зу­ют­ся в атом­ной пром-сти (хи­мич. пе­ре­ра­бот­ка руд­ных кон­цен­тра­тов, вы­де­ле­ние чис­тых со­еди­не­ний ура­на, по­лу­че­ние гек­саф­то­ри­да ура­на и ме­тал­лич. ура­на, пе­ре­ра­бот­ка об­лу­чён­но­го то­п­ли­ва АЭС, обез­вре­жи­ва­ние ра­дио­ак­тив­ных от­хо­дов, про­из-во по­гло­ти­те­лей ней­тро­нов и др.), в элек­тро­ни­ке (про­из-во по­лу­про­вод­ни­ков, рас­пы­ляе­мых ми­ше­ней для на­не­се­ния по­кры­тий, га­зов для хи­мич. оса­ж­де­ния из га­зо­вой фа­зы, для плаз­мен­но­го и ион­но-плаз­мен­но­го трав­ле­ния и мн. др.), в энер­ге­ти­ке (ма­те­риа­лы для хи­мич. ис­точ­ни­ков то­ка и др.), в ра­дио­тех­ни­ке, те­ле­ви­де­нии, ин­фор­ма­ти­ке и ком­пь­ю­тер­ной тех­ни­ке (пье­зо­ма­те­риа­лы, маг­нит­ные и го­ло­гра­фич. ма­те­риа­лы, ма­те­риа­лы для за­щи­ты от элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния и др.), в с. х-ве (удоб­ре­ния, кор­мо­вые до­бав­ки, не­ко­то­рые пес­ти­ци­ды и кон­сер­ван­ты), при за­щи­те ок­ру­жаю­щей сре­ды от вред­ных вы­бро­сов пром. пред­при­ятий.

Лит.: Мен­де­ле­ев Д. И. Ос­но­вы хи­мии. 13-е изд. М.; Л., 1947. Т. 1–2; Ре­ми Г. Курс не­ор­га­ни­че­ской хи­мии. М., 1972–1974. Т. 1–2; Джуа М. Ис­то­рия хи­мии. М., 1975; Дей М. К., Сел­бин Дж. Тео­ре­ти­че­ская не­ор­га­ни­че­ская хи­мия. 3-е изд. М., 1976; По­линг Л., По­линг П. Хи­мия. М., 1978; Кот­тон Ф., Уил­кин­сон Дж. Ос­но­вы не­ор­га­ни­че­ской хи­мии. М., 1979; Штру­бе В. Пу­ти раз­ви­тия хи­мии. М., 1984. Т. 1–2; Хьюи Дж. Не­ор­га­ни­че­ская хи­мия. Строе­ние ве­ще­ст­ва и ре­ак­ци­он­ная спо­соб­ность. М., 1987; Ка­ра­петь­янц М. Х., Дра­кин С. И. Об­щая и не­ор­га­ни­че­ская хи­мия. 4-е изд. М., 2000; Не­кра­сов Б. В. Ос­но­вы об­щей хи­мии. 4-е изд. СПб. [и др.], 2003. Т. 1–2; Тамм М. Е., Треть­я­ков Ю. Д. Не­ор­га­ни­че­ская хи­мия. М., 2004. Т. 1–3; Не­ор­га­ни­че­ская хи­мия. Хи­мия эле­мен­тов. 2-е изд. М., 2007. Т. 1–2.

Вернуться к началу