1.

Einleitung

Anorganische Chemie, ein Teilgebiet der Chemie, in dem u. a. chemische Reaktionen und Substanzeigenschaften aller Elemente sowie ihrer Verbindungen untersucht werden. Ausgenommen sind die Kohlenstoffverbindungen, die in der organischen Chemie behandelt werden. Es sei jedoch angemerkt, dass zahlreiche Berührungspunkte zwischen anorganischer und organischer Chemie bestehen. Die anorganische Chemie hat ihren historischen Ursprung u. a. in der Untersuchung der Mineralien und in der Suche nach Möglichkeiten, Metalle aus ihren Erzen zu gewinnen (siehe Alchimie; Chemie).

2.

Allgemeines

Die anorganische Chemie lässt sich in sehr viele Bereiche unterteilen. Als einige ausgewählte Beispiele seien genannt: die Chemie der Hauptgruppenelemente (auch Elementchemie), die Koordinationschemie (auch Komplexchemie) der Übergangsmetalle, die Chemie der Seltenerdmetalle (siehe Lanthanoidenreihe) sowie der Actinoide und die Molekülchemie. Wichtige Grundbegriffe in der anorganischen Chemie sind u. a. Valenz, Ionisierung, Reaktivität, Atom- und Bindungstheorien.

Das mit der Zeit immer bessere Verständnis des chemischen Verhaltens der Elemente und der anorganischen Verbindungen ermöglichte die Entwicklung zahlreicher neuer Syntheseverfahren und die Entdeckung zuvor unbekannter Klassen von anorganischen Substanzen. Die moderne anorganische Chemie überschneidet sich mit vielen anderen Bereichen der Wissenschaft und Technik, so z. B. mit der Biochemie, der Metallurgie, der Mineralogie, der organischen Chemie, der physikalischen Chemie und der Festkörperphysik. Ein wichtiges Bindeglied zwischen der anorganischen und der organischen Chemie ist beispielsweise die Organometallchemie (auch metallorganische Chemie).

3.

Forschungsgebiete

Wie in jeder Wissenschaft gibt es auch in der anorganischen Chemie eine breite Palette von diversen Forschungsgebieten. All diese Gebiete einzeln aufzureihen würde mit Sicherheit den Rahmen dieses Werkes sprengen. Deshalb wurde eine Auswahl getroffen, die nicht den Anspruch auf Vollständigkeit erhebt – hier sei auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.

Zu den traditionellen Forschungsobjekten der anorganischen Chemie zählen u. a. die Metalle, die Halogene, die Chalkogene (z. B. Sauerstoff und Schwefel), außerdem Elemente wie Stickstoff, Phosphor und Silicium. Neben den genannten Elementen, die lediglich eine Auswahl darstellen, standen und stehen zum Teil auch heute noch die zahlreichen Verbindungen dieser Elemente im Mittelpunkt der Forschung. In den letzten 50 Jahren haben beispielsweise das Element Bor und seine Verbindungen das Interesse der Forscher gefunden – vor allem auf Grund der chemischen Ähnlichkeiten des Bors mit Silicium und Kohlenstoff. Beispielsweise bilden Boratome kovalente Bindungen sowohl untereinander als auch mit den Atomen bestimmter anderer Elemente aus. Dieses Verhalten beobachtet man auch bei Silicium und Kohlenstoff.

In den letzten 30 Jahren erlebte die Chemie der Metalle einen großen Aufschwung. Bedeutsam sind hier die Synthese von organometallischen und von Koordinationsverbindungen sowie die Untersuchung von deren chemischen und physikalischen Eigenschaften. Organometallische Verbindungen bestehen aus organischen Molekülen, die mindestens ein Metallatom enthalten, das mit einem Kohlenstoffatom verbunden ist. Ein bekanntes Beispiel aus dieser Stoffklasse ist das Tetraethylblei (siehe Blei), das bis vor einigen Jahren dem Kraftfahrzeugbenzin als Antiklopfmittel zugesetzt wurde (siehe Benzin oder Ottokraftstoff; siehe Verbrennungskraftmaschine). Andere organometallische Verbindungen werden in der großtechnischen Verfahrenstechnik als Katalysatoren z. B. bei der Kunststoffherstellung und bei organischen Synthesen eingesetzt.

In den Molekülen der Koordinationsverbindungen ist ein zentrales Metallatom von so genannten Liganden umgeben und bildet chemische Bindungen mit ihnen aus. Im klassischen Sinne sind die Liganden nichtmetallische Atome oder Atomgruppen. Zu den Koordinationsverbindungen zählen beispielsweise Hämoglobin, Chlorophyll und Vitamin B₁₂ (siehe Vitamine).

Das bislang größte rein anorganische Molekül besteht aus über 2 000 Atomen und enthält 368 Molybdänatome. Das Molekül ist nur auf synthetischem Weg zugänglich. Es besitzt einen Durchmesser von sechs Nanometern (sechs millionstel Millimeter) und bildet einen Hohlraum in dem über 350 Wassermoleküle Platz finden.

Die Hochtemperaturchemie, die Geochemie sowie die Chemie der Transurane, der Actinoiden und der Seltenerdmetalle fallen ebenfalls in Bereiche der anorganischen Chemie. Andere Teilgebiete der anorganischen Chemie findet man z. B. in der Festkörperchemie (siehe Festkörper), die sich u. a. mit der Chemie der Halbleiter befasst, und ferner in der Chemie keramischer Materialien (siehe Keramik).

4.

Nomenklatur

Verbindungen aus nur zwei Elementen nennt man auch binäre Verbindungen. Bei den Formeln der anorganischen Binärverbindungen schreibt man das Element mit dem stärker metallischen Charakter, also das elektropositivere Element, zuerst. An dessen Namen wird der Name bzw. der Wortstamm des anderen, elektronegativeren Elements angehängt. Abschließend folgt die Endung -id. Demnach steht die Formel NaCl für Natriumchlorid (auch Kochsalz) und CaS für Calciumsulfid. Bei den meisten Sauerstoffverbindungen handelt es sich um Oxide, einige Wasserstoffverbindungen heißen Hydride. Weicht das Anzahlverhältnis der beiden Atomsorten von 1 : 1 ab, so wird das meist durch griechische Vorsilben ausgedrückt. So steht beispielsweise die Formel CS₂ für Kohlenstoffdisulfid, und GeCl₄ für Germaniumtetrachlorid. SF₆ ist Schwefelhexafluorid, und NO₂ steht für Stickstoffdioxid. Schließlich ist Distickstofftetroxid der Name für die Verbindung mit der Formel N₂O₄.

Viele Atomgruppen treten oft gemeinsam als ein Ion auf. Verbindungen mit dem Ion NO₃^- nennt man Nitrate, während Sulfate das Ion SO₄^2- und Phosphate das Ion PO₄^3- enthalten. Die Nachsilbe (das Suffix) -at bezeichnet hierbei in der Regel, dass im betreffenden Ion Sauerstoff vorhanden ist. Das Ion NH₄⁺ heißt Ammonium. Demnach lautet der Name der Verbindung NH₄Cl Ammoniumchlorid, und (NH₄)₃PO₄ heißt Ammoniumphosphat.

Es gibt eindeutige Regeln, nach denen sich auch komplizierteste Verbindungen bezeichnen lassen. Viele häufig verwendete Verbindungen haben zusätzlich einen so genannten Trivialnamen. Dieser hat meist einen historischen Ursprung. Aus dem Trivialnamen geht nicht immer der Aufbau der Verbindung hervor. So wird beispielsweise die Verbindung Na₂B₄O₇ · 10H₂O als Borax bezeichnet. Auch Handelsnamen bzw. Markenbezeichnungen sind häufig, z. B. Teflon für F(CF₂)_nF. Diese nicht systematischen Namen sind im täglichen Gebrauch bequemer als die chemisch korrekten Namen.

Wenn Ionen Verbindungen mit anderen Ionen eingehen, so muss das Molekül oder die so genannte Formeleinheit (beispielsweise NaCl) stets elektrisch neutral sein, d. h., die Summe der Ionenladungen muss insgesamt Null ergeben. Mit anderen Worten: Die Summe der Ladungen aller positiven Ionen muss ebenso groß sein wie die Summe aller Ladungen der negativen Ionen. Werden ionische Verbindungen aus wässriger Lösung hergestellt, so enthalten sie oft Wassermoleküle und heißen dann Hydrate. So trägt das oben erwähnte Borax die systematische Bezeichnung Dinatriumtetraborat-Decahydrat (deca = zehn). An diesem Beispiel ist der Vorteil der meist wesentlich kürzeren Trivialnamen gut einzusehen

Wie aus der Tabelle „Mehratomige anorganische Ionen” hervorgeht, gibt die Nachsilbe (das Suffix) -it an, dass das betreffende Ion weniger Sauerstoff als das der -at-Form enthält. In diesem Fall steht die Vorsilbe (das Präfix) hypo- für einen geringeren Sauerstoffgehalt. Die Vorsilbe per- zeigt einen höheren Sauerstoffgehalt als bei der -at-Form an. Diese Bezeichnungen beschränken sich nicht nur auf den Sauerstoffgehalt, sondern können sich auch auf Gehalte von anderen Elementen beziehen. Als Beispiel seien Natriumchlorat (NaClO₃), Natriumhypochlorit (NaClO; eigentlich NaClO · 5H₂O) und Natriumperchlorat (NaClO₄) genannt.