miniatura|Els compostos inorgànics presenten una gran diversitat: A: el diborà presenta uns enllaços poc usuals B: el clorur de cesi té una estructura cristal·lina arquetípica C: el Fp₂ és un organometàl·lic complex D: els usos de la silicona van des dels implants mamaris fins al Silly Putty E: el descobridor del catalitzador de Grubbs va guanyar el Premi Nobel de Química de 2005 F: la zeolita té molts usos com a sedàs molecular G: l'acetat de coure (II) sorprengué els químics teòric amb el seu dimagnetisme
La química inorgànica és la branca de la química que s'ocupa de l'estudi del comportament dels compostos inorgànics, és a dir, els que no contenen carboni (en contraposició als compostos orgànics, que sí que en contenen). De fet, la distinció entre compostos orgànics i inorgànics és difosa i força arbitrària: d'una banda, hi ha compostos amb carboni que es consideren inorgànics, com els carburs, els carbonats, el grafit o el diamant; de l'altra, molts compostos formats bàsicament per àtoms de carboni també contenen metalls de transició. Tradicionalment estudiats per la química inorgànica, aquests compostos són estudiats per la química organometàl·lica, una disciplina que s'encavalca entre les dues branques.
Les àrees d'estudi en química inorgànica són la química organometàl·lica, la química d'agregats i la química bioinorgànica.
Conceptes clau Molts compostos inorgànics són compostos iònics que consisteixen en cations i anions units per un enllaç iònic. Alguns exemples de sals (que són compostos iònics) són el clorur de magnesi (MgCl₂), que consisteix en cations magnesi, Mg2+, i anions clorur, Cl−), o l'òxid de sodi (Na₂O), que consisteix en cations de sodi Na+ i anions òxid O2−. En qualsevol sal, la proporció dels ions és tal que la càrrega elèctrica es neutralitza, de tal manera que el conjunt de l'element sigui neutral. Els ions venen descrits pel seu estat d'oxidació i la seva facilitat de formació es pot inferir del potencial d'ionització (pels cations) o per l'afinitat electrònica dels elements pare (pels anions).
miniatura|esquerra|L'estructura iònica de l'òxid de potassi,
Algunes classes importants de sals inorgàniques són els òxids, els carbonats, els sulfats i els halurs. Molts compostos inorgànics estan caracteritzats per tenir un elevant punt de fusió. Les sals inorgàniques són normalment pobres conductores elèctriques en estat sòlid. Una altra característica important és la seva solubilitat en aigua i facilitat de cristal·lització. Mentre que algunes sals (per exemple el clorur de sodi) són molt solubles en aigua, d'altres (per exemple el diòxid de silici no ho són.
La reacció inorgànica més simple és la metàtesi, en la qual després de mesclar dues sals els ions són intercanviats sense un canvi de l'estat d'oxidació. En les reaccions redox, d'altra banda, l'oxidant redueix el seu estat d'oxidació i el reductor l'incrementa. El resultat net és un intercanvi d'electrons. L'intercanvi d'electrons pot també tenir lloc indirectament, com per exemple en bateries, la qual cosa és un concepte clau de l'electroquímica. Quan un reactiu conté àtoms d'hidrogen, una reacció pot tenir lloc intercanviant protons en una reacció àcid-base.
Els compostos inorgànics es troben a la natura en forma de minerals. El sòl pot contenir sulfur de ferro en forma de pirita o sulfat de calci en forma de guix. Els compostos inorgànics també funcionen com biomolècules amb diferents tasques: com electròlits (clorur de sodi), per emmagatzematge d'energia (trifosfat d'adenosina o ATP) i per a la construcció (el polifosfat dorsal en l'ADN).
El primer compost inorgànic important creat per l'ésser humà fou el nitrat d'amoni, que serveix per a la fertilització del sòl mitjançant el procés Haber-Bosch. Els compostos inorgànics se sintetitzen per a usar-los com a catalitzadors, tals com l'òxid de vanadi (V) i el clorur de titani (III), o també com a reactius en química orgànica, com l'hidrur de liti i alumini.
Les subdivisions de la química inorgànica són la química organometàl·lica, la química d'agregats i la química bioinorgànica. Aquest camps tenen molta activitat de recerca en química inorgànica en cerca de nous catalitzadors, superconductors i teràpies.
miniatura|esquerra|Molècula d'àcid sulfúric representada en dues dimensions. L'àcid sulfúric és un compost químic inorgànic molt utilitzat. Química inorgànica industrial La química inorgànica és una àrea de la ciència molt pràctica. Tradicionalment, l'escala econòmica d'una nació es mesurava segons la seva producció d'àcid sulfúric. Els 20 components químics inorgànics més fabricats al Canadà, la Xina, Europa, l'Índia, el Japó i els Estats Units, en dades de 2005, van ser els següents. sulfat d'alumini, amoníac, nitrat d'amoni, sulfat d'amoni, negre de carbó, clorur, àcid hidroclòric, hidrogen, peròxid d'hidrogen, àcid nítric, nitrogen, oxigen, àcid fosfòric, carbonat de sodi, clorat de sodi, hidròxid de sodi, silicat de sodi, sulfat de sodi, àcid sulfúric i diòxid de titani.
Una altra aplicació pràctica de la química inorgànica industrial és la fabricació de fertilitzants.
Química inorgànica descriptiva La química inorgànica descriptiva se centra en la classificació dels compostos segons les seves propietats. Parcialment, la classificació se centra en la posició de l'element dins la taula periòdica de l'element més pesant (l'element amb un pes atòmic més alt) del compost, i parcialment agrupant els compostos segons les seves similituds estructurals. Quan s'estudien els compostos inorgànics sovint es troben parts de les diferents classes de química inorgànica (un compost organometàl·lic està que es caracteritza per la seva química de coordinació i pot mostrar propietats d'estat sòlid interessants).
A continuació es detallen diferents classificacions.
Compostos de coordinació miniatura|L'EDTA fa un efecte de quelat a un ió Co3+ coordinat octaedralment en [Co(EDTA)]−
Els compostos de coordinació clàssics són els metalls de parells solitaris d'electrons que resideixen en els àtoms dels grups principals de lligands com H₂O, NH₃, Cl− i CN−. En els compostos de coordinació moderns gairebé tots els compostos orgànics i inorgànics es poden utilitzar com a lligands. El "metall" normalment és un metall dels grups 3-13, així com els translantanoides i els transactinoides, però des d'una certa perspectiva tots els compostos químics es poden descriure com a complexes de coordinació.
L'estereoquímica dels complexos de coordinació pot ser molt rica, tal com es pot veure en la separació de Werner de dos enantiòmers de [Co((OH)₂Co(NH₃)₄)₃]6+, demostració que la quiralitat no és inherent als compostos orgànics. Un tema tòpic dins d'aquesta especialització és la coordinació química supramolecular.Lehn, J. M., Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives, VCH: Weinhiem, 1995 (en anglès)
Exemples: [Co(EDTA)]−, [Co(NH₃)₆]3+, TiCl₄ (THF)₂.
Compostos dels grups principals miniatura|El tetranitrur de tetrasofre, S₄N₄, és un compost dels grups principals que encara intriga els químics Aquestes espècies contenen elements dels grups 1, 2 i 13-18 (excloent-ne l'hidrogen) de la taula periòdica. A causa de la seva (sovint) similar reactivitat, els elements del grup 3 (Sc, Y i La) i del grup 12 (Zn, Cd i Hg) també s'hi solen incloure.Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butter worth-Heineken. . (en anglès)
Els compostos dels grups principals s'han conegut des dels començaments de la química, com per exemple el sofre elemental i el sofre blanc destil·lable. Els experiments sobre oxigen (O₂) per Lavoisier i Priestley no tan sols van identificar un important gas diatòmic, sinó que també van obrir la porta per a descriure compostos i reaccions segons les ràtios etequiomètriques. La descoberta de la síntesi pràctica de l'amoníac usant catalitzadors de ferro per Carl Bosch i Fritz Haber a les primeries del van impactar profundament la societat, demostrant la importància de la síntesi química inorgànica.
Alguns compostos de grups principals típics són SiO₂, SnCl₄ i N₂O. Molts compostos de grups principals també es poden classificar com "organometàl·lics", ja que contenen grups orgànics (per exemple, B(CH₃)₃). Els compostos de grups principals també es troben a la natura, com per exemple el fosfat a l'ADN, per la qual cosa també es poden classificar com a bioinorgànics. A la inversa, els compostos orgànics que manquen de (molts) lligands d'hidrogen es poden classificar com "inorgànics", tals com els ful·lerens, els nanotubs de carboni i els òxids de carboni binaris.
Exemples: tetranitrur de tetrasofre (S₄N₄), diborà (B₂H₆), silicones, ful·lerè (C60).
Compostos de metalls de transició Els compostos que contenen metalls dels grups de l'1 a l'11 són considerats compostos de metalls de transició. Els compostos amb un metall dels grups 3 o 12 també se solen incorporar en aquest grup, però també sovint es classifiquen com a compostos de grups principals.
Els compostos de metalls de transició mostren una rica química de coordinació que varia del tetraedre pel titani (per exemple TiCl₄) fins al pla quadrat per alguns complexos de níquel i fins a l'octaedre pels complexos de coordinació de cobalt. També hi ha alguns compostos biològics de metalls de transició molt importants, com el ferro en l'hemoglobina.
Exemples: pentacarbonil de ferro, tetraclorur de titani, cisplatí
Compostos organometàl·lics miniatura|Els reactius organolitis se solen trobat en forma polimèrica, tals com l'n-butil-liti
Normalment es considera que els compostos organometàl·lics contenen el grup M-C-H.C. Elschenbroich, A. Salzer ”Organometallics : A Concise Introduction” (2a ed.) (1992); Wiley-VCH: Weinheim. . (en anglès) El metall (M) en aquestes espècies pot ser bé un element dels grups principals bé un metall de transició. Operacionalment, la definició d'un compost organometàl·lic és més relaxada de manera que també inclou complexos altament lipofílics com el carbonil metàl·lic i, fins i tot, alcòxids metàl·lics.
Els compostos organometàl·lics són considerats una categoria especial perquè els lligands orgànics solen ser sensibles a la hidròlisi o l'oxidació, fent necessari que la química organometàl·lica faci servir mètodes preparatius més especialitzats que els tradicionals en els complexos de tipus Werner. La metodologia sintètica, especialment la capacitat per manipular complexos en solvents de baix poder de coordinació, permeteren l'exploració de lligands de coordinació molt febles com hidrocarbons, H₂, i N₂.
Exemples: Tetracarbonilbis(ciclopentadienil)diferro (C₅H₅)Fe(CO)₂CH₃, ferrocè (Fe(C₅H₅)₂), hexacarbonil de molibdè (Mo(CO)₆), diborà (B₂H₆)
Compostos d'agregats miniatura|esquerra|El decaborà és un potent agregat tòxic de bor miniatura|Els agregats de ferro-sofre són components centrals de les proteïnes de ferro-sofre, essencials pel metabolisme humà
Els agregats es poden trobar en totes les classes de compostos químics. D'acord amb la definició més acceptada, un agregat consisteix en la seva mínima forma en un conjunt d'àtoms triangular els quals estan directament enllaçats uns amb els altres. Els complexos dimetàl·lics d'enllaç metall-metall són altament rellevants dins d'aquesta àrea. Els agregats tenen lloc en sistemes inorgànics "purs", en química organometàl·lica, en química dels grups principals i en química bioinorgànica. La distinció entre agregats molt i molt grans i sòlid és una línia molt difuminada. És la base química de la nanociència o nanotecnologia.
Exemples: Fe₃(CO)₁₂, B10H14, [Mo₆Cl14]2−, 4Fe-4S
Compostos bioinorgànics miniatura|El centre octaèdric de cobalt de la vitamina B₁₂