La chimie minérale, aussi appelée chimie inorganique (par traduction littérale de l'anglais), est la branche la plus ancienne de la chimie.. Elle comporte l'étude des divers corps simples existant dans la nature ou obtenus artificiellement et celle des composés qu'ils engendrent en réagissant les uns sur les autres, à l'exception des combinaisons avec le carbone qui sont étudiées à part et font l'objet de la chimie organique.. Cependant quelques composés simples du carbone (certains oxydes de carboneMonoxyde de carbone (CO), dioxyde de carbone (). D'autres oxydes de carbone, inorganiques et organiques, sont présentés dans un tableau situé dans le bas de page de l’article « oxyde de carbone »., les carbonates, bicarbonates et cyanures ioniques, les carbures, excepté les hydrocarbures)Sur les composés carbonés « inorganiques », voir l'article « composé organique ». sont classés parmi les composés inorganiques. Une étude particulière est celle des propriétés et de la synthèse des composés inorganiques artificielsArtificiel ou naturel : Substances naturelles ou synthétiques, sur le projet Wikiversité, consulté le 4 octobre 2014., laquelle inclut les composés organométalliques... Ce domaine couvre tous les composés chimiques à l'exception des myriades de composés organiques qui sont basés sur un squelette carboné et comportent habituellement des liaisons C-H. À l'origine basée sur des arguments historiques, cette distinction est de nos jours loin d'être absolue, et de nombreux recouvrements existent en particulier dans le domaine de la chimie organométallique. La chimie inorganique est un domaine de recherche actif actuellement et possède des applications dans la plupart des aspects de l'industrie chimique, en particulier en catalyse, science des matériaux, pigments, tensioactifs, chimie pharmaceutique, carburants, chimie de l'environnement et agriculture.
Histoire
Bien avant que l'alchimie ne devienne un sujet d'étude, de nombreuses réactions chimiques employant des composés inorganiques étaient utilisées et leurs produits utilisés dans la vie de tous les jours. L'âge du bronze et l'âge du fer correspondent à des périodes de la Protohistoire au cours desquelles la métallurgie du bronze (nom générique des alliages de cuivre et d’étain) et du fer influença durablement et en profondeur certaines sociétés. Durant l'âge de fer on voit aussi apparaître des verres colorés, composés de (principal composé du sable) et d'oxydes métalliques.. thumb|left|150px|Les composés inorganiques sont très variés : A : le borane est déficient en électrons ; B : le chlorure de césium a une structure cristalline archétypique ; C : les ferrocènes sont des complexes organométalliques ; D : le silicone a de nombreuses utilisations dont les implants mammaires ; E : le catalyseur de Grubbs a valu le prix Nobel de chimie à son découvreur ; F : les zéolithes ont des structures poreuses et servent de tamis moléculaires ; G : l'acétate de cuivre (II) a surpris les théoriciens avec son diamagnétisme.
Les expériences de transmutation permettent aux alchimistes de développer des nouvelles techniques de purification de composés chimiques, comme la distillation, la sublimation ou la cristallisation. De nombreux composés inorganiques sont ainsi isolés, comme le vitriol (acide sulfurique), l'eau-forte (acide nitrique), l'esprit de sel (acide chlorhydrique), le vitriol de lune (sulfate d'argent), les cristaux de Vénus (nitrate de cuivre) ou l'eau régale (mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique capable de dissoudre l'or).
En 1675, dans son Cours de chimie, Nicolas Lémery introduisit la distinction entre la « chimie minérale », qui ne faisait intervenir à l'époque que des composés inertes, et la chimie organique, dont les substances sont issues des animaux et des végétaux.. Cette distinction, soutenue par la théorie de la force vitale, persista jusqu'au milieu du . En 1828, l'expérience réalisée par le chimiste Allemand Friedrich Wöhler mit fin à cette démarcation en transformant du cyanate d'ammonium, supposé minéral, en une substance organique, l'urée..
Principes Structure atomique
Symétrie moléculaire
Liaisons moléculaires Composés ioniques
Liaison covalente
Acides et bases
Oxydation et réduction
Caractérisation des composés inorganiques
Les techniques de caractérisation physico-chimiques des composés inorganiques permettent de déterminer la composition, la structure et les propriétés d'une molécule ou d'un matériau. Plusieurs de ces techniques utilisent l'interaction entre les radiations électromagnétiques et la matière, et ceci sur pratiquement toute la gamme spectrale..
Diffraction : les techniques de diffraction sont particulièrement utilisées pour déterminer les structures des composés chimiques et ont l'avantage d'être des méthodes non destructives. La cristallographie aux rayons X permet de déterminer la position des atomes et des ions qui composent un composé solide. La diffraction de neutrons permet d'obtenir des informations structurales supplémentaires, et en particulier la position des atomes légers. Spectroscopies d'absorption : l'absorption (et parfois la ré-émission) des radiations électromagnétiques permet d'obtenir des informations sur les niveaux d'énergie des composés inorganiques et est aussi souvent utilisée pour des analyses quantitatives. Les techniques concernées sont la spectroscopie ultraviolet-visible, la spectroscopie infrarouge et la spectroscopie Raman. Ces techniques sont généralement non destructives. Résonance : les techniques de résonance se basent sur l'application d'un champ magnétique pour faire entrer en résonance la séparation entre les niveaux énergétiques d'un composé. La résonance magnétique nucléaire et la résonance paramagnétique électronique impliquent la résonance magnétique, avec les niveaux énergétiques du noyau atomique pour la RMN et des électrons non appariés pour la RPE. La spectroscopie Mössbauer quant à elle est basée sur l'absorption résonante de radiations par le noyau atomique et exploite le fait que les niveaux d'énergie du noyau sont sensibles à l'environnement électronique et nucléaire. Ionisation : les techniques d'ionisation permettent de bombarder un échantillon avec des radiations ou des particules de hautes énergies et de mesurer les énergies d'ionisation. Les techniques concernées sont la spectroscopie de photoélectrons, la spectroscopie d'absorption des rayons X et la spectrométrie de masse. Analyses chimiques : ces méthodes permettent de déterminer la composition élémentaire des composés et sont généralement destructives. On peut lister dans ces techniques la spectrométrie d'absorption atomique, l'analyse élémentaire, la spectrométrie de fluorescence des rayons X et les méthodes d'analyses thermiques. Électrochimie : les techniques électrochimique, et notamment la voltammétrie cyclique, permettent de sonder les réactions d'oxydoréduction d'espèces en solution.
Chimie descriptive des éléments
Éléments du groupe principal Hydrogène L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers et le troisième dans la croûte terrestre.. La forme stable de l'hydrogène est le dihydrogène, , qui n'est présent que sous forme de traces dans la troposphère ().. Le dihydrogène peut être produit naturellement comme produit de fermentation ou comme sous-produit de la biosynthèse de l'ammoniac. La configuration électronique de l'hydrogène, 1s, est similaire aux configurations électroniques de valence des métaux alcalins (ns).. L'élément existe principalement sous trois formes isotopiques : l'hydrogène léger ou protium (H), le deutérium (H ou D) et le tritium (H ou T)..
Les propriétés de l'hydrogène sont très diverses, et il peut être une base forte de Lewis, avec l'ion hydrure H, ou un acide fort de Lewis, avec le proton H. Ses propriétés chimiques sont riches et variées, et il peut former des composés chimiques avec pratiquement tous les autres éléments. On peut regrouper les composés de l'hydrogène en trois classes principales. : les hydrures covalents (formés avec des éléments du bloc p, comme , ou ) ; les hydrures ioniques (formés avec les éléments les plus électropositifs, comme ou ) ; les hydrures interstitiels des métaux de transition (formés avec les de nombreux éléments du bloc d et f). On peut aussi ajouter une dernière classe pour les hydrures dans les complexes métalliques et les complexes du dihydrogène, qui jouent des rôles importants dans la catalyse et l'activation du dihydrogène..
Métaux alcalins
Les métaux alcalins sont les éléments chimiques de la première colonne du tableau périodique des éléments., sauf un. Le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K), le rubidium (Rb), le césium (Cs) et le francium (Fr) font ainsi partie de cette famille, mais pas l'hydrogène.. Aucun des éléments du groupe n'existe à l'état d'élément pur dans la nature, on ne les retrouve que sous la forme de composés..
De tous les groupes du tableau périodique, les alcalins montrent de façon claire l'effet de l'augmentation de la taille et de la masse sur les propriétés chimiques et physiques. Ainsi, la réactivité des métaux alcalins augmente avec le numéro atomique (Z). Ceci est principalement relié au fait qu'ils peuvent facilement perdre leur unique électron situé sur la couche de valence et former ainsi des cations chargés +1, la configuration électronique du cation rejoignant celle des gaz rares.. L'énergie d'ionisation diminue lorsque l'on descend dans le groupe, et il est donc de plus en plus facile d'éliminer l'électron de valence quand Z augmente, cet électron pouvant participer à des réactions chimiques.
Les métaux alcalins ont tendance à former presque exclusivement des liaisons ioniques avec des éléments non métalliques et halogènes. On les retrouve donc principalement sous forme de sels ou d'oxydes..
Les métaux La réduction chimique des cations alcalins pour obtenir la forme métallique est difficile, et la méthode de préparation la plus communément employée pour leur préparation est l'électrolyse des sels fondus du composé chloré... Les métaux alcalins sont très réducteurs, et la réactivité augmente lorsque le numéro atomique augmente.; le dioxygène, le dichlore et le dihydrogène peuvent ainsi être réduits facilement. La forme métallique des alcalins doit être conservée dans l'huile afin d'éviter toute réaction avec le dioxygène. Ils réagissent aussi violemment avec l'eau pour former du dihydrogène et des hydroxydes alcalins. Le lithium est le moins réactif en présence d'eau, alors que le sodium réagit violemment, le potassium s'enflamme et le rubidium et le césium explosent.
2 M (s) + 2 (l) → 2 (aq) + (g) (où M représente un métal alcalin)
Les métaux alcalins sont solubles dans l'ammoniac liquide et donnent une intense coloration bleue à la solution.. Ces solutions sont conductrices, et la couleur et ces propriétés conductrices sont expliquées par la solvatation de l'électron de valence du métal. Dans de l'ammoniac pur, le temps de vie de l'électron solvaté peut être assez long (de l'ordre de 1 % de décomposition par jour). Ces solutions sont communément utilisées pour préparer divers composés organiques et inorganiques..
Les halogènes Les métaux alcalins font partie des éléments les plus électropositifs du tableau périodique, et tendent à former des liaisons ioniques avec les éléments les plus électronégatifs, les halogènes, pour former des sels. Lorsque l'on descend dans le groupe, l'enthalpie de formation devient moins négative pour les fluorures, mais plus négative pour les chlorures, bromures et iodures..