無機化學(inorganic 化學)是除碳氫化合物及其衍生物外，對所有元素及其化合物的性質和它們的反應進行實驗研究和理論解釋的科學，是化學學科中發展最早的一個分支學科。它研究所有元素的單質和化合物(碳氫化合物及其衍生物除外)的組成、結構、性質和反應，如元素、分子、化合、分解、元素周期律等，都是無機化學早期發展過程中形成和發現的。無機化學是從描述性的科學向推理性的科學過渡，從定性向定量過渡，從宏觀向微觀深入中建立起來的。
無機化學的分支主要包括無機合成化學、配位化合物、原子簇化學、生物無機化學、核化學和放射化學與元素化學。無機化學中的無機材料通常是無機化合物單獨或混合其他物質制成的材料，如硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、氧化物、氮化物和碳化物等原料經一定的工藝制備而成材料，無機物包括所有化學元素和它們的化合物(大部分的碳氫化合物及其衍生物除外)。
無機化學已在醫藥、食品、健康和農業等領域上應用，如無機藥物生理氯化鈉溶液在臨床上可治療出血過多、嚴重腹瀉等引起的脫水癥；鹽鹵(主要成分為氯化鎂和氯化鈣)可用于豆制品、乳脂奶油和果醬的制作；H元素是是構成人體組織和維持正常生命活動的必需元素；無機肥料中的尿素、鈣鎂磷肥等會促進柑橘的生產。
概念
在二次世界大戰前，無機化學主要是描述許多互不關聯的現象、性質和制備方法，未有完整和成熟的理論。第二次世界大戰后，這種情況得到改善。現代無機化學是研究無機化合物的組成、性質、結構和反應的科學，已經形成了較完整的體系。無機化學反應的研究，包括化學平衡和反應熱等熱力學方面的研究，動力學和反應機制的研究，結構方面的研究，廣義地說，還包括對氧化數、配位數、立體化學、分子構型和化學鍵性質的研究。由于這些研究的進展，無機化學已經不再是純敘述性的學科，而是由很多密切相關的分支學科融合起來的一個整體。這些分支學科包括配位化學，稀有金屬、稀土元素化學，同位素化學等。
無機化學研究內容廣泛，周期表中100多種元素以及除烴和烴衍生物以外的所有化合物都是無機化學的研究對象。隨著其他學科的發展及相互滲透，形成了許多跨學科的新研究領域，無機化學與新興交叉學科融合和交叉，形成了物理無機化學、生物無機化學等。無機化學給這些學科提供了研究的基本內容和實驗方法，又在理論研究上和這些學科交叉在一起，相互聯系又相互豐富。此外，無機化學研究向縱深發展，一些新的理論分析和設計思想正應用在無機化學的研究中。
無機化學的發展是按照一定的規律發展的，和生產上的需要密切聯系著。無機化學的這些分支學科以及與其他學科交叉形成的邊緣學科，在國防尖端技術的發展和國民經濟、工農業生產需要的推動下，不斷發展。優質的半導體、導體和超導體；絕緣體和磁性材料；高強度輕質的金屬材料等需求，推動了稀有金屬、稀土元素化學和配位化合物的發展。工業生產要求用無機化合物材料制成耐用、高強度、輕質的復合材料；農業生產要求有更多更好的肥料和植物激素，更好的肥料和植物激素，這些需求都推動了配位化學在肥料生產、石油催化方面的應用和理論研究。
無機化合物包括所有元素和它們的化合物，不過大部分的碳化合物除外，因為除二氧化碳、一氧化碳、二硫化碳、碳酸根等簡單的碳化合物屬無機物外，其余均屬于有機化合物。歷史上人們曾認為無機化合物即是無生命的物質，如巖石、土壤、礦物等，而有機化合物則是有生命的動植物產生的，如蛋白質、油脂、淀粉等。1828年，德國化學家弗里德里希·維勒(Friedrich Wohler)從無機化合物氰酸銨值得尿素，從而打破了有機物只能由有生命力產生的觀點，明確了無機物和有機物都是由化學結合而成的。現在，無機物和有機物按組分的不同而劃分。
歷史
化學的發展可分為古代化學、近代化學和現代化學三個時期。化學學科建立前，古人已掌握大量與化學相關的知識和技術，如公元6000年前的燒黏土制陶器、公元5000年前發現天然銅并還原為金屬銅、公元142年中國金丹加所著《周易參同契》論述了金丹術，古代的練丹術是化學學科的先驅。
近代無機化學的建立標志著近代化學的創始，對近代無機貢獻最大的人屬于英國的玻意爾(Robert Boyle)、法國的安托萬-洛朗·德·拉瓦錫(Lavoisier)和英國的約翰·道爾頓(John Dalton)。玻意爾提出元素是一種不能分出其他物質的物質，拉瓦錫于1774年提出質量守恒定律，即在化學變化中物質的質量不變。結合質量守恒定律，1803年道爾頓提出原子學說后，化學才真正成為一門科學，近代化學開始理論研究。
19世紀30年代，已知元素已達60多種，俄羅斯化學家門捷列夫(Меndeleev,Dmitrilvanovich)研究了這些元素的性質，在1869年提出元素周期表。元素周期律的發現宣告了化學學科的成立，化學理論體系開始形成，化學出現了無機化學、有機化學、分析化學和物理化學等四個分支學科。
1899年，歐內斯特·盧瑟福(Ernest Rutherford)發現了發射性元素“”和新型放射線，3年后又發現了一種原子可以蛻變為另一種原子，否定了約翰·道爾頓的原子永遠不變的觀點。1911年，他根據粒子的散射實驗，提出了一個類似太陽系結構的原子模型。1916年科賽爾(Kossel)提出離子鍵理論，吉爾伯特·路易士(Gilbert Newton Lewis)提出共價鍵理論，解釋了元素原子價和化合物的結構等問題。1924年，路易·德布羅意(Louis de Broglie)提出電子等物質為例具有波粒二象性的理論，1926年，薛定鄂(Erwin Schr?dinger)建立微粒運動方程，次年海特勒(Heitler Walter)和倫敦(Fritz London)應用量子力學處理氫分子，證明在氫分子中的兩個氫鍵間，電子有顯著集中，從而提出了化學鍵的觀點。此后，逐漸形成了現代價鍵、分子軌道理論和配位場理論，奠定了近代無機化學發展的理論基礎。
相關理論
現代價鍵
現代價鍵理論是鮑林(Linus Carl Pauling)等人在海特勒和倫敦準量子力學應用到分子結構的研究基礎上建立的，又稱VB理論。共價鍵的本質是電性的，這種電性作用是兩個原子核共同對核間電子云密集區吸引的結果。成鍵的這對電子是圍繞兩個原子核運動的，電性在兩核間出現的幾率較大，它不同于一般的靜電作用。共價鍵具有飽和性和方向性，一個原子所能形成共價鍵的數目取決與該原子中單電子的數目，因此共價鍵具有飽和性。原子軌道的重疊要盡可能沿著電子出現幾率最大的方向進行，除軌道外，、等原子軌道都有一定的取向，原子軌道只有沿著一定方向才能實現最大限度地重疊，因此共價鍵具有方向性。共價鍵的類型有鍵、鍵和配位鍵三類，而共價鍵形成的多原子分子或多原子離子空間構型是雜化軌道與分子空間構型，即在成鍵過程中，由于成鍵原子之間相互影響，同一個原子中的幾個能級相近的原子軌道可以重新進行組合。重新分配能量和空間方向，組成數目相等的成鍵能力更強的新的原子軌道，這一過程稱為軌道雜化，所形成的新軌道稱為雜化軌道。
分子軌道理論
分子軌道理論把分子作為一個整體來考慮，比較全面地反映了分子內部電子的各種運動狀態。分子軌道理論認為原子在形成分子時，所有電子對成鍵都有貢獻，分子中的電子不再屬于個別原子，而是分子中運動。為此，對分子中各種成鍵形式、成鍵過程的能量變化及分子的空間結構問題都能給出很好的解釋。分子軌道理論基本要點有：分子中的電子圍繞整個分子運動，其運動狀態可用分子軌道波函數來描述，每個分子軌道都有相應的能量和形狀；分子軌道由組成分子的各原子軌道組合而成；電子在分子中的排布像電子中的排布一樣，也遵守泡利不相容原理，能量最低原理和洪特規則。
氧氣(O2)分子中存在2個自旋方向相同的成單電子(具有順磁性)，O2分子所具有的結構是價鍵理論無法解釋，用分子軌道理論能得出結論。三電子鍵中有1個電子在反鍵軌道上，這就消弱了鍵的強度，三電子鍵不如雙電鍵牢固。1個三電子鍵相當于半個鍵，2個三電子鍵相當于1個正常鍵。為此，分子中仍相當于雙鍵，但由于存在三電子鍵，有未成對的電子和未充滿的軌道，所以有較大活性。
配位場理論
配位場理論是一種化學成鍵的模式，是在晶體場理論的基礎上發展起來的。晶體場理論是一種純粹的靜電理論，而配位場理論即考慮到過渡元素離子與配位體之間的純粹靜電的效應以外，還考慮到它們呢之間可能有的共價成鍵的效應。此外，吸取了分子軌道理論，考慮了共價結合，特別是鍵結合。
配位場理論為系統分析無機絡合物和金屬有機化合物的光、電、磁等性質的實驗數據及其與結構、性能間的關系，為進一步揭示絡合物催化本質和激光物質的工作原理，對研究和開發稀土元素及其化合物提供了理論依據。
無機化學分支
無機合成化學
無機化合物涵蓋周期表上碳以外各元素構成的物質，所以種類甚多，而且這種無機化合物的合成方法差別較大。為此，一種新的合成方法或一種新型結構，將會產生一系列新的無機化合物，如夾心式化合物、籠狀、簇狀，而且很多無機物都具有特殊功能，如激光、發光、永磁性等。
配位化學
配位學說的提出打破了共價理論和價飽和觀念的局限，建立分子間新型相互作用。配合物的形成、配位結合、配合物的結構、配合物的反應等是配位化學的主要內容，很快配位化學成為無機化學重要的一部分。之后，配合物的類型迅速增加、從簡單配合物發展到多核配合物、聚合配合物、大環配合物；也從單一配體配合物發展到混合配體配合物。在20世紀中葉，相繼創立了溶液配位化學、多氣層多配位體計算機模型、配位場理論。
原子簇化學
金屬原子化合物的發現開拓了一個新領域，其后逐漸形成了一門新興的化學分支學科—金屬原子簇化學。20世紀70年代，生物金屬原子簇、超導及新型材料等的需要，促進了金屬原子簇化學快速發展。可以通過一些合成方法，并且用結構化學等實驗手段了解一些金屬簇化合物結構與性能的關聯。關于成簇的機理，提出了金屬原子簇的簇價軌道理論、多面體簇電子對理論等學說。
生物無機化學
生物無機化學誕生于20世紀60年代，Perutz對肌紅蛋白和血紅蛋白的結構和作用機理研究獲諾貝爾化學獎，使生物無機化學開始發展。生物無機化學研究到了細胞和無機化合物作用時細胞內外發生的化學反應，這些化學變化是生物效應的基礎。生物無機化學主要的三個分支分別為測定生物功能分子結構和闡明作用機理、生物大分子的溶液結構、機理關系。
核化學和放射化學
放射性元素、人工放射性和核裂變的發現，核反應堆建立，核燃料的生產和處理都涉及核化學與放射化學，核化學和放射化學主要涉及超重元素“穩定島”的尋找，核醫學和放射性藥物、核分析技術。
元素化學
元素化學主要涉及元素在自然界的存在形式、分布，非金屬與金屬元素的通性、金屬單質的性質、氫氧化物等方面。元素在自然界中的存在形式有兩大類：單質和化合物，較活潑的金屬和非金屬元素在自然界主要以化合物形式存在，不太活潑的元素以單質形式存在。
無機物分類
無機化合物物按成分特點可分為單質和化合物兩大類；按結構特性可分為單晶、多晶、玻璃、無定型材料、復合材料等；按形態可分為體相材料、薄膜材料、纖維、粉體等；按性能特征和使用效能，又可分為結構材料和功能材料兩大類。
單質
單質有金屬單質和非金屬單質。鉀、鈉、鈣、鎂等都是金屬，具有特殊的光澤，常溫下都是固體，一般易導電、導熱、并有延展性。非金屬單質有、溴、碘、碳、氫等，非金屬元素通常是氣體或固體(溴除外，其是液體)，顏色不一。一般不易導電、傳熱，而且非金屬固體較脆。但也有些單質既具有金屬性，也具有非金屬性，如銻是金屬，但卻有質脆易碎，不易導電的非金屬性質；是非金屬，但卻有金屬光澤和能傳熱、導電的金屬性質。
化合物
化合物可以大致分為氧化物、酸、堿和鹽四大類。氧化物是由氧原子和另一種元素的原子組成的化合物，常見的氧化物有酸性氧化物和堿性氧化物，酸性氧化物大部分溶于水，生成相應的酸；堿性氧化物是指能和酸作用生成鹽和水的氧化物，又稱金屬氧化物。
酸是指分子由氫原子和酸根組成，并能與堿發應生成鹽和水的化合物。酸能和多種金屬反應，生成鹽和氫氣。常見的酸有鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)。純凈鹽酸是無色透明液體，具有揮發性；純凈硫酸是無色油狀液體，不易揮發，能與水以任何比例混溶，放出大量的熱；純凈硝酸為無色液體，具有揮發性，能與水以任何比例混溶，見光受熱易分解產生二氧化氮和氧，需要保存在有色瓶內，放置陰暗處。
堿是指分子由1個金屬原子和1個或幾個氫氧根組成，并能與酸作用生成鹽和水的化合物。常見的堿有氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鈣(Ca(OH)2)，氫氧化鈉又稱燒堿，一種易潮解的白色固體，常用于干燥劑；氫氧化鈣是一種白色粉末，微溶于水，它的澄清溶液是石灰水。
鹽是指分子由金屬原子和酸根組成的化合物，鹽分為正鹽、酸式鹽和堿式鹽。正鹽的酸分子中氫完全被金屬原子或銨根所代替生成的鹽，如碳酸鈉(Na2CO3)；酸式鹽酸分子中的氫原子一部分被金屬原子或根所代替而生成的鹽，如碳酸氫鈉(NaHCO3)；堿式鹽的堿分子中的氫氧根一部分被酸根代替生成的鹽，如堿式碳酸銅(Cu2(OH)2CO3)。
功能材料
傳統無機化合物一般指以天然的硅酸鹽礦物(黏土、石英、長石等)為主要原料，經高溫窯燒制而成的一大類材料，主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四種，其化學組成均為硅酸鹽，因此也稱為硅酸鹽材料。新型無機材料是指應用于高科技領域的用氧化物、氮化物、碳化物以及各種無機非金屬化合物進特殊的先進工藝制成的具有優異性能的無機新材料，如特種陶瓷、特種玻璃、特性水泥、新型耐火材料等。
結構材料
結構材料是利用材料的力學性能，所制備的各類器件或構件是為了承受各種形式的載荷、起支撐作用。如鋁合金、鈦合金、和鎳合金、鎂和鎂合金、乃榮金屬和陶瓷等。鋁合金中Al-Li系合金可以應用于飛機外殼，減輕飛機重量；超塑鋁合金成形變形量可達百分之幾百，復雜的構件可一次成形，常用于飛機身隔框、電器外殼等。鈦合金用于飛機起落架，大大減輕了重量。鎳銅系耐蝕合金可制造高壓充油電纜、油槽、醫療器材。
無機化學反應類型
從形式上可將無機化學反應分為四種類型：分解反應、化合反應、置換反應和復分解反應發應。而從本質上又可將無機化學反應分為兩種類型：非氧化還原反應和氧化還原反應。非氧化還原反應是指反應物的組成元素氧化數不發生變化的反應叫做非氧化還原反應。它可以是分解反應、化合反應和復分解反應。而氧化還原反應是指反應物的組成元素氧化數發生變化的反應，它可以是分解反應、化合反應和置換反應。
分解反應
分解反應是指一種物質發應生成兩種以上的新的物質的反應，如506-87-6受熱分解為氨、二氧化碳和水：
化合反應
化合反應是指兩種或兩種以上的物質生成另一種新物質的反應，化合反應與分解反應是相反的反應，如氨與氯化氫結合生成氯化銨：
置換反應
一種單質的原子置換(或取代)了化合物的某種組成原子，生成一種新的化合物和一種新單質的反應，稱為置換反應。如金屬銅從硝酸銀溶液中置換金屬銀:
復分解反應
復分解反應是指兩種化合物互換組分，生成另外兩種新的化合物的反應。如硝酸銀和氯化鈉反應，生成硝酸鈉和氯化銀：
應用領域
醫藥
無機化合物藥物可治療各種疾病，無機藥物包括簡單無機化合物藥物、金屬配合物藥物等。無機化合物藥物如碳酸鈉、乳酸鈉，因其在水溶液中呈堿性，成為臨床上常用的抗酸藥，用于治療糖尿病及腎炎等引起的代謝性酸中毒；生理氯化鈉溶液在臨床上用于治療出血過多、嚴重腹瀉等引起的脫水癥，無水硫酸鈉用作緩瀉劑，氯化鉀用于低鉀血癥的治療，一氧化氮(NO)有血管舒張作用。過渡金屬在人體內多以金屬酶和金屬蛋白質存在，參與體內的許多重要反應及信息傳遞、能量轉移等，金、銻、錫、釩等的配位化合物在抗癌金屬配合物中占有重要地位，如順鉑、卡鉑等一系列鉑的配合物已用于腫瘤治療；一些非鉑性配合物抗腫瘤藥是目前臨床上治療泌尿生殖系統及頭頸部、食管、放射性腸炎等部位癌癥的廣譜藥。
食品
人體所需的50多種營養物質，包括糖類、蛋白質、脂肪、脂肪酸、水等營養物質都需要從各種食品中吸收。食鹽不但是人類必需物質，也是食物的調味料和防腐劑，能除去食物的異味、增加水果甜味和防止魚肉的腐爛。在食品制作上，鹽鹵主要用于豆制品、乳脂奶油和果醬的制作；NaHCO3作為疏松劑用于餅干、糕點等的生產。
健康
生命體的存在與化學物質和化學元素有著密切的關系，人體中可以檢驗出81種化學元素，根據這些元素在人體中的生物學效應，可分為必需元素、有益元素和有害元素。必需元素是構成人體組織和維持正常生命活動的元素，如H、Na、K、Mg、Ca、V、Cr、Mn、Mo等；有益元素對生命是有益的，缺少這些元素，生命可以維持，如Ge；有害元素包括重金屬元素以及部分非金屬元素，過量存在于人體會威脅人體健康和生存，如Cd、Pb、Hg、Al等。
元素根據在人體含量不用分為常量元素和微量元素，生命必需常量元素有O、C、H、N、Ca、P、S等，必需微量元素包括V、Cr、Mn、Mo、Fe、Co、Ni等。人體對微量元素需求量雖然很低，但它們卻起著關鍵性作用，它們只有在濃度適宜的情況下表現出有益的，濃度過低，就會出現營養缺乏癥；濃度過高，則會導致中毒，影響機體正常生理功能。如必需微量元素Cu有利于血紅蛋白及色素的合成，但過量積累對肝臟有傷害作用，甚至致癌；缺碘或碘過多都會引起甲狀腺腫大；過量的攝入會引起硒中毒，使相關酶失活；缺鈣骨骼畸形，過多會導致動脈硬化。
農業
在施用有機肥料的基礎上，配合施用無機肥料，不僅能提高有機肥料的肥效，還能獲得較大幅度的增產效果，無機肥料有氮素化學肥料、磷素化學肥料、鉀素化學肥料、鈣素化學肥料、鎂素化學肥料、微量元素肥料和ree肥料。氮素化學肥料中的尿素作柑橘的根外追肥時葉片吸收較快、見效也快；磷素化學肥料中的鈣鎂磷肥不僅含有磷、還含有柑橘需要的鎂和鈣的成分，但其肥效緩慢，常與豬牛欄肥堆腐后，作基肥施用，不僅能提供磷素營養，還有利于改良酸性土壤；微量元素肥料中的硼肥是柑橘生產中使用最大的一種微量元素肥料，主要有硼砂和硼酸兩種。
參考資料 >