무기화학 정의
무기화학은 유기화학의 제외한 나머지인 화합물을 의미한다. 유기화학은 대부분 탄소와 수소 결합으로 이루어진 화합물을 다루고 무기화학의 경우 전이 금속이나 희토류 금속과 함께 유기 화합물과의 상호 반응을 주된 연구 분야로 하는 학문이다. 무기화학은 유기화학을 제외한 모든 화합물에 대한 연구를 말하며 유기화학의 포함된 학문들과 겹치는 연구 분야도 있기에 절대적으로 구분되어지지는 않는다. 촉매나 의약품, 연료, 코팅, 색소, 재료과학, 계면활성제등 다양한 화학산업에서 사용이되는 학문이다.
무기화학의 주요 개념
무기화합물의 대부분은 양이온과 음이온이 이온 결합을 하고 있는 형태로 나타난다. 양이온은 Na+ 또는 Mg2+를 예로 들수 있고 음이온은 Cl-나 O2-를 들 수 있다. 염의 경우 전기적으론 중성을 띄고 있기에 이온들은 Na2O 또는 MgCl2와 같은 형태를 띄고 있다. 이온들은 산화수를 갖고 있고 이온들의 화합물 형성 가능성을 추론하는 방법으로는 양이온은 이온 포텐셜을 통해 음이인온 전자친화도를 통해 유추할 수 있다.
무기화합물을 4가지로 분류가 될 수 있는데 할로겐, 탄산염, 황산염, 산화물 화합물로 나눠질 수 있다. 대부분의 무기화합물들은 높은 녹는점을 갖고 있으며 고체 상태에서 대부분은 부도체의 성격을 띄고 있다. 물에서의 용해도와 결정화 성질도 무기화합물들의 특징이다. 특정 무기화합물의 경우 물에 잘 녹지만 어떤 무기화합물은 물에 잘 녹지 않는 경우도 있다.
가장 쉬운 무기 반응으로는 복분해라는 것이 있다. 두 염을 섞을때 이온들이 산화수의 변화 없이 치환이 되어지는 반응식이다. 산화와 환원 반응에선 산화제의 경우 산화수가 감소되어지고 환원제의 경우 산화수는 증가가 되어진다. 이런 산화수 변화의 중요한 본질은 전자들의 이동에 있으며 이것들은 직접적으로 나타나지 않을 경우도 있다.
반응물에 수소 이온이 존재할 경우 반응식은 산과 염기의 반응 이론에 의해 양성자를 내놓고 받아오는 성질과 방향을 알 수 있다. 일반적으론 루이스 산일 경우 전자쌍을 받으려는 성향을 가진 물질이고, 루이스 염기일 경우 전자쌍을 주려는 성질을 띈 물질이다. 여기서 좀 더 발전된 이론의 경우 이온의 극성과 함께 이온의 크기까지 반응의 고려 대상이 된다.
자연에서 무기화합물들은 광물의 형태로 발견이 되어진다. 예를 들어 흙 속에는 황화 철이 황철과의 형태로 있을 수 있고 황산 칼슘이 석고의 형태로 있을 수도 있다. 또한 무기화합물은 몸속에서도 발견이 된다. 몸속에서 전해질로 사용이 되는 염화 나트륨과 함께 ATP, DNA처럼 에너지 저장에 이용되는 것들의 중요 구성인 폴리 인산이 있다.
최초로 인공적으로 합성한 무기 화합물은 질산 암모늄으로 하버범을 통해 만들어졌으며 비료에 사용되기 위해 만들어졌다. 무기 화합물들은 촉매의 역할을 갖고 있기도 하며 예시로는 산화 바나듐과 염화 티타늄이 있다.
무기화학의 학문은 유기금속화학과 생물무기화학, 클러스터화학으로 나눠질 수 있고 이런 분야들은 초전도체나 새로운 촉매와 의약품 개발을 위해 지속적으로 연구가 되어지고 있다.
무기화학의 역사
연금술 서적들이 중세 유럽으로 널리 퍼지면서 이와 관련된 지식들은 근대 화학의 토대가 되었다. 하지만 대부분의 경우 무기 화합물에 관련된 지식들이었으며 화학이라는 학문 자체가 연구대상을 분류하고 구별할 만큼 넓은 영역을 다루고 있지 않았기에 18세기 이전의 화학은 무기화학이나 다름 없었다.
18세기 말부터 19세기 초까지 유기화합물의 발견이 증가됨에 따라 물질을 분류하고 연구대상에서 연구의 영역을 구분하기 시작했다. 1806년 스웨덴의 옌스 베르셀리우스는 유기체를 뜻하는 organ을 유기화학과 유기 화합물이라는 단어를 최초로 사용을 했다. 이것이 학문영역으로 자리잡음에 따라 유기화학이나 유기화합물을 연구하는 학문과 무기화학과 무기화합물을 연구하는 학문으로 나눠지게 되었다.
근대의 무기화학의 경우 주기율을 기본으로하여 조성론을 주된 연구 대상으로 삼고 있다. 무기화학에서 구조론의 기원은 1883년 독일의 알프레드 베르너가 주장한 배위자 이론이다. 이 후 무기화학의 경우 금속 착화합물을 주된 연구대상으로 삼았고 착화합물과 관련된 연구가 발전되어 무기구조화합이 성립되었다. 20세기 후반부턴 전자현미경과 X선 구조 분석을 통하여 서브 마이크로 사이즈의 물리 계측이 가능해졌다. 이를 통해 구조론은 큰 발전을 하게되었고 최근의 무기화학은 고온 초전도 물질의 페로브스카이트상과 같은 구조론이 주된 연구대상이 되었다.
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