无机化合物有哪些?

无机化合物通常指的是不含有碳氢键 (C-H键) 的化合物，以及一些结构简单的含碳化合物。这是一个相对广泛的定义，历史上，它与来源于非生命体（矿物）的物质相关，与来源于生命体的有机化合物相对。不过，这种区分并非绝对，例如碳的氧化物（如CO, CO₂）、碳酸及其盐（如H₂CO₃, Na₂CO₃）、氰化物（如KCN）、硫氰化物（如KSCN）、碳化物（如CaC₂） 以及碳单质（如石墨、金刚石） 等虽然含碳，但由于其性质和结构更接近于传统意义上的无机物，因此通常被归类为无机化合物。

无机化合物的世界极其广阔，种类繁多，构成了地壳、大气、水体以及生命体系的重要组成部分。为了更好地理解它们，通常将其分为几大类：

1. 氧化物 (Oxides)
   氧化物是指氧元素与一种或多种其他化学元素（金属或非金属）组成的二元化合物。它们是地壳中最丰富的化合物之一。根据其化学性质和与水、酸、碱的反应，氧化物可以细分为：

   • 酸性氧化物：通常是非金属氧化物，能与水反应生成相应的含氧酸，或与碱反应生成盐和水。例如，二氧化碳 (CO₂) 溶于水生成碳酸 (H₂CO₃)，二氧化硫 (SO₂) 溶于水生成亚硫酸 (H₂SO₃)，三氧化硫 (SO₃) 溶于水生成硫酸 (H₂SO₄)，五氧化二磷 (P₂O₅) 与水反应生成磷酸 (H₃PO₄)。这些氧化物是形成酸雨的主要原因之一。
   • 碱性氧化物：主要是活泼金属的氧化物，能与水反应生成相应的碱，或与酸反应生成盐和水。例如，氧化钠 (Na₂O) 与水反应生成氢氧化钠 (NaOH)，氧化钙 (CaO，生石灰) 与水反应生成氢氧化钙 (Ca(OH)₂, 熟石灰)，氧化镁 (MgO) 与酸反应生成镁盐和水。
   • 两性氧化物：既能表现出酸性氧化物的性质（与强碱反应），又能表现出碱性氧化物的性质（与强酸反应）。最典型的例子是氧化铝 (Al₂O₃) 和氧化锌 (ZnO)。它们既能与盐酸反应，也能与氢氧化钠溶液反应。
   • 中性氧化物 (不成盐氧化物)：这类氧化物既不与酸反应，也不与碱反应，也不与水反应生成对应的酸或碱。常见的例子有一氧化碳 (CO) 和一氧化氮 (NO)。
   • 过氧化物/超氧化物：含有过氧根 (O₂²⁻) 或超氧根 (O₂⁻) 的氧化物，如过氧化氢 (H₂O₂) （严格来说不是氧化物，但常一起讨论）、过氧化钠 (Na₂O₂) 、超氧化钾 (KO₂) 。它们的化学性质比较活泼。

   水 (H₂O)，作为最常见的氧化物，是生命之源，也是极其重要的溶剂和反应介质。它的性质独特，对地球环境和生命过程至关重要。

2. 酸 (Acids)
   酸是在水溶液中能够电离出氢离子 (H⁺) 的化合物（阿伦尼乌斯定义），或者是能够提供质子 (H⁺) 的物质（布朗斯特-劳里定义）。酸通常具有酸味，能使石蕊试液变红，能与活泼金属反应放出氢气，能与碱发生中和反应生成盐和水。
   根据是否含氧，可以分为：

   • 无氧酸：不含氧元素，如盐酸 (HCl)、氢溴酸 (HBr)、氢氟酸 (HF)、氢硫酸 (H₂S)。
   • 含氧酸：分子中含有氧元素，如硫酸 (H₂SO₄)、硝酸 (HNO₃)、磷酸 (H₃PO₄)、碳酸 (H₂CO₃)、亚硫酸 (H₂SO₃)。
     根据电离程度，可以分为：
   • 强酸：在水溶液中完全或几乎完全电离，如盐酸 (HCl)、硫酸 (H₂SO₄)、硝酸 (HNO₃)。
   • 弱酸：在水溶液中部分电离，如醋酸 (CH₃COOH)（虽然是有机酸，但常用于对比）、碳酸 (H₂CO₃)、氢氟酸 (HF)、磷酸 (H₃PO₄)。

   酸在化学工业、食品加工、金属处理以及生物化学过程中扮演着核心角色。例如，胃酸的主要成分是盐酸，硫酸是重要的化工原料，被称为“化学工业之母”。

3. 碱 (Bases)
   碱是在水溶液中能够电离出氢氧根离子 (OH⁻) 的化合物（阿伦尼乌斯定义），或者是能够接受质子 (H⁺) 的物质（布朗斯特-劳里定义）。碱通常有涩味，触摸有滑腻感（腐蚀皮肤），能使石蕊试液变蓝，使酚酞试液变红，能与酸发生中和反应生成盐和水。
   根据溶解性，可以分为：

   • 可溶性碱：如氢氧化钠 (NaOH，苛性钠、烧碱)、氢氧化钾 (KOH，苛性钾)、氢氧化钙 (Ca(OH)₂, 熟石灰、消石灰)（微溶）、氨水 (NH₃·H₂O)（弱碱）。
   • 难溶性碱：如氢氧化铜 (Cu(OH)₂)（蓝色沉淀）、氢氧化铁 (Fe(OH)₃)（红褐色沉淀）、氢氧化镁 (Mg(OH)₂) （白色沉淀）。
     根据电离程度，可以分为：
   • 强碱：在水溶液中完全电离，如NaOH, KOH, Ba(OH)₂。
   • 弱碱：在水溶液中部分电离，如氨水 (NH₃·H₂O)。

   碱在肥皂制造、造纸、纺织、炼油等工业中有广泛应用。氢氧化钠是非常重要的化工原料。氨水常用作清洁剂和生产氮肥。

4. 盐 (Salts)
   盐通常定义为由金属阳离子（或铵根离子 NH₄⁺）和酸根阴离子组成的化合物。它们是酸碱中和反应的主要产物之一。盐的种类极其繁多，性质各异。
   根据组成，可以分为：

   • 正盐：酸分子中的氢离子完全被金属阳离子或铵根离子取代形成的盐。例如，氯化钠 (NaCl)、硫酸钾 (K₂SO₄)、碳酸钙 (CaCO₃)。
   • 酸式盐：酸分子中的氢离子部分被金属阳离子或铵根离子取代形成的盐。它们通常由多元酸与不足量的碱反应生成。例如，碳酸氢钠 (NaHCO₃，小苏打)、硫酸氢钠 (NaHSO₄)、磷酸二氢钾 (KH₂PO₄)。酸式盐的水溶液不一定呈酸性，例如 NaHCO₃ 溶液呈碱性。
   • 碱式盐：碱分子中的氢氧根离子部分被酸根阴离子取代形成的盐。它们通常由多元碱与不足量的酸反应生成。例如，碱式碳酸铜 (Cu₂(OH)₂CO₃，铜绿)。
   • 复盐：由两种或多种阳离子（除H⁺外）和一种阴离子，或一种阳离子和两种或多种阴离子（除OH⁻外）构成的盐。例如，硫酸铝钾 (KAl(SO₄)₂·12H₂O，明矾)。
   • 配位盐（络盐）：含有配离子的盐，将在下面配位化合物中进一步说明。例如，硫酸四氨合铜 ([Cu(NH₃)₄]SO₄)。

   盐的性质千差万别。它们的溶解性差异很大（如NaCl易溶，AgCl难溶），许多盐的水溶液能导电，因为它们是离子化合物。某些盐会发生水解，影响溶液的酸碱性。许多过渡金属盐具有颜色，如硫酸铜 (CuSO₄) 晶体（通常指五水合硫酸铜 CuSO₄·5H₂O）呈蓝色，高锰酸钾 (KMnO₄) 溶液呈紫色。盐在自然界广泛存在（如海水、盐湖、矿石），在工业、农业、医药和日常生活中无处不在。食盐 (NaCl) 是必需的调味品和生理功能维持剂，碳酸钠 (Na₂CO₃，纯碱) 是重要的化工原料，硫酸铵 ((NH₄)₂SO₄) 是常用的氮肥。

5. 氢化物 (Hydrides)
   氢化物是氢元素与其它元素（通常是电负性比氢小或与氢相近的元素）形成的二元化合物。

   • 离子型氢化物：由氢与活泼金属（如碱金属、碱土金属）形成，氢显-1价，如氢化钠 (NaH)、氢化钙 (CaH₂)。它们与水剧烈反应生成氢气和相应的碱。
   • 共价型氢化物：由氢与非金属或电负性较高的金属形成，通过共用电子对成键。例如，水 (H₂O)、氨 (NH₃)、氯化氢 (HCl)、甲烷 (CH₄)（有机物，但结构符合氢化物）。
   • 金属型氢化物（间隙型氢化物）：由氢原子填充到过渡金属晶格的间隙中形成，通常是非整比化合物，具有金属特性，如氢化钯 (PdHₓ)。

6. 配位化合物 (Coordination Compounds / Complexes)
   配位化合物，也称为络合物，是一类结构较为复杂的无机化合物。它们通常由一个中心原子或离子（通常是金属离子）与一定数目的配体 (ligands) 通过配位键结合而成。配体是含有孤对电子的分子或离子，可以提供电子对给中心原子/离子。
   例如，在硫酸四氨合铜 ([Cu(NH₃)₄]SO₄) 中，铜离子 (Cu²⁺) 是中心离子，四个氨分子 (NH₃) 是配体，它们通过氮原子上的孤对电子与铜离子形成配位键，构成络离子 [Cu(NH₃)₄]²⁺。
   配位化学是无机化学的一个重要分支。配位化合物在催化（如齐格勒-纳塔催化剂）、分析化学（如EDTA滴定）、生物无机化学（如血红蛋白中的铁卟啉络合物负责输氧，叶绿素中的镁卟啉络合物参与光合作用）以及材料科学等领域有着广泛的应用。它们的结构多样，性质丰富，颜色各异。

除了上述主要类别，无机化学还研究单质（由同一种元素组成的纯净物，如铁 (Fe)、氧气 (O₂)、硫 (S)）的性质和反应，因为它们是构成无机化合物的基础。许多元素还存在不同的同素异形体，如氧元素的氧气 (O₂) 和臭氧 (O₃)，碳元素的金刚石、石墨和富勒烯，它们也属于无机化学的研究范畴。

总结来说，无机化合物涵盖了除大部分有机化合物之外的所有化学物质。从简单的氧化物、酸、碱、盐，到结构复杂的配位化合物，它们构成了我们星球的物质基础，驱动着无数的自然过程和工业生产。对无机化合物的理解和应用，是现代科学技术发展不可或缺的一环，其研究范围仍在不断扩展，与物理学、生物学、地质学、材料科学等领域深度交叉融合。认识无机化合物的多样性、结构和性质，就是认识我们所处物质世界的基石。