Metalo oksidų savybės, nomenklatūra, panaudojimas ir pavyzdžiai

The metalų oksidai jie yra neorganiniai junginiai, sudaryti iš metalinių katijonų ir deguonies. Juose paprastai yra daug jonų kietųjų medžiagų, kuriose oksido anijonas (O^2-) elektrostatiškai sąveikauja su M rūšimis⁺.

M⁺ tai yra bet koks katijonas, gaunamas iš gryno metalo: iš šarminių ir pereinamųjų metalų, išskyrus kai kuriuos tauriuosius metalus (pvz., auksą, platiną ir paladį), į sunkesnius periodinio stalo bloko elementus ( kaip švinas ir bismutas).

Viršutiniame paveikslėlyje yra geležies paviršius, padengtas rausvais pluteliais. Šie „plutos“ yra vadinamieji rūdys arba rūdys, o tai savo ruožtu atspindi metalo oksidacijos vizualinį bandymą dėl savo aplinkos sąlygų. Chemiškai rūdis yra hidratuotas geležies oksidų mišinys (III)..

Kodėl metalo oksidacija lemia jos paviršiaus degradaciją? Taip yra dėl deguonies įtraukimo į metalo kristalinę struktūrą.

Kai taip atsitinka, metalo tūris didėja, o pradinės sąveikos susilpnėja, todėl kietas laužas. Be to, šie įtrūkimai leidžia daugiau deguonies molekulių prasiskverbti į vidinius metalo sluoksnius, valgydami visą gabalą iš vidaus..

Tačiau šis procesas vyksta skirtingu greičiu ir priklauso nuo metalo pobūdžio (jo reaktyvumo) ir fizinių sąlygų, kurios ją supa. Todėl yra veiksnių, kurie pagreitina arba sulėtina metalo oksidaciją; du iš jų yra drėgmės ir pH buvimas.

Kodėl? Kadangi metalo oksidavimas metalinio oksido gamyboje reiškia elektronų perdavimą. Šie „judesiai“ iš vienos cheminės medžiagos į kitą tol, kol terpė ją palengvina arba esant jonams (H⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, ir tt), kurios modifikuoja pH, arba vandens molekules, kurios suteikia transporto priemonę.

Analiziškai, metalo tendencija suformuoti atitinkamą oksidą atsispindi jo redukcijos potencialuose, kurie atskleidžia, kuris metalas greičiau reaguoja, palyginti su kitu..

Pvz., Auksas turi daug mažesnį potencialą nei geležis, todėl jis šviečia su savo būdingu auksiniu blizgesiu be oksido, kuris jį sudrėkina..

Indeksas

• 1 Ne metalo oksidų savybės
  • 1.1
  • 1.2 Amfoterizmas
• 2 Nomenklatūra
  • 2.1 Tradicinė nomenklatūra
  • 2.2 Sisteminė nomenklatūra
  • 2.3 Atsargų nomenklatūra
  • 2.4 Valentų skaičiaus apskaičiavimas
• 3 Kaip jie suformuoti?
  • 3.1 Tiesioginė metalo reakcija su deguonimi
  • 3.2 Metalo druskų reakcija su deguonimi
• 4 Naudojimas
• 5 Pavyzdžiai
  • 5.1 Geležies oksidai
  • 5.2 Šarminės ir šarminės žemės oksidai
  • 5.3. IIIA grupės oksidai (13)
• 6 Nuorodos

Ne metalo oksidų savybės

Metalo oksidų savybės skiriasi priklausomai nuo metalo ir kaip jis sąveikauja su anijonu O^2-. Tai reiškia, kad kai kurie oksidai turi didesnį tankį arba tirpumą vandenyje nei kiti. Tačiau visi turi bendrą metalo pobūdį, kuris neišvengiamai atsispindi jos bazėje.

Kitaip tariant, jie taip pat žinomi kaip baziniai anhidridai arba baziniai oksidai.

Baziškumas

Metalo oksidų baziškumą galima patikrinti eksperimentiškai, naudojant rūgšties-bazės indikatorių. Kaip? Pridedant nedidelį oksido gabalėlį į vandeninį tirpalą su tam tikru ištirpusiu indikatoriumi; tai gali būti suskystintos raudonos kopūstų sultys.

Tuomet, priklausomai nuo pH, spalvų diapazonas, oksidas sultis taps melsva spalva, atitinkančia bazinį pH (nuo 8 iki 10). Taip yra todėl, kad ištirpusio oksido dalis išskiria OH jonus^- tai yra eksperimentas, atsakingas už pH pokyčius.

Taigi, MO oksidui, kuris yra tirpinamas vandenyje, jis transformuojamas į metalo hidroksidą ("hidratuotą oksidą") pagal šias chemines lygtis:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Antroji lygtis yra hidroksido M (OH) tirpumo balansas₂. Atkreipkite dėmesį, kad metalas turi 2+ įkrovą, o tai reiškia, kad jo valencija yra +2. Metalo valencija yra tiesiogiai susijusi su jo polinkiu įgyti elektronų.

Tokiu būdu, tuo labiau teigiamas valentas, tuo didesnis jo rūgštingumas. Tuo atveju, kai M turėjo +7 valentą, tada M oksidas₂O₇ tai būtų rūgštus, o ne pagrindinis.

Anfoterismo

Metalo oksidai yra pagrindiniai, tačiau ne visi turi tokį patį metalo pobūdį. Kaip sužinoti? Metalo M nustatymas periodinėje lentelėje. Kuo daugiau jis yra kairėje pusėje, o žemesniais laikotarpiais, tuo daugiau metalų jis bus, ir tuo labiau bazinis jo oksidas bus.

Pasienyje tarp bazinių ir rūgščių oksidų (ne metaliniai oksidai) yra amfoteriniai oksidai. Čia žodis „amfoterinis“ reiškia, kad oksidas veikia kaip bazę ir rūgštį, kuris yra toks pat kaip ir vandeniniame tirpale, todėl gali sudaryti hidroksidą arba vandeninį kompleksą M (OH₂)₆²⁺.

Vandeninis kompleksas yra ne tik koordinavimas n vandens molekulės su metaliniu centru M. M kompleksui (OH)₂)₆²⁺, metalas M²⁺ Jį supa šešios vandens molekulės, kurios gali būti laikomos hidratuotais katijonais. Daugelis iš šių kompleksų išryškina intensyvias spalvas, pvz., Stebimas vario ir kobalto.

Nomenklatūra

Kaip vadinami metalų oksidai? Tai yra trys būdai: tradicinis, sistemingas ir atsargas.

Tradicinė nomenklatūra

Kad metalų oksidas būtų teisingai nurodytas pagal IUPAC taisykles, būtina žinoti galimas metalo M. valentes. Didžiausias (teigiamas) yra priskirtas metalo pavadinimui sufiksas -ico, o nepilnametis, prefiksas -oso.

Pavyzdys: atsižvelgiant į metalų M valentus +2 ir +4, jo atitinkami oksidai yra MO ir MO₂. Jei M būtų švinas, Pb, tada PbO būtų oksido plumbnešioti, ir PbO₂ oksido slyvąico. Jei metalas turi tik vieną valentą, jis vadinamas oksidu su priesaga -ico. Taigi, Na₂Arba jis yra natrio oksidas.

Kita vertus, pridedami hipo- ir priešdėliai, kai metalui yra trys ar keturi valentai. Tokiu būdu, Mn₂O₇ tai oksidas užmanganasico, nes Mn yra valencija +7, aukščiausia iš visų.

Tačiau šios rūšies nomenklatūra kelia tam tikrų sunkumų ir paprastai yra mažiausiai naudojama.

Sisteminė nomenklatūra

Jame atsižvelgiama į M atomų ir deguonies, sudarančių cheminę oksido formulę, skaičių. Iš jų priskiriami atitinkami prefiksai mono-, di-, tri-, tetra- ir kt..

Atsižvelgiant į tris nesenius metalų oksidus, PbO yra švino monoksidas; PbO₂ švino dioksidas; ir Na₂Arba dinatrio monoksidas. Rūdžių atveju, Fe₂O₃, jo pavadinimas yra dihierro trioksidas.

Akcijų nomenklatūra

Skirtingai nuo kitų dviejų nomenklatūrų, metalo valentingumas yra didesnis. Valentą nurodo romėniški skaitmenys skliausteliuose: (I), (II), (III), (IV) ir kt. Metalo oksidas vadinamas metalo oksidu (n)..

Taikant atsargų nomenklatūrą ankstesniems pavyzdžiams:

-PbO: švino oksidas (II).

-PbO₂: švino oksidas (IV).

-Na₂O: natrio oksidas. Kadangi jis turi unikalų +1 valentą, jis nenurodytas.

-Tikėjimas₂O₃: geležies oksidas (III).

-Mn₂O₇: mangano oksidas (VII).

Valentų skaičiaus apskaičiavimas

Bet jei neturite periodinių stalų su valentais, kaip galite juos nustatyti? Tam turime prisiminti, kad anijonas O^2- jis du kartus duoda neigiamą įkrovimą į metalinį oksidą. Vadovaujantis neutralumo principu, šie neigiami mokesčiai turi būti neutralizuojami teigiamais metalais.

Todėl, jei oksigenų skaičius žinomas pagal cheminę formulę, metalo valentą galima nustatyti algebriniu būdu, kad įkrovos suma būtų nulinė.

Mn₂O₇ turi septynis oksigenus, tada jo neigiami įkrovos yra lygūs 7x (-2) = -14. Neutralizuojant -14 neigiamą krūvį, manganas turi suteikti +14 (14-14 = 0). Tada matematinė lygtis yra:

2X - 14 = 0

2 yra kilę iš to, kad yra du mangano atomai. X sprendimas, metalo valentas:

X = 14/2 = 7

Tai reiškia, kad kiekvienas Mn turi +7 valentą.

Kaip jie formuojami?

Drėgmė ir pH tiesiogiai veikia metalų oksidaciją atitinkamuose oksiduose. CO buvimas₂, Rūgštinis oksidas gali būti pakankamai ištirpintas vandenyje, kuris padengia metalinę dalį, kad pagreitintų deguonies įterpimą į anijoninę formą prie metalo kristalinės struktūros..

Ši reakcija taip pat gali būti pagreitinta didinant temperatūrą, ypač kai norima per trumpą laiką gauti oksidą.

Tiesioginė metalo reakcija su deguonimi

Metalo oksidai susidaro kaip reakcija tarp metalo ir aplinkinių deguonies. Tai gali būti pavaizduota toliau pateiktoje cheminėje lygtyje:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Ši reakcija yra lėta, nes deguonis turi stiprų dvigubą O = O ryšį ir elektroninis perdavimas tarp jo ir metalo yra neveiksmingas.

Tačiau jis labai spartėja, didėjant temperatūrai ir paviršiaus plotui. Taip yra dėl to, kad yra tiekiama energija, reikalinga dvigubai O = O jungčiai sulaužyti, ir kadangi yra didesnis plotas, deguonis vienodai juda visame metale, tuo pačiu metu susidūręs su metalo atomais.

Kuo didesnis deguonies reagento kiekis, tuo didesnis metalo valentingumo ar oksidacijos skaičius. Kodėl? Kadangi deguonis iš metalo vis daugiau ir daugiau elektronų, kol pasiekia didžiausią oksidacijos numerį.

Pavyzdžiui, tai matyti vario atveju. Kai metalo vario gabalas reaguoja su ribotu deguonies kiekiu, susidaro Cu₂O (vario oksidas (I), vario oksidas arba dikobro monoksidas):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (šiluma) => 2Cu₂O (s) (raudona kieta medžiaga)

Bet kai jis reaguoja lygiaverčiais kiekiais, gaunamas CuO (vario oksidas (II), vario oksidas arba vario monoksidas):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (šiluma) => 2CuO (s) (kieta juoda)

Metalo druskų reakcija su deguonimi

Metalo oksidai gali būti susidarę terminiu skilimu. Kad būtų įmanoma, iš pradinio junginio (druskos arba hidroksido) turi būti išleista viena ar dvi mažos molekulės:

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Atkreipkite dėmesį, kad H₂O, CO₂, NE₂ ir O₂ yra išleistos molekulės.

Naudojimas

Dėl gausios metalų sudėties žemės plutoje ir deguonies atmosferoje metalų oksidai randami daugelyje mineraloginių šaltinių, iš kurių galima gauti tvirtą pagrindą naujų medžiagų gamybai..

Kiekvienas metalo oksidas yra labai specifinis, nuo mitybos (ZnO ir MgO) iki cemento priedų (CaO) arba tiesiog kaip neorganiniai pigmentai (Cr).₂O₃).

Kai kurie oksidai yra tokie tankūs, kad kontroliuojamas jų sluoksnių augimas gali apsaugoti lydinį arba metalą nuo tolesnio oksidacijos. Netgi tyrimai parodė, kad apsauginio sluoksnio oksidacija vyksta taip, tarsi tai būtų skystis, apimantis visus metalo plyšius ar paviršinius defektus..

Metalo oksidai gali priimti patrauklią struktūrą, pvz., Kaip nanodalelės arba kaip dideli polimeriniai agregatai.

Dėl šios priežasties jie yra pažangiųjų medžiagų sintezės tyrimų objektas dėl savo didelio paviršiaus ploto, kuris naudojamas projektuoti įrenginius, kurie atitinka mažiausiai fizinius stimulus..

Panašiai ir metaliniai oksidai yra daugelio technologinių panaudojimų žaliava - nuo veidrodžių ir keramikos su unikaliomis elektroninės įrangos savybėmis, saulės kolektoriais..

Pavyzdžiai

Geležies oksidai

2Fe (s) + O₂(g) => 2FeO (-iai) geležies oksidas (II).

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄s) magnetinis geležies oksidas.

Tikėjimas₃O₄, taip pat žinomas kaip magnetitas, tai yra mišrus oksidas; Tai reiškia, kad jis susideda iš kieto FeO ir Fe mišinio₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃s) geležies oksidas (III).

Šarminiai ir šarminiai žemės oksidai

Šarminiai ir šarminiai metalai turi vieną oksidacijos numerį, todėl jų oksidai yra „paprastesni“:

-Na₂O: natrio oksidas.

-Li₂O: ličio oksidas.

-K₂O: kalio oksidas.

-CaO: kalcio oksidas.

-MgO: magnio oksidas.

-BeO: berilio oksidas (kuris yra amfoterinis oksidas)

IIIA grupės oksidai (13)

IIIA grupės (13) elementai gali sudaryti oksidus tik su oksidacijos skaičiumi +3. Taigi jie turi cheminę formulę M₂O₃ ir jo oksidai:

-Al₂O₃: aliuminio oksidas.

-Ga₂O₃: galio oksidas.

-Į₂O₃: indio oksidas.

Ir pagaliau

-Tl₂O₃: talio oksidas.

Nuorodos

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemija (8-asis red.). „CENGAGE Learning“, 237 p.
2. AlonsoFormula. Metalo oksidai. Paimta iš: alonsoformula.com
3. Minesotos universiteto valdovai (2018). Metalo ir nonmetal oksidų rūgšties pagrindai. Paimta iš: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (2018 m. Balandžio 3 d.). Savarankiški metaliniai oksidai gali apsaugoti nuo korozijos. Paimta iš: news.mit.edu
5. Oksidų fizinės būklės ir struktūros. Paimta iš: wou.edu
6. „Quimitube“ (2012). Geležies oksidacija. Paimta iš: quimitube.com
7. Chemija LibreTexts. Oksidai Paimta iš: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Metalo oksido nanostruktūros: augimas ir taikymas. In: Husain M., Khan Z. (red.) Advances in nanomaterials. Pažangios struktūrizuotos medžiagos, t. 79, Springer, New Delhi