Karakteristike metalnih oksida, nomenklatura, uporaba i primjeri

oksidi metala to su anorganski spojevi koje tvore metalni kationi i kisik. Oni općenito sadrže veliki broj ionskih krutina, u kojima je oksidni anion (O^2-) u interakciji s M vrstama⁺.

M⁺ to je bilo koji kation koji potječe od čistog metala: od alkalnih i prijelaznih metala, s izuzetkom nekih plemenitih metala (kao što su zlato, platina i paladij), do težih elemenata bloka p periodnog sustava ( poput olova i bizmuta).

Gornja slika prikazuje željeznu površinu prekrivenu crvenkastim kora. Ove "kore" su ono što je poznato kao hrđa ili hrđa, što zauzvrat predstavlja vizualni test oksidacije metala zbog uvjeta okoline. Kemijski, hrđa je hidratizirana mješavina željeznih oksida (III).

Zašto oksidacija metala rezultira degradacijom njegove površine? To je zbog ugradnje kisika u kristalnu strukturu metala.

Kada se to dogodi, volumen metala se povećava i izvorne interakcije slabe, uzrokujući lom krutine. Također, te pukotine dopuštaju da više molekula kisika prodre u unutarnje metalne slojeve, uništavajući cijeli komad iznutra..

Međutim, taj se proces odvija različitim brzinama i ovisi o prirodi metala (njegova reaktivnost) i fizičkim uvjetima koji ga okružuju. Stoga postoje faktori koji ubrzavaju ili usporavaju oksidaciju metala; dva od njih su prisutnost vlage i pH.

Zašto? Budući da oksidacija metala za proizvodnju metalnog oksida podrazumijeva prijenos elektrona. To "putuje" iz jedne kemijske vrste u drugu sve dok je medij olakšava, bilo prisutnošću iona (H⁺, na⁺, mg²⁺, cl^-, itd.), koji modificiraju pH, ili molekulama vode koje osiguravaju prijevozno sredstvo.

Analitički gledano, tendencija metala da formira odgovarajući oksid odražava se u njegovim redukcijskim potencijalima, koji otkrivaju koji metal reagira brže u odnosu na drugi.

Zlato, na primjer, ima mnogo veći potencijal smanjenja od željeza, zbog čega sjaji svojim karakterističnim zlatnim sjajem bez oksida koji ga zamućuje..

indeks

• 1 Svojstva nemetalnih oksida
  • 1.1 Osnovnost
  • 1.2 Amfoterizam
• 2 Nomenklatura
  • 2.1. Tradicionalna nomenklatura
  • 2.2. Sustavna nomenklatura
  • 2.3. Nomenklatura zaliha
  • 2.4 Izračunavanje broja valencije
• 3 Kako se oni formiraju?
  • 3.1 Izravna reakcija metala s kisikom
  • 3.2 Reakcija metalnih soli s kisikom
• 4 Upotreba
• 5 Primjeri
  • 5.1 Željezni oksidi
  • 5.2 Alkalni i zemnoalkalijski oksidi
  • 5.3 Oksidi skupine IIIA (13)
• 6 Reference

Svojstva nemetalnih oksida

Svojstva metalnih oksida variraju ovisno o metalu i načinu na koji on djeluje s anionom O^2-. To znači da neki oksidi imaju više gustoće ili topljivosti u vodi od drugih. Međutim, svi imaju zajednički metalni karakter, koji se neizbježno odražava u njegovoj osnovnosti.

Drugim riječima: poznati su i kao bazični anhidridi ili bazični oksidi.

lužnatost

Osnovnost metalnih oksida može se eksperimentalno provjeriti uporabom indikatora kiselinske baze. Kako? Dodavanje malog dijela oksida u vodenu otopinu s nekim otopljenim indikatorom; ovo može biti tekući sok od ljubičastog kupusa.

S obzirom na raspon boja ovisno o pH, oksid će pretvoriti sok u plavkaste boje, što odgovara osnovnom pH (s vrijednostima između 8 i 10). To je zato što otopljeni dio oksida oslobađa OH ione^- u okoliš, budući da su oni u eksperimentu odgovornom za promjenu pH.

Prema tome, za MO oksid koji je otopljen u vodi, on se transformira u metalni hidroksid ("hidrirani oksid") prema sljedećim kemijskim jednadžbama:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Druga jednadžba je bilanca topljivosti hidroksida M (OH)₂. Imajte na umu da metal ima 2+ naboj, što također znači da je njegova valencija +2. Valencija metala izravno je povezana s njegovom sklonošću dobivanju elektrona.

Na taj način, što je valenca pozitivnija, to je veća njezina kiselost. U slučaju da je M imao valenciju od +7, tada je M oksid₂O₇ bilo bi kiselo, a ne osnovno.

amfoternost

Metalni oksidi su osnovni, međutim, nisu svi isti metalni karakter. Kako znati? Lociranje metala M u periodnom sustavu. Što je više lijevo od njega, iu nižim razdobljima, to će biti više metala i stoga će osnovni njegov oksid biti.

Na granici između bazičnih i kiselih oksida (nemetalnih oksida) su amfoterni oksidi. Ovdje riječ "amfoterna" znači da oksid djeluje i kao baza i kao kiselina, koja je ista kao u vodenoj otopini koja može tvoriti hidroksid ili vodeni kompleks M (OH).₂)₆²⁺.

Vodeni kompleks nije ništa drugo nego koordinacija n molekule vode s metalnim središtem M. Za M kompleks (OH₂)₆²⁺, metal M²⁺ Okružena je s šest molekula vode i može se smatrati hidratiziranim kationom. Mnogi od tih kompleksa manifestiraju intenzivne boje, kao što su one opažene za bakar i kobalt.

nomenklatura

Kako se nazivaju metalni oksidi? Postoje tri načina: tradicionalna, sustavna i zaliha.

Tradicionalna nomenklatura

Da bi se ispravno nazvao metalni oksid prema pravilima kojima upravlja IUPAC, potrebno je znati moguće valencije metala M. Najveći (najpozitivniji) je dodijeljen metalnom imenu sufiks -ico, dok minor, prefiks -oso.

Primjer: s obzirom na valencije +2 i +4 metala M, njegovi odgovarajući oksidi su MO i MO₂. Ako je M bio vodstvo, Pb, tada bi PbO bio oksidni visakpodnijeti, i PbO₂ oksidna šljivaico. Ako metal ima samo jednu valenciju, naziva se njegov oksid sa sufiksom -ico. Dakle, Na₂Ili je to natrijev oksid.

S druge strane, hipo i per-prefiksi se dodaju kada postoje tri ili četiri valencije za metal. Na taj način, Mn₂O₇ to je oksid poManganico, jer Mn ima valenciju +7, najvišu od svih.

Međutim, ova vrsta nomenklature predstavlja određene poteškoće i obično je najmanje korištena.

Sustavna nomenklatura

On razmatra broj M atoma i kisika koji čine kemijsku formulu oksida. Od njih se dodjeljuju odgovarajući prefiksi mono-, di-, tri-, tetra-, itd..

Uzimajući tri nova metalna oksida kao primjer, PbO je olovni monoksid; PbO₂ olovo dioksid; i Na₂Ili dinatrijev monoksid. Za slučaj hrđe, Fe₂O₃, njegov naziv je trioksid dihierro.

Nomenklatura zaliha

Za razliku od ostalih dviju nomenklatura, u ovom slučaju valencija metala ima veću važnost. Valenca je specificirana rimskim brojevima u zagradama: (I), (II), (III), (IV), itd. Metalni oksid se zatim naziva kao oksid metala (n).

Primjenjujući nomenklaturu dionica za prethodne primjere imamo:

-PbO: olovni oksid (II).

-PbO₂: olovni oksid (IV).

-na₂O: natrijev oksid. Budući da ima jedinstvenu valenciju od +1, ona nije specificirana.

-vjera₂O₃: željezni oksid (III).

-Mn₂O₇: manganov oksid (VII).

Izračunavanje broja valencije

Ali, ako nemate periodni sustav s valencijama, kako ih možete odrediti? Za to moramo zapamtiti da je anion O^2- doprinosi dva negativna naboja metalnom oksidu. Slijedeći načelo neutralnosti, ti negativni naboj mora biti neutraliziran s pozitivnim metalima.

Prema tome, ako je broj kisika poznat po kemijskoj formuli, valencija metala može se odrediti algebarski tako da zbroj nabojnih vrijednosti daje nulu.

Mn₂O₇ ima sedam kisika, tada su njegovi negativni naboji jednaki 7x (-2) = -14. Za neutralizaciju negativnog naboja od -14, mangan mora osigurati +14 (14-14 = 0). Stavljanje matematičke jednadžbe je tada:

2X - 14 = 0

2 dolazi od činjenice da postoje dva atoma mangana. Rješavanje i čišćenje X, valencija metala:

X = 14/2 = 7

To znači da svaki Mn ima valenciju od +7.

Kako se oni formiraju?

Vlaga i pH izravno utječu na oksidaciju metala u njihovim odgovarajućim oksidima. Prisutnost CO₂, Kiseli oksid, može se otopiti dovoljno u vodi koja pokriva metalni dio kako bi se ubrzala inkorporacija kisika u anionskom obliku u kristalnu strukturu metala..

Ova reakcija se također može ubrzati s povećanjem temperature, posebno kada se želi dobiti oksid u kratkom vremenu.

Izravna reakcija metala s kisikom

Metalni oksidi nastaju kao produkt reakcije između metala i okolnog kisika. To se može prikazati s niže navedenom kemijskom jednadžbom:

2M (s) + 0₂(g) => 2MO

Ova reakcija je spora, jer kisik ima jaku dvostruku O = O vezu i elektronički prijenos između njega i metala je neučinkovit.

Međutim, značajno se ubrzava s povećanjem temperature i površine. To je zbog činjenice da je osigurana energija potrebna za razbijanje O = O dvostruke veze, i budući da postoji veća površina, kisik se kreće ravnomjerno kroz metal, sudarajući u isto vrijeme s atomima metala..

Što je veća količina reaktanta kisika, to je veći valentni ili oksidacijski broj za metal. Zašto? Jer kisik otima sve više i više elektrona iz metala, sve dok ne dosegne najviši oksidacijski broj.

To se može vidjeti za bakar, na primjer. Kada komad metalnog bakra reagira s ograničenom količinom kisika nastaje Cu₂O (bakrov oksid (I), bakrov oksid ili dikobre monoksid):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (toplina) => 2Cu₂O (s) (crvena boja)

Ali kad reagira u ekvivalentnim količinama, dobiva se CuO (bakrov oksid (II), bakrov oksid ili bakar monoksid):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (toplina) => 2CuO (s) (potpuno crno)

Reakcija metalnih soli s kisikom

Metalni oksidi se mogu formirati toplinskom razgradnjom. Da bi bilo moguće, jedna ili dvije male molekule moraju biti oslobođene iz početnog spoja (soli ili hidroksida):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MKO₃ + Q => MO + CO₂

2M (br₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Imajte na umu da H₂O, CO₂, NE₂ i O₂ su oslobođene molekule.

aplikacije

Zbog bogatog sastava metala u zemljinoj kori i kisika u atmosferi, metalni oksidi se nalaze u mnogim mineraloškim izvorima, od kojih se može dobiti čvrsta baza za proizvodnju novih materijala.

Svaki metalni oksid nalazi vrlo specifičnu uporabu, od prehrambenih (ZnO i MgO) do aditiva cementa (CaO), ili jednostavno kao anorganski pigmenti (Cr).₂O₃).

Neki oksidi su toliko gusti da kontrolirani rast njihovih slojeva može zaštititi leguru ili metal od daljnje oksidacije. Čak su i istraživanja pokazala da se oksidacija zaštitnog sloja odvija kao da je tekućina koja pokriva sve pukotine ili površinske nedostatke metala..

Metalni oksidi mogu prihvatiti fascinantne strukture, bilo kao nanočestice ili kao velike polimerne agregate.

To ih čini predmetom istraživanja za sintezu inteligentnih materijala, zbog svoje velike površine, koja se koristi za projektiranje uređaja koji reagiraju na najmanje fizičke podražaje..

Isto tako, metalni oksidi su sirovina mnogih tehnoloških primjena, od zrcala i keramike s jedinstvenim svojstvima za elektroničku opremu, do solarnih panela..

Primjeri

Željezni oksidi

2Fe (s) + O₂(g) => 2FeO (s) željezni oksid (II).

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄(s) Magnetski željezni oksid.

Vjera₃O₄, također poznat kao magnetit, to je miješani oksid; To znači da se sastoji od čvrste smjese FeO i Fe₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃(s) željezni oksid (III).

Alkalni i zemnoalkalijski oksidi

I alkalni i zemnoalkalni metali imaju jedan oksidacijski broj, pa su njihovi oksidi "jednostavniji":

-na₂O: natrijev oksid.

-li₂O: litijev oksid.

-K₂O: kalijev oksid.

-CaO: kalcijev oksid.

-MgO: magnezijev oksid.

-BeO: berilijev oksid (koji je amfoterni oksid)

Oksidi skupine IIIA (13)

Elementi skupine IIIA (13) mogu tvoriti okside samo s oksidacijskim brojem +3. Dakle, oni imaju kemijsku formulu M₂O₃ i njegovi oksidi su sljedeći:

-do₂O₃aluminijev oksid.

-gA₂O₃: galijev oksid.

-u₂O₃Indij oksid.

I na kraju

-TL₂O₃Talijev oksid.

reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Learning, str.
2. AlonsoFormula. Metalni oksidi. Preuzeto s: alonsoformula.com
3. Regenti Sveučilišta u Minnesoti (2018.). Kislinsko-bazne značajke metala i nemetalnih oksida. Preuzeto iz: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3. travnja 2018.). Samozapaljivi metalni oksidi mogu štititi od korozije. Preuzeto s: news.mit.edu
5. Fizikalna stanja i strukture oksida. Preuzeto iz: wou.edu
6. Quimitube. (2012). Oksidacija željeza. Preuzeto s: quimitube.com
7. Kemija LibreTexts. Oksidi. Preuzeto s: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Nanostrukture metalnog oksida: rast i primjene. U: Husain M., Khan Z. (eds) Napredak u nanomaterijalima. Napredni strukturirani materijali, sv. 79. Springer, New Delhi