Карактеристике металних оксида, номенклатура, употреба и примери

Тхе метал оксиди то су неорганска једињења формирана од металних катиона и кисеоника. Они генерално садрже велики број јонских чврстих материја, у којима је оксидни анион (О^2-) електростатички у интеракцији са М врстама⁺.

М⁺ то је било који катион који потиче од чистог метала: од алкалних и прелазних метала, са изузетком неких племенитих метала (као што су злато, платина и паладијум), до тежих елемената блока п периодног система ( попут олова и бизмута).

Горња слика приказује површину гвожђа прекривену црвенкастим кора. Ове "коре" су оно што је познато као рђа или хрђа, што заузврат представља визуелни тест оксидације метала услед услова околине. Хемијски, рђа је хидратизована смеша оксида гвожђа (ИИИ).

Зашто оксидација метала доводи до деградације њене површине? То је због инкорпорације кисеоника у кристалну структуру метала.

Када се то догоди, волумен метала се повећава и изворне интеракције слабе, што узрокује пуцање чврстог материјала. Такође, ове пукотине дозвољавају да више молекула кисеоника продре у унутрашње металне слојеве, уништавајући цео комад изнутра..

Међутим, овај процес се одвија различитим брзинама и зависи од природе метала (његове реактивности) и физичких услова који га окружују. Дакле, постоје фактори који убрзавају или успоравају оксидацију метала; два од њих су присуство влаге и пХ.

Зашто? Зато што оксидација метала за производњу металног оксида подразумева пренос електрона. Ово "путује" из једне хемијске врсте у другу све док је медијум олакшава, било присуством јона (Х⁺, На⁺, Мг²⁺, Цл^-, итд.), које модификују пХ, или молекулама воде које обезбеђују превозно средство.

Аналитички гледано, тенденција метала да формира одговарајући оксид огледа се у његовим редукционим потенцијалима, који откривају који метал реагује брже у односу на други.

Злато, на пример, има много већи потенцијал редукције од гвожђа, због чега сјаји својим карактеристичним златним сјајем без оксида који га замућује..

Индек

• 1 Својства неметалних оксида
  • 1.1 Основност
  • 1.2 Ампхотерицисм
• 2 Номенклатура
  • 2.1 Традиционална номенклатура
  • 2.2 Систематска номенклатура
  • 2.3 Номенклатура залиха
  • 2.4 Израчунавање броја валенција
• 3 Како се они формирају?
  • 3.1 Директна реакција метала са кисеоником
  • 3.2 Реакција металних соли са кисеоником
• 4 Усес
• 5 Примери
  • 5.1 Жељезни оксиди
  • 5.2 Алкални и земноалкални оксиди
  • 5.3 Оксиди групе ИИИА (13)
• 6 Референце

Својства неметалних оксида

Карактеристике металних оксида варирају у зависности од метала и начина на који он реагује са анионом О^2-. То подразумева да неки оксиди имају више густине или растворљивости у води од других. Међутим, сви имају заједнички метални карактер, који се неизбјежно одражава у његовој основности.

Другим речима: познати су и као базични анхидриди или базични оксиди.

Басицити

Основност металних оксида може се експериментално проверити употребом киселинско-базног индикатора. Како? Додавање малог дела оксида у водени раствор са неким раствореним индикатором; ово може бити течни сок пурпурног купуса.

Имајући у распону боје у зависности од пХ, оксид ће претворити сок у плавичасту боју, што одговара основном пХ (са вредностима између 8 и 10). То је зато што растворени део оксида ослобађа ОХ јоне^- за животну средину, а они су у експерименту одговорном за промену пХ.

Према томе, за МО оксид који је растворен у води, он се трансформише у метални хидроксид ("хидрирани оксид") према следећим хемијским једначинама:

МО + Х₂О => М (ОХ)₂

М (ОХ)₂ <=> М²⁺ + 2ОХ^-

Друга једначина је баланс растворљивости хидроксида М (ОХ)₂. Имајте на уму да метал има наелектрисање 2+, што такође значи да је његова валенција +2. Валенца метала је директно повезана са његовом тенденцијом да добије електроне.

На тај начин, што је валенца позитивнија, то је већа његова киселост. У случају да је М имао валенцију од +7, онда је М оксид₂О₇ било би кисело, а не основно.

Анфотерисмо

Метални оксиди су основни, међутим, нису сви исти метални карактер. Како знати? Лоцирање метала М у периодном систему. Што је више лево од њега, иу нижим периодима, то ће бити више метала и због тога ће основни његов оксид бити.

На граници између основних и киселих оксида (неметалних оксида) су амфотерни оксиди. Овде реч 'амфотерни' значи да оксид делује и као база и као киселина, која је иста као у воденом раствору која може да формира хидроксид или водени комплекс М (ОХ).₂)₆²⁺.

Водени комплекс није ништа друго него координација н молекули воде са металним центром М. За М комплекс (ОХ₂)₆²⁺, метал М²⁺ Окружена је са шест молекула воде и може се сматрати хидратизованим катјоном. Многи од ових комплекса испољавају интензивне боје, као што су оне које су примећене за бакар и кобалт.

Номенклатура

Како се називају оксиди метала? Постоје три начина да се то уради: традиционални, систематски и залихе.

Традитионал номенцлатуре

Да би се исправно назвао оксид метала у складу са правилима којима управља ИУПАЦ, потребно је знати које су валенције метала М. Највећи (најпозитивнији) је додељен имену метала суфикс -ицо, док минор, префикс -осо.

Примјер: с обзиром на валенције +2 и +4 метала М, његови одговарајући оксиди су МО и МО₂. Ако је М био водство, Пб, онда би ПбО био оксидни висакмедвјед, и ПбО₂ оксидну шљивуицо. Ако метал има само једну валенцију, назван је његов оксид са суфиксом -ицо. Дакле, На₂Или је то натријум оксид.

С друге стране, хипо и пер-префикси се додају када постоје три или четири валенције за метал. На овај начин, Мн₂О₇ то је оксид перманганицо, јер Мн има валенцију +7, највишу од свих.

Међутим, ова врста номенклатуре представља одређене потешкоће и обично је најмање кориштена.

Систематска номенклатура

Разматра број М атома и кисеоника који чине хемијску формулу оксида. Од њих се додељују одговарајући префикси моно-, ди-, три-, тетра-, итд..

Узимајући три нова метал оксида као пример, ПбО је оловни моноксид; ПбО₂ олово диоксид; и На₂Или динатријум моноксид. За случај рђе, Фе₂О₃, његово име је триоксид дихиерро.

Номенклатура залиха

За разлику од друге двије номенклатуре, у овом случају валенција метала има већу важност. Валенца је специфицирана римским бројевима у заградама: (И), (ИИ), (ИИИ), (ИВ), итд. Метални оксид се затим назива оксид метала (н).

Примјењујући номенклатуру дионица за претходне примјере имамо:

-ПбО: оловни оксид (ИИ).

-ПбО₂: олово оксид (ИВ).

-На₂О: натријум оксид. Пошто има јединствену валенцију од +1, она није специфицирана.

-Фаитх₂О₃: гвожђе оксид (ИИИ).

-Мн₂О₇: манганов оксид (ВИИ) \ т.

Израчунавање броја валенција

Али, ако немате периодни систем са валенцијама, како их можете одредити? За ово морамо запамтити да је анион О^2- доприноси два негативна набоја металном оксиду. Пратећи принцип неутралности, ови негативни набоји морају бити неутрализовани позитивним металима.

Стога, ако је број кисеоника познат по хемијској формули, валенца метала се може одредити алгебарски тако да сума набоја даје нулу.

Мн₂О₇ има седам кисеоника, онда су његови негативни набоји једнаки 7к (-2) = -14. Да би се неутралисао негативан набој од -14, манган мора обезбедити +14 (14-14 = 0). Стављање математичке једнаџбе је тада:

2Кс - 14 = 0

2 долази из чињенице да постоје два атома мангана. Решавање и чишћење Кс, валенца метала:

Кс = 14/2 = 7

То значи да сваки Мн има валенцију од +7.

Како се они формирају?

Влажност и пХ директно утичу на оксидацију метала у њиховим одговарајућим оксидима. Присуство ЦО₂, Кисели оксид, може бити довољно растворен у води која покрива метални део да убрза инкорпорацију кисеоника у анионском облику у кристалну структуру метала.

Ова реакција се такође може убрзати са повећањем температуре, нарочито када се жели добити оксид у кратком времену.

Директна реакција метала са кисеоником

Метални оксиди настају као продукт реакције између метала и околног кисеоника. Ово се може представити са следећом хемијском једначином:

2М (с) + О₂(г) => 2МО (с)

Ова реакција је спора, јер кисеоник има јаку двоструку О = О везу и електронски пренос између ње и метала је неефикасан.

Међутим, значајно се убрзава повећањем температуре и површине. То је због чињенице да је обезбеђена енергија потребна за разбијање О = О двоструке везе, и пошто постоји већа површина, кисеоник се креће равномерно кроз метал, сударајући истовремено са атомима метала..

Што је већа количина реактанта кисеоника, већи је валентни или оксидациони број за метал. Зашто? Зато што кисеоник отима све више и више електрона из метала, док не достигне највиши оксидациони број.

То се може видети за бакар, на пример. Када комад металног бакра реагује са ограниченом количином кисеоника, формира се Цу₂О (бакар оксид (И), бакров оксид или дикобре моноксид):

4Цу (с) + О₂(г) + К (топлота) => 2Цу₂О (с) (црвена боја)

Али када реагује у еквивалентним количинама, добија се ЦуО (бакар оксид (ИИ), бакров оксид или бакар моноксид):

2Цу (с) + О₂(г) + К (топлота) => 2ЦуО (с) (солид блацк)

Реакција металних соли са кисеоником

Метални оксиди се могу формирати термичком разградњом. Да би било могуће, један или два мала молекула морају бити ослобођени из почетног једињења (соли или хидроксида):

М (ОХ)₂ + К => МО + Х₂О

МЦО₃ + К => МО + ЦО₂

2М (бр₃)₂ + К => МО + 4НО₂ + О₂

Приметите да је Х₂О, ЦО₂, НО₂ и О₂ су ослобођени молекули.

Усес

Због богатог састава метала у земљиној кори и кисеоника у атмосфери, метални оксиди се налазе у многим минералошким изворима, од којих се може добити чврста база за производњу нових материјала.

Сваки оксид метала налази веома специфичну употребу, од нутритивних (ЗнО и МгО) до адитива за цемент (ЦаО), или једноставно као неоргански пигменти (Цр).₂О₃).

Неки оксиди су толико густи да контролисани раст њихових слојева може заштитити легуру или метал од даљње оксидације. Чак су и истраживања показала да се оксидација заштитног слоја одвија као да је течност која покрива све пукотине или површинске дефекте метала..

Метални оксиди могу прихватити фасцинантне структуре, било као наночестице или као велике полимерне агрегате.

Ова чињеница их чини предметом истраживања за синтезу интелигентних материјала, због своје велике површине, која се користи за пројектовање уређаја који реагују на најмање физичке подражаје..

Исто тако, метални оксиди су сировина многих технолошких примена, од огледала и керамике са јединственим својствима за електронску опрему, до соларних панела..

Примери

Ирон окидес

2Фе (с) + О₂(г) => 2ФеО (с) железов оксид (ИИ).

6ФеО (с) + О₂(г) => 2Фе₃О₄с) Магнетни оксид гвожђа.

Тхе Фаитх₃О₄, такође познат као магнетит, то је мешавина оксида; То значи да се састоји од чврсте мешавине ФеО и Фе₂О₃.

4Фе₃О₄(с) + О₂(г) => 6Фе₂О₃(с) оксид гвожђа (ИИИ).

Алкални и земноалкални оксиди

И алкални и земноалкални метали имају један оксидациони број, тако да су њихови оксиди "једноставнији":

-На₂О: натријум оксид.

-Ли₂О: литијум оксид.

-К₂О: калијум оксид.

-ЦаО: калцијум оксид.

-МгО: магнезијум оксид.

-БеО: берилијум оксид (који је амфотерни оксид)

Оксиди групе ИИИА (13)

Елементи групе ИИИА (13) могу да формирају оксиде само са оксидационим бројем +3. Дакле, они имају хемијску формулу М₂О₃ и његови оксиди су следећи:

-Ал₂О₃: алуминијум оксид.

-Га₂О₃: галијум оксид.

-Ин₂О₃: индијум оксид.

И на крају

-Тл₂О₃: талијум оксид.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк & Станлеи. Цхемистри (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр.
2. АлонсоФормула. Метал Окидес. Такен фром: алонсоформула.цом
3. Регентс оф тхе Университи оф Миннесота (2018). Киселинско-базне карактеристике метала и неметалних оксида. Преузето из: цхем.умн.еду
4. Давид Л. Цхандлер. (3. април 2018). Самоздрављиви оксиди метала могу да штите од корозије. Преузето из: невс.мит.еду
5. Физичка стања и структуре оксида. Преузето из: воу.еду
6. Куимитубе (2012). Оксидација гвожђа. Преузето са: куимитубе.цом
7. Цхемистри ЛибреТектс. Оксиди Преузето са: цхем.либретектс.орг
8. Кумар М. (2016) Наноструктуре металног оксида: раст и примене. У: Хусаин М., Кхан З. (едс) Адванцес ин Наноматериалс. Адванцед Струцтуред Материалс, вол. 79. Спрингер, Нев Делхи