- Nemetalų oksidų savybės
- Paprastumas
- Amfoterizmas
- Nomenklatūra
- Tradicinė nomenklatūra
- Sisteminė nomenklatūra
- Akcijų nomenklatūra
- Valentingumo skaičiavimas
- Kaip jie formuojami?
- Tiesioginė metalo reakcija su deguonimi
- Metalo druskų reakcija su deguonimi
- Programos
- Pavyzdžiai
- Geležies oksidai
- Šarminiai ir šarminių žemių oksidai
- IIIA grupės oksidai (13)
- Nuorodos
Metalo oksidai yra neorganiniai junginiai, sudaryti iš metalų katijonų ir deguonies. Paprastai jie susideda iš daugybės joninių kietųjų dalelių, kuriose oksido anijonas (O 2– ) elektrostatiškai sąveikauja su M + rūšimis .
M + yra toks, kaip bet koks katijonas, gaunamas iš gryno metalo: nuo šarminių ir pereinamųjų metalų, išskyrus kai kuriuos tauriuosius metalus (tokius kaip auksas, platina ir paladžio), iki sunkiausių lentelės p bloko elementų. periodinis (toks kaip švinas ir bismutas).
Šaltinis: „Pixabay“.
Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodytas geležinis paviršius, padengtas rausvais plutais. Šie „šašai“ yra vadinami rūdimis arba rūdimis, kurie savo ruožtu rodo metalo oksidacijos, atsirandančios dėl jo aplinkos sąlygų, vaizdinius įrodymus. Chemiškai rūdis yra hidratuotas geležies (III) oksidų mišinys.
Kodėl metalo oksidacija lemia jo paviršiaus blogėjimą? Taip yra dėl deguonies įsiskverbimo į metalo kristalinę struktūrą.
Kai tai atsitiks, metalo tūris padidėja ir pradinė sąveika susilpnėja, todėl kieta medžiaga gali plyšti. Taip pat šie įtrūkimai leidžia daugiau deguonies molekulių prasiskverbti į vidinius metalo sluoksnius, visiškai pašalindami gabalą iš vidaus.
Tačiau šis procesas vyksta skirtingu greičiu ir priklauso nuo metalo pobūdžio (jo reaktyvumo) ir jį supančių fizinių sąlygų. Todėl yra veiksnių, kurie pagreitina arba sulėtina metalo oksidaciją; du iš jų yra drėgmė ir pH.
Kodėl? Nes metalo oksidacija, norint gauti metalo oksidą, apima elektronų perkėlimą. Tai „keliauja“ iš vienos cheminės rūšies į kitą tol, kol aplinka ją palengvina arba dėl jonų (H + , Na + , Mg 2+ , Cl - ir kt.), Kurie keičia pH, arba vandens molekulės, kurios teikia transporto priemones.
Analitiškai metalo tendencija formuoti atitinkamą oksidą atsispindi jo redukcijos potencialuose, kurie parodo, kuris metalas reaguoja greičiau, palyginti su kitu.
Pavyzdžiui, auksas turi daug didesnį redukcijos potencialą nei geležis, todėl jis blizga būdingu aukso spindesiu be oksido, kad jį paryškintų.
Nemetalų oksidų savybės
Magnio oksidas, metalo oksidas.
Metalo oksidų savybės priklauso nuo metalo ir jo sąveikos su O 2– anijonu . Tai reiškia, kad kai kurie oksidai turi didesnį tankį ar tirpumą vandenyje nei kiti. Tačiau jie visi turi tą patį metalinį pobūdį, kuris neišvengiamai atsispindi jų baziškume.
Kitaip tariant: jie taip pat žinomi kaip baziniai anhidridai arba baziniai oksidai.
Paprastumas
Metalo oksidų baziškumą galima eksperimentiškai patikrinti naudojant rūgščių-šarmų indikatorių. Kaip? Įpylus nedidelį oksido gabalėlį į vandeninį tirpalą su šiek tiek ištirpusio indikatoriaus; Tai gali būti suskystintos purpurinių kopūstų sultys.
Kai spalvų diapazonas priklauso nuo pH, oksidas pavers sultis melsva spalva, atitinkančia bazinį pH (kurių vertės yra nuo 8 iki 10). Tai yra dėl to, kad, kol ištirpusio dalis oksido išleidimo OH - jonų į terpę, o tai būtų atsakingas už pH pakeitimą duomenų eksperimento.
Taigi vandenyje ištirpintam oksidui MO jis virsta metalo hidroksidu („hidratuotu oksidu“) pagal šias chemines lygtis:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Antroji lygtis yra hidroksido M (OH) 2 tirpumo pusiausvyra . Atminkite, kad metalas turi 2+ krūvį, o tai taip pat reiškia, kad jo valentingumas yra +2. Metalo valentingumas yra tiesiogiai susijęs su jo polinkiu įgyti elektronus.
Tokiu būdu, kuo labiau teigiamas valentingumas, tuo didesnis jo rūgštingumas. Jei M valentingumas yra +7, tada oksidas M 2 O 7 bus rūgštus, o ne šarminis.
Amfoterizmas
Metalo oksidai yra baziniai, tačiau jie ne visi turi tas pačias metalines savybes. Kaip tu žinai? Metalo M nustatymas ant periodinės lentelės. Kuo toliau esate kairėje nuo jo ir kuo mažiau laiko, tuo metalo labiau jis bus, todėl tuo bazingesnis bus jūsų oksidas.
Sienoje tarp bazinių ir rūgštinių oksidų (nemetalų oksidų) yra amfoteriniai oksidai. Čia žodis „amfoterinis“ reiškia, kad oksidas veikia ir kaip bazė, ir kaip rūgštis, kuri yra tokia pati kaip vandeniniame tirpale ir gali sudaryti hidroksidą arba vandeninį kompleksą M (OH 2 ) 6 2+ .
Vandeninis kompleksas yra ne kas kita, kaip n vandens molekulių suderinimas su metalo centru M. M (OH 2 ) 6 2+ kompleksui metalą M 2+ supa šešios vandens molekulės ir jis gali būti laikomas hidratuotas katijonas. Daugelyje šių kompleksų yra ryškių spalvų, tokių kaip varis ir kobaltas.
Nomenklatūra
Kaip įvardijami metalų oksidai? Yra trys būdai tai padaryti: tradicinis, sistemingas ir atsargų.
Tradicinė nomenklatūra
Norint teisingai pavadinti metalo oksidą pagal IUPAC reglamentuojamas taisykles, būtina žinoti galimas metalo M. valencijas. Didžiausias (pats teigiamas) metalo pavadinimui priskiriamas priesaga -ico, o mažareikšmis, priešdėlis - kas.
Pavyzdys: atsižvelgiant į +2 ir +4 valentingumai metalo M, atitinkamų jos oksidai RO ir MO 2 . Jei M atima švino, Pb, tada padengs oksido PbO Plumb ir PbO 2 oksido PLUMB ico . Jei metalas turi tik vieną valentingumą, jo oksidas pavadinamas priesaga –ico. Taigi Na 2 O yra natrio oksidas.
Kita vertus, priešdėliai hipo- ir per- pridedami, kai metalui yra trys ar keturios valentės. Tokiu būdu, Mn 2 O 7 yra oksidas už manganas ICO , nes Mn turi +7 valentingumas, labiausiai iš visų.
Tačiau šio tipo nomenklatūra kelia tam tikrų sunkumų ir paprastai yra mažiausiai naudojama.
Sisteminė nomenklatūra
Jame atsižvelgiama į M ir deguonies atomų, kurie sudaro oksido cheminę formulę, skaičių. Iš jų paskiriami atitinkami priešdėliai mono-, di-, tri-, tetra- ir kt.
Kaip pavyzdį galima paminėti tris naujausius metalų oksidus, PbO yra švino monoksidas; PbO 2 švino dioksidas; ir Na 2 O yra dinatrio monoksido. Rūdžių, Fe 2 O 3 , atitinkamas pavadinimas yra di geležies trioksidas.
Akcijų nomenklatūra
Skirtingai nuo kitų dviejų nomenklatūrų, šioje vienoje metalo valentingumas yra svarbesnis. Valentingumas skliausteliuose nurodomas romėniškais skaitmenimis: (I), (II), (III), (IV) ir kt. Tada metalo oksidas yra vadinamas metalo (n) oksidu.
Taikydami akcijų nomenklatūrą ankstesniems pavyzdžiams, turime:
-PbO: švino (II) oksidas.
-PbO 2 : švino (IV) oksidas.
-Na 2 O: natrio oksidas. Kadangi jo unikalus valentingumas yra +1, jis nenurodytas.
-Fe 2 O 3 : geležies (III) oksidas.
-Mn 2 O 7 : mangano (VII) oksidas.
Valentingumo skaičiavimas
Bet jei neturite periodinės lentelės su valentėmis, kaip jas nustatyti? Tam reikia atsiminti, kad anijonas O 2 - du neigiamus metalo oksido krūvius. Laikantis neutralumo principo, šie neigiami krūviai turi būti neutralizuoti teigiamaisiais metalais.
Todėl, jei deguonies skaičius yra žinomas pagal cheminę formulę, metalo valentingumą galima nustatyti algebriškai, kad krūvių suma būtų lygi nuliui.
Mn 2 O 7 turi septynis deguonis, taigi jo neigiami krūviai yra lygūs 7x (-2) = -14. Norint neutralizuoti neigiamą -14 krūvį, manganas turi sudaryti +14 (14–14 = 0). Pateikdami tokią matematinę lygtį:
2X - 14 = 0
2 atsiranda dėl to, kad yra du mangano atomai. Sprendimas ir sprendimas dėl X, metalo valentingumas:
X = 14/2 = 7
Kitaip tariant, kiekvieno Mn valentingumas yra +7.
Kaip jie formuojami?
Drėgmė ir pH tiesiogiai veikia metalų oksidaciją į juos atitinkančius oksidus. CO 2 , rūgštinis oksidas, gali pakankamai ištirpti vandenyje, dengiančiame metalinę dalį, kad paspartėtų anijonų deguonies įsiskverbimas į metalo kristalinę struktūrą.
Ši reakcija taip pat gali paspartėti padidėjus temperatūrai, ypač kai norima per trumpą laiką gauti oksidą.
Tiesioginė metalo reakcija su deguonimi
Metalo oksidai susidaro kaip reakcijos tarp metalo ir aplinkinio deguonies produktas. Tai galima pavaizduoti toliau pateikta chemine lygtimi:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Ši reakcija vyksta lėtai, nes deguonis turi stiprią O = O dvigubą jungtį, o elektroninis perdavimas tarp jos ir metalo yra neveiksmingas.
Tačiau padidėja temperatūra ir paviršiaus plotas žymiai pagreitėja. Taip yra dėl to, kad yra reikalinga energija O = O dvigubai jungčiai suskaidyti, o kadangi yra didesnis plotas, deguonis juda tolygiai visame metalo paviršiuje, tuo pačiu susidurdamas su metalo atomais.
Kuo didesnis reaguojančio deguonies kiekis, tuo didesnis metalo valentinis arba oksidacijos skaičius. Kodėl? Kadangi deguonis iš metalo paima vis daugiau elektronų, kol jis pasiekia didžiausią oksidacijos skaičių.
Tai galima pastebėti, pavyzdžiui, variui. Kai metalinio vario gabalas reaguoja su ribotu deguonies kiekiu, susidaro Cu 2 O (vario (I) oksidas, vario oksidas arba dikobro monoksidas):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (šiluma) => 2Cu 2 O (s) (raudona kieta medžiaga)
Kai jis reaguoja lygiaverčiais kiekiais, gaunamas CuO (vario (II) oksidas, vario oksidas arba vario monoksidas):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (šiluma) => 2CuO (s) (juoda kieta medžiaga)
Metalo druskų reakcija su deguonimi
Metalo oksidai gali susidaryti terminio skilimo metu. Kad tai būtų įmanoma, iš pradinio junginio (druskos arba hidroksido) turi būti paleista viena arba dvi mažos molekulės:
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Atkreipkite dėmesį, kad H 2 O, CO 2 , NO 2 ir O 2 yra išlaisvintos molekulės.
Programos
Dėl turtingos metalų sudėties žemės plutoje ir atmosferoje esančio deguonies, metalų oksidai randami daugelyje mineraloginių šaltinių, iš kurių galima gauti tvirtą pagrindą naujų medžiagų gamybai.
Kiekvienas metalo oksidas yra labai specifinis: nuo maistinių (ZnO ir MgO) iki cemento priedų (CaO) arba tiesiog kaip neorganinių pigmentų (Cr 2 O 3 ).
Kai kurie oksidai yra tokie tankūs, kad kontroliuojamas sluoksnio augimas gali apsaugoti lydinį ar metalą nuo tolesnio oksidacijos. Tyrimai netgi atskleidė, kad apsauginio sluoksnio oksidacija tęsiasi tarsi skystis, uždengiantis visus metalo įtrūkimus ar paviršinius defektus.
Metalo oksidai gali įgauti patrauklių struktūrų kaip nanodalelės arba kaip dideli polimerų užpildai.
Šis faktas verčia juos būti intelektualių medžiagų sintezės tyrimų objektu dėl jų didelio paviršiaus ploto, kuris naudojamas projektuojant prietaisus, reaguojančius į mažiausiai fizinius dirgiklius.
Be to, metalo oksidai yra daugelio technologinių priemonių žaliava, pradedant veidrodžiais ir keramika, pasižyminčia išskirtinėmis elektroninės įrangos savybėmis, baigiant saulės baterijomis.
Pavyzdžiai
Geležies oksidai
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) geležies (II) oksidas.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) magnetinis geležies oksidas.
Fe 3 O 4 , dar žinomas kaip magnetitas, yra mišrus oksidas; Tai reiškia, kad jį sudaro kietas FeO ir Fe 2 O 3 mišinys .
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) geležies (III) oksidas.
Šarminiai ir šarminių žemių oksidai
Tiek šarminiai, tiek šarminiai žemės metalai turi tik vieną oksidacijos skaičių, todėl jų oksidai yra „paprastesni“:
-Na 2 O: natrio oksidas.
-Li 2 O: ličio oksidas.
-K 2 O: kalio oksidas.
-CaO: kalcio oksidas.
-MgO: magnio oksidas.
-BeO: berilio oksidas (kuris yra amfoterinis oksidas)
IIIA grupės oksidai (13)
IIIA grupės elementai (13) gali sudaryti oksidus tik su oksidacijos skaičiumi +3. Taigi, jų cheminė formulė yra M 2 O 3, o jų oksidai yra šie:
-Al 2 O 3 : aliuminio oksidas.
-Ga 2 O 3 : galio oksidas.
-In 2 O 3 : indio oksidas.
Ir, galiausiai
-Tl 2 O 3 : talio oksidas.
Nuorodos
- Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis, p. 237.
- „AlonsoFormula“. Metalo oksidai. Paimta iš: alonsoformula.com
- Minesotos universiteto regentai. (2018). Metalo ir nemetalinių oksidų rūgšties ir šarmo charakteristikos. Paimta iš: chem.umn.edu
- Davidas L. Chandleris. (2018 m. Balandžio 3 d.). Savaime gydantys metalų oksidai gali apsaugoti nuo korozijos. Paimta iš: news.mit.edu
- Oksidų fizinės būklės ir struktūros. Paimta iš: wou.edu
- „Quimitube“. (2012). Geležies oksidacija. Paimta iš: quimitube.com
- Chemija „LibreTexts“. Oksidai. Paimta iš: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Metalo oksido nanostruktūros: augimas ir pritaikymas. In: Husain M., Khan Z. (red. Past.) Pažanga nanomedžiagose. Pažangios struktūrizuotos medžiagos, vol. 79. „Springer“, Naujasis Delis