Egenskaper for metalloksider, nomenklatur, bruk og eksempler

den metalloksyder de er uorganiske forbindelser dannet av metalliske kationer og oksygen. De omfatter generelt et stort antall ioniske faste stoffer, hvori oksydanionen (O^2-) interagerer elektrostatisk med M-arter⁺.

M⁺ Således ethvert kation som er avledet fra rent metall: fra alkalimetaller og overgangsmetaller, unntatt noen edelmetaller (slik som gull, platina og palladium), til den tyngste p-blokkere i det periodiske system ( som bly og vismut).

Øvre bilde viser en jern overflate dekket av rødlige skorper. Disse "crusts" er det som kalles rust eller rust, som igjen representerer en visuell test av oksidasjonen av metallet på grunn av forholdene i omgivelsene. Kjemisk er rusten en hydrert blanding av jernoksyder (III).

Hvorfor resulterer oksydasjonen av metall i nedbrytningen av overflaten? Dette skyldes inkorporeringen av oksygen i krystallstrukturen av metallet.

Når dette skjer, øker volumet av metallet og de opprinnelige interaksjonene svekker, noe som gjør at det faste stoffet bryter. Også disse sprengningene tillater flere oksygenmolekyler å trenge inn i de indre metalliske lagene, og spiser hele brikken fra innsiden..

Denne prosessen skjer imidlertid ved forskjellige hastigheter og avhenger av metallets natur (dets reaktivitet) og de fysiske forholdene som omgir den. Derfor er det faktorer som akselererer eller senker oksidasjonen av metallet; to av dem er tilstedeværelse av fuktighet og pH.

Hvorfor? Fordi oksidasjonen av metallet for å fremstille et metalloksyd innebærer en elektronoverføring. Disse "reiser" fra en kjemisk art til en annen så lenge mediet letter det, enten ved tilstedeværelsen av ioner (H⁺, na⁺, mg²⁺, cl^-, etc.), som modifiserer pH, eller ved vannmolekyler som gir transportmiddelet.

Analytisk er tendensen til et metall til å danne det korresponderende oksidet reflektert i dets reduksjonspotensialer, hvilket avdekker hvilket metall som reagerer raskere i forhold til en annen.

Gull, for eksempel, har et mye større reduksjonspotensial enn jern, derfor skinner det med sin karakteristiske gyldne glød uten et oksid som slører det..

index

• 1 Egenskaper av ikke-metalliske oksider
  • 1.1 Grunnleggende
  • 1.2 amfoterisme
• 2 nomenklatur
  • 2.1 Tradisjonell nomenklatur
  • 2.2 Systematisk nomenklatur
  • 2.3 Lagernomenklatur
  • 2.4 Beregning av antall valens
• 3 Hvordan blir de dannet?
  • 3.1 Direkte reaksjon av metallet med oksygen
  • 3.2 Reaksjon av metallsalter med oksygen
• 4 bruksområder
• 5 eksempler
  • 5.1 Jernoksider
  • 5.2 Alkaliske og jordalkaliske oksider
  • 5.3 Gruppe IIIA oksider (13)
• 6 Referanser

Egenskaper av ikke-metalliske oksider

Egenskapene til metalloksyder varierer i forhold til metallet og hvordan det virker sammen med anionen O^2-. Dette medfører at noen oksider har høyere tettheter eller oppløseligheter i vann enn andre. Men alle har felles metallisk karakter, som uunngåelig reflekteres i grunnleggende.

Med andre ord: de er også kjent som basiske anhydrider eller basiske oksider.

basisitet

Basisiteten til metalloksydene kan kontrolleres eksperimentelt ved bruk av en syre-baseindikator. Hvordan? Tilsetning av et lite stykke oksyd til en vandig løsning med noen oppløst indikator; Dette kan være den flytende juice av lilla kål.

Etter å ha rekkevidde av farger, avhengig av pH, vil oksidet omdanne saften til blåaktige farger, tilsvarende grunnleggende pH (med verdier mellom 8 og 10). Dette skyldes at den oppløste delen av oksydet frigjør OH-ioner^- til miljøet, er disse i forsøket som er ansvarlig for endringen i pH.

For et MO oksyd som blir solubilisert i vann, blir det således omdannet til metallhydroksidet (et "hydratisert oksyd") i henhold til de følgende kjemiske ligninger:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2-OH^-

Den andre ligningen er løselighetsbalansen for hydroksyd M (OH)₂. Vær oppmerksom på at metallet har en 2 + ladning, som også betyr at dens valens er +2. Valens av metall er direkte relatert til sin tendens til å få elektroner.

På denne måten, jo mer positiv valensen, jo større er surheten. I tilfelle at M hadde en valens på +7, så M-oksydet₂O₇ Det ville være surt og ikke grunnleggende.

amfotær

Metalloksider er grunnleggende, men ikke alle har samme metalliske karakter. Hvordan å vite? Finne metallet M i periodisk bord. Jo mer det er til venstre for det, og i de lavere perioder, jo mer metallisk vil det være, og derfor er jo mer grunnleggende oksidet vil være.

Ved grensen mellom basiske og sure oksider (de ikke-metalliske oksyder) er de amfotere oksyder. Her betyr ordet "amfotert" at oksydet virker både som en base og syre, som er den samme som i vandig løsning, kan den danne hydroksidet eller det vandige komplekset M (OH)₂)₆²⁺.

Det vandige komplekset er ikke noe mer enn koordinasjonen av n vannmolekyler med metallsenteret M. For M-komplekset (OH₂)₆²⁺, metallet M²⁺ Den er omgitt av seks vannmolekyler, og kan betraktes som en hydratisert kation. Mange av disse kompleksene manifesterer sterke farger, som de som observeres for kobber og kobolt.

nomenklatur

Hvordan heter metalloksider? Det er tre måter å gjøre det på: det tradisjonelle, det systematiske og aksjene.

Tradisjonell nomenklatur

Å korrekt identifisere metalloksidet i samsvar med regler definert av IUPAC, er det nødvendig å kjenne de mulige valenser av metallet M. A fleste (mest positive) blir tildelt navnet av metallet -ic suffiks, mens mindre, prefiks -oso.

Eksempel: gitt valensene +2 og +4 av metallet M, er de tilsvarende oksydene MO og MO₂. Hvis M var ledelsen, Pb, ville PbO være oksidplumbbjørn, og PbO₂ oksidplommenico. Hvis metallet bare har en valens, heter det oksidet med suffikset -ico. Så, Na₂Eller er det natriumoksid.

På den annen side legges hypo- og pre-prefixene til når det er tre eller fire valenser tilgjengelige for metallet. På denne måten, Mn₂O₇ det er oksidet perManganico, fordi Mn har valence +7, den høyeste av alle.

Denne typen nomenklatur presenterer imidlertid visse vanskeligheter og er vanligvis den minst brukte.

Systematisk nomenklatur

Det vurderer antall M-atomer og oksygen som utgjør den kjemiske formelen av oksydet. Fra dem blir det tilordnet de tilsvarende prefiksene mono-, di-, tri-, tetra-, etc..

Ved å ta de tre siste metalloksider som et eksempel er PbO blymonoksyd; PbO₂ bly-dioksyd; og Na₂Eller dinatriummonoksydet. For tilfelle av rust, Fe₂O₃, dets respektive navn er trioxide av dihierro.

Lagernomenklatur

I motsetning til de to andre nomenklaturene, har valensen av metallet større betydning. Valensen er angitt av romerske tall i parentes: (I), (II), (III), (IV), etc. Metalloksidet blir deretter kalt metalloksyd (n).

Bruk av lagernomenklaturen for de tidligere eksemplene vi har:

-PbO: blyoksid (II).

-PbO₂: blyoksid (IV).

-na₂O: natriumoksid. Siden den har en unik valens på +1, er den ikke spesifisert.

-tro₂O₃: jernoksid (III).

-Mn₂O₇: manganoksyd (VII).

Beregning av antall valens

Men hvis du ikke har et periodisk bord med valenser, hvordan kan du bestemme dem? For dette må vi huske at anionen O^2- det bidrar med to negative kostnader til metalloksidet. Etter nøytralitetsprinsippet må disse negative ladningene nøytraliseres med de positive i metallet.

Derfor, hvis antall oksygener er kjent av kjemisk formel, kan valensen av metallet bestemmes algebraisk slik at summen av ladningene gir null.

Mn₂O₇ har syv oksygener, da er de negative ladningene lik 7x (-2) = -14. For å nøytralisere den negative ladningen på -14 må mangan gi +14 (14-14 = 0). Å sette den matematiske ligningen er da:

2X - 14 = 0

De 2 kommer fra det faktum at det er to manganatomer. Løsning og rydding X, metallets valens:

X = 14/2 = 7

Det vil si at hver Mn har en valens på +7.

Hvordan blir de dannet?

Fuktighet og pH påvirker direkte oksidasjonen av metaller i deres korresponderende oksider. Tilstedeværelsen av CO₂, syre oksid kan oppløses tilstrekkelig i vann som dekker metalldelen for å akselerere innarbeiding av oksygen i anionisk form ved krystallstrukturen i metall.

Denne reaksjonen kan også akselereres med en økning i temperatur, spesielt når det er ønskelig å oppnå oksydet på kort tid.

Direkte reaksjon av metallet med oksygen

Metalloksydene dannes som et produkt av reaksjonen mellom metallet og det omgivende oksygen. Dette kan representeres med den kjemiske ligningen nedenfor:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Denne reaksjonen er langsom, siden oksygen har en sterk dobbelt O = O-binding og den elektroniske overføringen mellom den og metallet er ineffektiv.

Det akselererer imidlertid betydelig med en økning i temperatur og overflateareal. Dette skyldes at den energi som kreves for å bryte den dobbeltbindingen O = O er tilveiebrakt, og som har større område, er oksygen jevnt beveget rundt metallet mens kollidere med metallatomene.

Jo større mengden oksygenreaktant, desto større er valensen eller oksidasjonsnummeret som resulterer for metallet. Hvorfor? Fordi oksygen snakkes flere og flere elektroner fra metallet, til det når det høyeste oksidasjonsnummeret.

Dette kan ses for kobber, for eksempel. Når et stykke metallisk kobber reagerer med en begrenset mengde oksygen, blir Cu dannet₂O (kobberoksid (I), kobberoksid eller dikobremonoksyd):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (varme) => 2Cu₂O (s) (rødt fast stoff)

Men når det reagerer i ekvivalente mengder, oppnås CuO (kobberoksid (II), kopperoksyd eller kobbermonoksyd):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (varme) => 2CuO (s) (solid svart)

Reaksjon av metallsalter med oksygen

Metalloksider kan dannes ved termisk dekomponering. For å være mulig, må ett eller to små molekyler frigjøres fra den opprinnelige forbindelsen (et salt eller et hydroksyd):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (nr₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Legg merke til at H₂O, CO₂, NO₂ og O₂ frigjøres molekylene.

søknader

På grunn av den rike sammensetningen av metaller i jordskorpen og oksygen i atmosfæren finnes metalloksider i mange mineralogiske kilder, hvorfra en fast base kan oppnås for fremstilling av nye materialer.

Hvert metalloksyd finner svært spesifikke anvendelser, fra ernæringsmessige (ZnO og MgO) til sementtilsetninger (CaO), eller bare som uorganiske pigmenter (Cr).₂O₃).

Noen oksyder er så tette at den kontrollerte veksten av lagene deres kan beskytte en legering eller metall mot ytterligere oksidasjon. Selv studier har vist at oksidasjonen av det beskyttende laget fortsetter som om det var en væske som dekker alle sprekker eller overfladiske defekter av metallet.

Metalloksyder kan vedta fascinerende strukturer, enten som nanopartikler eller så store polymere aggregater.

Dette faktum gjør dem til gjenstand for studier for syntesen av intelligente materialer, på grunn av det store overflatearealet, som brukes til å designe enheter som reagerer på den minste fysiske stimulansen.

På samme måte er metalliske oksider råmaterialet i mange teknologiske anvendelser, fra speil og keramikk med unike egenskaper for elektronisk utstyr, til solcellepaneler.

eksempler

Jernoksider

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

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄(er) Magnetisk jernoksid.

Troen₃O₄, også kjent som magnetitt, det er et blandet oksid; Dette betyr at den består av en solid blanding av FeO og Fe₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃(er) jernoksid (III).

Alkaliske og jordalkalimetaller

Både alkaliske og jordalkalimetaller har et enkelt oksidasjonsnummer, slik at deres oksider er mer "enkle":

-na₂O: natriumoksid.

-Li₂O: litiumoksyd.

-K₂O: kaliumoksid.

-CaO: kalsiumoksid.

-MgO: magnesiumoksid.

-BeO: Berylliumoksid (som er et amfotert oksid)

Gruppe IIIA oksider (13)

Elementene i gruppe IIIA (13) kan bare danne oksider med et oksidasjonsnummer på +3. Dermed har de en kjemisk formel M₂O₃ og dets oksider er følgende:

-til₂O₃: aluminiumoksid.

-ga₂O₃: galliumoksid.

-i₂O₃: indiumoksid.

Og til slutt

-tl₂O₃: talliumoksyd.

referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utgave). CENGAGE Learning, s. 237.
2. AlonsoFormula. Metalloksider. Hentet fra: alonsoformula.com
3. Regenter ved University of Minnesota. (2018). Syrebaserte egenskaper av metall og ikke-metalliske oksider. Tatt fra: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3. april 2018). Selvhelende metalloksyder kan beskytte mot korrosjon. Tatt fra: news.mit.edu
5. Fysiske tilstander og strukturer av oksyder. Tatt fra: wou.edu
6. Quimitube. (2012). Oksidasjonen av jern. Hentet fra: quimitube.com
7. Kjemi LibreTexts. Oksider. Tatt fra: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Metalloksid Nanostrukturer: Vekst og applikasjoner. I: Husain M., Khan Z. (eds) Fremskritt i nanomaterialer. Avanserte strukturerte materialer, vol 79. Springer, New Delhi