- Egenskaber ved ikke-metalliske oxider
- basiciteten
- Amphotericism
- nomenklatur
- Traditionel nomenklatur
- Systematisk nomenklatur
- Bestandsnomenklatur
- Beregning af valensnummeret
- Hvordan dannes de?
- Direkte reaktion af metal med ilt
- Reaktion af metallsalte med ilt
- Applikationer
- eksempler
- Jernoxider
- Alkali- og jordalkalimider
- Gruppe IIIA-oxider (13)
- Referencer
Metal- oxider er uorganiske forbindelser bestående af metalkationer og oxygen. De omfatter generelt et stort antal ioniske faste stoffer, hvori oxidantionen (O 2–) interagerer elektrostatisk med M + -arterne.
M + er som denne kation, der stammer fra det rene metal: fra alkali og overgangsmetaller, med undtagelse af nogle ædelmetaller (såsom guld, platin og palladium), til de tyngste elementer i blok p på bordet periodisk (såsom bly og vismut).
Kilde: Pixabay.
Billedet ovenfor viser en jernoverflade dækket af rødlige skorpe. Disse "scabs" er det, der kaldes rust eller rust, som igen repræsenterer visuelt bevis for oxidation af metallet som et resultat af betingelserne i dets miljø. Kemisk er rust en hydratiseret blanding af jern (III) oxider.
Hvorfor fører oxidation af metallet til nedbrydning af dets overflade? Dette skyldes inkorporering af ilt i krystalstrukturen af metallet.
Når dette sker, stiger volumenet af metallet, og de originale interaktioner svækkes, hvilket får det faste stof til at sprænge. På samme måde tillader disse revner flere iltmolekyler at trænge ind i de indvendige metallag, idet de helt spiser væk ved stykket indefra.
Imidlertid forekommer denne proces med forskellige hastigheder og afhænger af metallet (dets reaktivitet) og de fysiske forhold, der omgiver det. Derfor er der faktorer, der fremskynder eller bremser oxidationen af metallet; to af dem er tilstedeværelsen af fugtighed og pH.
Hvorfor? Fordi oxidation af metal til frembringelse af et metaloxid involverer en overførsel af elektroner. Disse “rejser” fra en kemisk art til en anden, så længe miljøet letter det, enten ved tilstedeværelse af ioner (H +, Na +, Mg 2+, Cl - osv.), Som ændrer pH eller ved vandmolekylerne, der giver transportmidlet.
Analytisk afspejles tendensen for et metal til at danne det tilsvarende oxid i dets reduktionspotentiale, hvilket afslører, hvilket metal der reagerer hurtigere sammenlignet med et andet.
Guld har for eksempel et meget større reduktionspotentiale end jern, hvorfor det skinner med sin karakteristiske gyldne glød uden et oxid til at kede det.
Egenskaber ved ikke-metalliske oxider
Magnesiumoxid, et metaloxid.
Egenskaber ved metaloxider varierer afhængigt af metallet, og hvordan det interagerer med O 2– anionen. Dette betyder, at nogle oxider har højere densitet eller opløselighed i vand end andre. De har dog alle fælles den metalliske karakter, hvilket uundgåeligt afspejles i deres grundlæggende.
Med andre ord: De er også kendt som basiske anhydrider eller basiske oxider.
basiciteten
Basaliteten af metaloxider kan verificeres eksperimentelt ved anvendelse af en syre-base-indikator. Hvordan? Tilsætning af et lille stykke af oxidet til en vandig opløsning med en vis opløst indikator; Dette kan være den flydende juice fra den lilla kål.
Når der derefter er farveområdet afhængigt af pH-værdien, vil oxiden vende saften til blålige farver, svarende til basisk pH (med værdier mellem 8 og 10). Dette skyldes det faktum, at den opløste del af oxidet frigiver OH - ioner i mediet, idet disse er ansvarlige for ændringen i pH i nævnte eksperiment.
For et oxid MO, der er solubiliseret i vand, omdannes det således til metallisk hydroxid (et "hydreret oxid") i henhold til følgende kemiske ligninger:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Den anden ligning er opløselighedsbalancen af hydroxid M (OH) 2. Bemærk, at metallet har en ladning på 2+, hvilket også betyder, at dets valens er +2. Metalets valens er direkte relateret til dets tendens til at få elektroner.
På denne måde, jo mere positiv er valensen, desto større er surhedsgraden. I det tilfælde, M havde en valens på +7, derefter oxidet M 2 O 7 ville være sur og ikke basisk.
Amphotericism
Metaloxider er basale, men de har ikke alle den samme metalliske karakter. Hvordan ved du det? Placering af metallet M på det periodiske bord. Jo længere du er til venstre for det, og i lave perioder, jo mere metallisk vil det være, og derfor er det mere basale dit oxid.
Ved grænsen mellem basiske og sure oxider (ikke-metalliske oxider) er amfotere oxider. Her betyder ordet 'amfotere', at oxidet fungerer både som en base og som en syre, hvilket er det samme som i en vandig opløsning det kan danne hydroxid eller det vandige kompleks M (OH 2) 6 2+.
Det vandige kompleks er ikke andet end koordinationen af n vandmolekyler med metalcentret M. For M (OH 2) 6 2+ komplekset er metallet M2 + omgivet af seks vandmolekyler og kan betragtes som et hydratiseret kation. Mange af disse komplekser viser intense farver, såsom dem, der observeres for kobber og kobolt.
nomenklatur
Hvordan navngives metaloxider? Der er tre måder at gøre det på: traditionel, systematisk og materiel.
Traditionel nomenklatur
For korrekt at navngive metaloxidet i henhold til de regler, der styres af IUPAC, er det nødvendigt at kende de mulige valenser af metallet M. Den største (den mest positive) er tildelt suffikset -ico til navnet på metallet, mens mindre, præfikset –oso.
Eksempel: i betragtning af de over 2 og +4 valenser af metallet M, dets tilsvarende oxider er MO og MO 2. Hvis M fra ledningen, Pb, så ville oxid PbO Plumb bære, og PbO 2- oxid PLUMB ico. Hvis metallet kun har en valens, kaldes dets oxid med suffikset –ico. Således Na 2 O er natriumoxid.
På den anden side tilføjes præfikserne hypo- og per- når der er tre eller fire valenser til rådighed for metallet. Således Mn 2 O 7 er oxid pr Mangan ico, fordi Mn har +7 valens, mest af alt.
Imidlertid udgør denne type nomenklatur visse vanskeligheder og er normalt den mindst anvendte.
Systematisk nomenklatur
I det overvejes antallet af M og oxygenatomer, der udgør den kemiske formel for oxidet. Fra dem tildeles det de tilsvarende præfikser mono-, di-, tri-, tetra- osv.
Ved at tage de tre nylige metaloxider som eksempel er PbO blymonoxid; PbO 2 blydioxid; og Na 2 O er dinatrium kulilte. I tilfælde af rust, Fe 2 O 3, dens respektive navn er di jern trioxid.
Bestandsnomenklatur
I modsætning til de to andre nomenklaturer er metalens valens vigtigere i denne. Valens specificeres med romertal i parentes: (I), (II), (III), (IV) osv. Metaloxidet kaldes derefter metal (n) oxid.
Anvendelse af aktienomenklaturen for de foregående eksempler har vi:
-PbO: bly (II) oxid.
-PbO 2: bly (IV) oxid.
-Na 2 O: natriumoxid. Da det har en unik valence på +1, er den ikke specificeret.
-FE 2 O 3: jern (III) oxid.
-Mn 2 O 7: mangan (VII) oxid.
Beregning af valensnummeret
Men hvis du ikke har en periodisk tabel med valenser, hvordan kan du bestemme dem? Til dette skal det huskes, at O 2– anionen bidrager med to negative ladninger til metaloxidet. I overensstemmelse med neutralitetsprincippet skal disse negative ladninger neutraliseres med de positive af metal.
Hvis antallet af oxygener er kendt fra den kemiske formel, kan valenset af metallet derfor bestemmes algebraisk, så summen af ladningerne er nul.
Mn 2 O 7 har syv oxygener, så dens negative ladninger er lig med 7x (-2) = -14. For at neutralisere den negative ladning af -14, skal mangan bidrage med +14 (14-14 = 0). Postering af den matematiske ligning, vi har:
2X - 14 = 0
De 2 stammer fra det faktum, at der er to manganatomer. Løsning og løsning for X, metalets valens:
X = 14/2 = 7
Med andre ord, hver Mn har en valence på +7.
Hvordan dannes de?
Fugt og pH har direkte indflydelse på oxidationen af metaller i deres tilsvarende oxider. Tilstedeværelsen af CO 2, surt oxid, kan opløses tilstrækkeligt i vandet, der dækker metaldelen til at fremskynde inkorporering af ilt i anionisk form til krystalstrukturen af metallet.
Denne reaktion kan også fremskyndes med en stigning i temperaturen, især når det ønskes at opnå oxid på kort tid.
Direkte reaktion af metal med ilt
Metaloxider dannes som et produkt af reaktionen mellem metallet og det omgivende ilt. Dette kan repræsenteres ved den kemiske ligning nedenfor:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Denne reaktion er langsom, da ilt har en stærk O = O dobbeltbinding, og den elektroniske overførsel mellem den og metallet er ineffektiv.
Dog accelererer det markant med en stigning i temperatur og overfladeareal. Dette skyldes det faktum, at den nødvendige energi er tilvejebragt til at bryde O = O-dobbeltbindingen, og da der er et større område, bevæger oxygen sig ensartet gennem metallet og kolliderer samtidig med metalatomerne.
Jo større mængde reagerende ilt er, jo større er det resulterende valens eller oxidationsnummer for metallet. Hvorfor? Fordi ilt tager flere og flere elektroner fra metallet, indtil det når det højeste oxidationsnummer.
Dette kan f.eks. Ses for kobber. Når et stykke metallisk kobber reagerer med en begrænset mængde af oxygen, Cu 2 O dannes (kobber (I) oxid, cuprooxid eller dicobre kulilte):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (varme) => 2Cu 2 O (s) (rødt fast stof)
Men når det reagerer i ækvivalente mængder, opnås CuO (kobber (II) oxid, kobberoxid eller kobbermonoxid):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (varme) => 2CuO (s) (sort fast stof)
Reaktion af metallsalte med ilt
Metaloxider kan dannes ved termisk nedbrydning. For at dette skal være muligt, skal der frigives et eller to små molekyler fra udgangsforbindelsen (et salt eller et hydroxid):
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Bemærk, at H 2 O, CO 2, NO 2 og O 2 er de frigivne molekyler.
Applikationer
På grund af den rige sammensætning af metaller i jordskorpen og ilt i atmosfæren findes metaloxider i mange mineralogiske kilder, hvorfra der kan opnås et solidt grundlag for fremstilling af nye materialer.
Hver metaloxid finder meget specifikke anvendelser, fra ernæringsmæssige (ZnO og MgO) til som cementadditiver (CaO), eller blot såsom uorganiske pigmenter (Cr 2 O 3).
Nogle oxider er så tæt, at kontrolleret lagvækst kan beskytte en legering eller metal mod yderligere oxidation. Undersøgelser har endda afsløret, at oxidationen af det beskyttende lag fortsætter, som om det var en væske, der dækker alle revner eller overfladiske defekter i metallet.
Metaloxider kan antage fascinerende strukturer, enten som nanopartikler eller som store polymeraggregater.
Denne kendsgerning gør dem til genstand for studier til syntese af intelligente materialer på grund af deres store overfladeareal, der bruges til at designe enheder, der reagerer på den mindst fysiske stimulus.
Derudover er metaloxider råmaterialet til mange teknologiske anvendelser, fra spejle og keramik med unikke egenskaber til elektronisk udstyr, til solpaneler.
eksempler
Jernoxider
2Fe (r) + O 2 (g) => 2FeO (r) jern (II) oxid.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) magnetisk jernoxid.
Fe 3 O 4, også kendt som magnetit, er et blandet oxid; Det betyder, at det består af en fast blanding af FeO og Fe 2 O 3.
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6FE 2 O 3 (s) jern (III) oxid.
Alkali- og jordalkalimider
Både alkali- og jordalkalimetaller har kun et oxidationsnummer, så deres oxider er mere "enkle":
-Na 2 O: natriumoxid.
-Li 2 O: lithiumoxid.
-K 2 O: kaliumoxid.
-CaO: calciumoxid.
-MgO: magnesiumoxid.
-BeO: berylliumoxid (som er et amfotere oxid)
Gruppe IIIA-oxider (13)
Gruppe IIIA-elementer (13) kan kun danne oxider med et oxidationsnummer på +3. Således, at de har den kemiske formel M 2 O 3 og deres oxider er følgende:
-Al 2 O 3: aluminiumoxid.
-Ga 2 O 3: galliumoxid.
-I 2 O 3: indiumoxid.
Og endelig
-Tl 2 O 3: thalliumoxid.
Referencer
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s 237.
- AlonsoFormula. Metaloxider. Taget fra: alonsoformula.com
- Regenter fra University of Minnesota. (2018). Egenskaber ved syre-base af metal- og ikke-metaller. Taget fra: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3. april 2018). Selvhelende metaloxider kan beskytte mod korrosion. Taget fra: news.mit.edu
- De fysiske tilstande og strukturer af oxider. Taget fra: wou.edu
- Quimitube. (2012). Jernoxidation. Taget fra: quimitube.com
- Kemi LibreTexts. Oxider. Taget fra: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Metaloxid nanostrukturer: Vækst og applikationer. I: Husain M., Khan Z. (red.) Fremskridt inden for nanomaterialer. Advanced Structured Materials, vol 79. Springer, New Delhi