Metallioksiidide omadused, nomenklatuur, kasutusalad ja näited

The metallioksiidid need on anorgaanilised ühendid, mis on moodustatud metallikatioonidest ja hapnikust. Tavaliselt sisaldavad need suurel hulgal ioonseid tahkeid aineid, milles oksiidanioon (O^2-) koostoime M-liikidega⁺.

M⁺ see on mis tahes katioon, mis pärineb puhtast metallist: leelis- ja siirdemetallidest, välja arvatud mõned väärismetallid (nagu kuld, plaatina ja pallaadium), perioodilise tabeli ploki p raskematele elementidele ( nagu plii ja vismut).

Ülemine pilt näitab raudpinnaga kaetud raudpinda. Need "koorikud" on nn rooste või rooste, mis omakorda kujutavad endast metalli oksüdatsiooni visuaalset testi oma keskkonna tingimuste tõttu. Keemiliselt on rooste rauaoksiidide hüdraaditud segu (III)..

Miks põhjustab metalli oksüdatsioon selle pinna lagunemist? Selle põhjuseks on hapniku lisamine metalli kristallstruktuuri.

Kui see juhtub, suureneb metalli maht ja algne interaktsioon nõrgeneb, põhjustades tahke purunemise. Samuti võimaldavad need praod rohkem hapniku molekule tungida sisemistesse metallkihtidesse, süües kogu tükk seestpoolt ära..

Kuid see protsess toimub erinevatel kiirustel ja sõltub metalli olemusest (selle reaktiivsusest) ja selle ümbritsevatest füüsilistest tingimustest. Seetõttu on olemas tegureid, mis kiirendavad või aeglustavad metalli oksüdatsiooni; kaks neist on niiskuse ja pH olemasolu.

Miks? Kuna metalli oksüdeerimine metallioksiidi saamiseks tähendab elektroni ülekannet. Need "liikumine" ühest keemilisest liigist teise niikaua, kui keskkond seda hõlbustab, kas ioonide (H⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, jne), mis muudavad pH-d või veemolekule, mis pakuvad transpordivahendit.

Analüütiliselt peegeldub metalli kalduvus moodustada vastav oksiid selle redutseerimispotentsiaalides, mis näitavad, milline metall reageerib teistega võrreldes kiiremini.

Kullal on näiteks palju suurem redutseerimispotentsiaal kui raudal, mistõttu see paistab oma iseloomuliku kuldse hõõgumisega ilma oksüdeerimata oksüdeerimiseta..

Indeks

• 1 Mittemetalsete oksiidide omadused
  • 1.1
  • 1.2 Amfoterism
• 2 nomenklatuur
  • 2.1 Traditsiooniline nomenklatuur
  • 2.2 Süsteemne nomenklatuur
  • 2.3 Varude nomenklatuur
  • 2.4 Valentsuse arvutamine
• 3 Kuidas nad moodustuvad?
  • 3.1 Metallide otsene reaktsioon hapnikuga
  • 3.2 Metallisoolade reaktsioon hapnikuga
• 4 Kasutamine
• 5 Näited
  • 5.1 Rauaoksiidid
  • 5.2. Leelis- ja leelismuldmetallioksiidid
  • 5.3 Rühm IIIA oksiidid (13)
• 6 Viited

Mittemetalsete oksiidide omadused

Metalloksiidide omadused varieeruvad sõltuvalt metallist ja sellest, kuidas see on aniooniga O^2-. See tähendab, et mõnedel oksiididel on vees suurem tihedus või lahustuvus kui teistel. Kuid kõigil on ühine metalliline iseloom, mis peegeldub paratamatult selle aluselisuses.

Teisisõnu: neid tuntakse ka aluseliste anhüdriidide või aluseliste oksiididena.

Põhjus

Metallioksiidide aluselikkust saab katseliselt kontrollida happe-aluse indikaatori abil. Kuidas? Väikese osa oksüdist lisatakse vesilahusesse mõne lahustunud indikaatoriga; see võib olla lilla kapsas veeldatud mahl.

Kui värvus sõltub pH-st, muudab oksiid mahla sinakasvärviks, mis vastab põhilisele pH-le (väärtused vahemikus 8 kuni 10). Seda seetõttu, et oksiidi lahustunud osa vabastab OH-iioone^- keskkonda, olles need katsetes, mis vastutavad pH muutuse eest.

Seega muundatakse vees lahustunud MO-oksiidi jaoks metallhüdroksiidiks ("hüdraatunud oksiid") vastavalt järgmistele keemilistele võrranditele:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Teine võrrand on hüdroksiidi M (OH) lahustuvuse tasakaal.₂. Pange tähele, et metallil on 2+ laadimine, mis tähendab ka seda, et selle valents on +2. Metalli valents on otseselt seotud selle tendentsiga saada elektrone.

Sel moel, seda positiivsem on valentsus, seda suurem on selle happesus. Juhul kui M-i valents oli +7, siis M-oksiid₂O₇ see oleks happeline ja mitte põhiline.

Anfoterismo

Metallioksiidid on põhilised, kuid kõigil ei ole sama metallist iseloomu. Kuidas teada? Metalli M paiknemine perioodilises tabelis. Mida rohkem on see selle vasakul poolel, seda madalamates perioodides on seda metallilisem ja seda enam on selle põhilisem oksiid..

Aluse ja happe oksiidide (mittemetallid) vahel on amfoteersed oksiidid. Siin tähendab sõna "amfoteerne", et oksiid toimib nii aluse kui ka happe kujul, mis on sama mis vesilahuses, mis võib moodustada hüdroksiidi või vesikompleksi M (OH).₂)₆²⁺.

Vesikompleks ei ole midagi muud kui n vee molekulid metallikeskmega M. M-kompleksi jaoks (OH₂)₆²⁺, metall M²⁺ Seda ümbritseb kuus veemolekuli ja seda võib pidada hüdreeritud katiooniks. Paljud neist kompleksidest ilmutavad intensiivseid värve, näiteks vase ja koobalti puhul.

Nomenklatuur

Kuidas nimetatakse metallioksiide? Selleks on kolm võimalust: traditsiooniline, süstemaatiline ja varu.

Traditsiooniline nomenklatuur

Metallioksiidi õigeks nimetamiseks vastavalt IUPACi reeglitele on vaja teada metalli M. võimalikke valentse. Suurim (kõige positiivsem) on määratud metalli nimele sufiksiks -ico, samas kui väike, eesliide -oso.

Näide: metalli M valentsid +2 ja +4 on selle vastavad oksiidid MO ja MO₂. Kui M oleks plii, siis Pb, siis PbO oleks oksiidplumbkandma, ja PbO₂ oksiidi ploomico. Kui metallist on ainult üks valents, nimetatakse seda oksüdiks sufiksiga -ico. Niisiis, Na₂Või on see naatriumoksiid.

Teisest küljest lisatakse hüpo- ja eesliited, kui metallile on olemas kolm või neli valenti. Sel moel Mn₂O₇ see on oksiid permanganico, sest Mn on valents +7, mis on kõige kõrgem.

Selline nomenklatuur tekitab siiski teatavaid raskusi ja seda kasutatakse tavaliselt kõige vähem.

Süstemaatiline nomenklatuur

Selles arvestatakse oksiidi keemilise valemi moodustavate M-aatomite ja hapniku arvu. Neilt on määratud vastavad eesliited mono-, di-, tri-, tetra- jne..

Võttes näiteks kolm viimast metallioksiidi, on PbO plioksiid; PbO₂ pliioksiid; ja Na₂Või dinaatriummonoksiid. Rooste puhul Fe₂O₃, selle nimi on dihierro trioksiid.

Varude nomenklatuur

Erinevalt teistest kahest nomenklatuurist on metallide valentsus suurem. Valents on määratud rooma numbriga sulgudes: (I), (II), (III), (IV) jne. Seejärel nimetatakse metallioksiid metallioksiidiks (n)..

Varude nomenklatuuri rakendamine eelmiste näidete jaoks on:

-PbO: pliioksiid (II).

-PbO₂: pliioksiid (IV).

-Na₂O: naatriumoksiid. Kuna selle unikaalne valents on +1, ei ole seda täpsustatud.

-Usk₂O₃: raudoksiid (III).

-Mn₂O₇: mangaanoksiid (VII).

Valentsuse arvu arvutamine

Aga kui teil ei ole perioodilisi tabeleid valentsidega, kuidas saate neid kindlaks teha? Selleks peame meeles pidama, et anioon O^2- see annab metallioksiidile kaks negatiivset laengut. Neutraalsete maksude neutraalsuse põhimõtet tuleb neutraalsuse põhimõttest lähtudes neutraliseerida metalli positiivsete tulemustega.

Seega, kui oksügeenide arv on teada keemilise valemiga, võib metalli valentsuse määrata algebraalselt, nii et laengute summa annab nulli..

Mn₂O₇ on seitse hapnikku, siis selle negatiivsed laengud on 7x (-2) = -14. Negatiivse laengu -14 neutraliseerimiseks peab mangaan andma +14 (14-14 = 0). Matemaatilise võrrandi seadmine on siis:

2X - 14 = 0

2 tuleneb asjaolust, et on kaks mangaani aatomit. X lahendamine ja puhastamine, metalli valents:

X = 14/2 = 7

See tähendab, et igal Mn-l on valentsus +7.

Kuidas nad moodustuvad?

Niiskus ja pH mõjutavad otseselt metalli oksüdatsiooni nende vastavatel oksiididel. CO olemasolu₂, Happe oksiidi võib vees, mis katab metalliosa, piisavalt lahustada, et kiirendada hapniku inkorporeerimist anioonse vormi metalli struktuuri..

Seda reaktsiooni võib kiirendada ka temperatuuri tõusuga, eriti siis, kui soovitakse saada oksiidi lühikese aja jooksul.

Metalli otsene reaktsioon hapnikuga

Metalloksiidid moodustuvad metalli ja ümbritseva hapniku vahelise reaktsiooni produktina. Seda saab esitada allpool esitatud keemilise võrrandiga:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

See reaktsioon on aeglane, kuna hapnikul on tugev kahekordne O = O side ja elektrooniline ülekanne selle ja metalli vahel on ebaefektiivne.

Kuid see kiirendab märkimisväärselt temperatuuri ja pindala suurenemist. See on tingitud asjaolust, et pakutakse O = O kaksiksideme murdmiseks vajalikku energiat, ja kuna on suurem pindala, liigub hapnik ühtlaselt kogu metallis, põrkudes samal ajal kokku metalli aatomitega.

Mida suurem on hapniku reaktiivi kogus, seda suurem on metalli valentsi- või oksüdatsiooniarv. Miks? Kuna hapnik haarab metallist üha rohkem elektrone, kuni see saavutab kõrgeima oksüdatsiooninumbri.

Seda võib näha näiteks vase puhul. Kui metallist vaskreaktsioon reageerib piiratud koguse hapnikuga, moodustub Cu₂O (vaskoksiid (I), vaskoksiid või dikobri monoksiid):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (soojus) => 2Cu₂O (s) (punane tahke aine)

Kui see reageerib samaväärsetes kogustes, saadakse CuO (vaskoksiid (II), vaskoksiid või vaskmonooksiid):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (soojus) => 2CuO (s) (tahke must)

Metallisoolade reaktsioon hapnikuga

Metallioksiide saab moodustada termilise lagunemise teel. Võimaluse korral tuleb algühendist (sool või hüdroksiid) vabastada üks või kaks väikest molekuli:

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Pange tähele, et H₂O, CO₂, EI₂ ja O₂ vabanevad molekulid.

Kasutamine

Maapõues sisalduvate metallide rikkaliku koostise ja atmosfääri hapniku tõttu leidub paljudes mineraloogilistes allikates metallioksiide, millest saab uute materjalide valmistamiseks tugeva aluse..

Iga metallioksiid on väga spetsiifiline, alates toitumisest (ZnO ja MgO) tsemendilisanditele (CaO) või lihtsalt anorgaanilisteks pigmentideks (Cr).₂O₃).

Mõned oksiidid on nii tihedad, et nende kihtide kontrollitud kasv võib kaitsta sulamist või metalli edasise oksüdeerumise eest. Isegi uuringud on näidanud, et kaitsekihi oksüdatsioon toimub nii, nagu oleks see vedelik, mis katab kõik metalli pragud või pindmised vead..

Metallioksiidid võivad vastu võtta põnevaid struktuure, kas nanoosakestena või suurte polümeersete agregaatidena.

See asjaolu muudab need intelligentsete materjalide sünteesi uuringute objektiks tänu oma suurele pindalale, mida kasutatakse selliste seadmete kavandamiseks, mis vastavad kõige vähem füüsilistele stiimulitele.

Samuti on metalloksiidid paljude tehnoloogiliste rakenduste tooraine, alates peeglitest ja keraamikast, millel on unikaalsed omadused elektroonikaseadmetele, päikesepaneelidele.

Näited

Rauaoksiidid

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

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄s) magnetiline raudoksiid.

Usk₃O₄, tuntud ka kui magnetiit, see on segatud oksiid; See tähendab, et see koosneb FeO ja Fe tahkest segust₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃s) raudoksiid (III).

Leeliselised ja leelismuldmetallid

Nii leelismetallidel kui ka leelismuldmetallidel on üks oksüdatsiooninumber, seega on nende oksiidid "lihtsamad":

-Na₂O: naatriumoksiid.

-Li₂O: liitiumoksiid.

-K₂O: kaaliumoksiid.

-CaO: kaltsiumoksiid.

-MgO: magneesiumoksiid.

-BeO: berülliumoksiid (mis on amfoteerne oksiid)

Rühm IIIA oksiidid (13)

Rühma IIIA (13) elemendid võivad moodustada oksiide ainult oksüdatsiooninumbriga +3. Seega on neil keemiline valem M₂O₃ ja selle oksiidid on järgmised:

-Al₂O₃: alumiiniumoksiid.

-Ga₂O₃: galliumoksiid.

-Sisse₂O₃: indiumoksiid.

Ja lõpuks

-Tl₂O₃: talliumoksiid.

Viited

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Keemia (8. väljaanne). CENGAGE Learning, p 237.
2. AlonsoFormula. Metalloksiidid. Välja võetud: alonsoformula.com
3. Minnesota ülikooli Regentsid (2018). Metalli ja mittemetallioksiidide happe-põhised omadused. Välja võetud: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3. aprill 2018). Self-healing metallioksiidid võivad kaitsta korrosiooni eest. Välja võetud: news.mit.edu
5. Oksiidide füüsikalised olekud ja struktuurid. Välja võetud: wou.edu
6. Quimitube (2012). Raua oksüdatsioon. Välja võetud: quimitube.com
7. Keemia LibreTexts. Oksiidid Vastu võetud: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Metallioksiidi nanostruktuurid: kasv ja rakendused. In: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in nanomaterials. Advanced Structured Materials, vol 79. Springer, New Delhi