Egenskaber af metaloxider, nomenklatur, anvendelser og eksempler



den metaloxider de er uorganiske forbindelser dannet af metalliske kationer og oxygen. De omfatter generelt et stort antal ioniske faste stoffer, hvori oxidanionet (O2-) interagerer elektrostatisk med M-arter+.

M+ Dette er en hvilken som helst kation, der stammer fra rent metal: fra alkaliske og overgangsmetaller med undtagelse af nogle ædle metaller (såsom guld, platin og palladium) til de tyngre elementer af blok p i det periodiske bord ( som bly og vismut).

Det øverste billede viser en jernoverflade, der er dækket af rødlige skorster. Disse "skorper" er det, der er kendt som rust eller rust, hvilket igen repræsenterer en visuel test af oxidationen af ​​metalet på grund af forholdene i sit miljø. Kemisk er roen en hydreret blanding af jernoxider (III).

Hvorfor resulterer oxidationen af ​​metal i nedbrydning af overfladen? Dette skyldes inkorporering af ilt inden for metalets krystallinske struktur.

Når dette sker, forøges metalvolumenet, og de oprindelige interaktioner svækker, hvilket får det faste stof til at bryde. Også disse revner tillader flere iltmolekyler at trænge ind i de indre metalliske lag, idet de spiser hele stykket indefra..

Denne proces sker imidlertid ved forskellige hastigheder og afhænger af metalets art (dets reaktivitet) og de fysiske forhold, der omgiver det. Derfor er der faktorer, der accelererer eller bremser oxidationen af ​​metallet; to af dem er tilstedeværelsen af ​​fugt og pH.

Hvorfor? Fordi oxidationen af ​​metallet til fremstilling af et metaloxid indebærer en elektronoverførsel. Disse "rejser" fra en kemisk art til en anden, så længe mediet letter det, enten ved tilstedeværelsen af ​​ioner (H+, na+, mg2+, cl-, etc.), som ændrer pH, eller ved vandmolekyler, der tilvejebringer transportmiddel.

Analytisk afspejles tendensen af ​​et metal til dannelse af det tilsvarende oxid i dets reduktionspotentialer, hvilket afslører hvilket metal der reagerer hurtigere i sammenligning med en anden.

Guld har for eksempel et meget større reduktionspotentiale end jern, hvorfor det skinner med sin karakteristiske gyldne glød uden et oxid, der blurs det..

indeks

  • 1 Egenskaber af ikke-metalliske oxider
    • 1.1 Grundlæggende
    • 1.2 amphotericism
  • 2 nomenklatur
    • 2.1 Traditionel nomenklatur
    • 2.2 Systematisk nomenklatur
    • 2.3 Lagernomenklatur
    • 2.4 Beregning af antallet af valens
  • 3 Hvordan er de dannet?
    • 3.1 Direkte reaktion af metalet med ilt
    • 3.2 Reaktion af metalsalte med ilt
  • 4 anvendelser
  • 5 eksempler
    • 5.1 Jernoxider
    • 5.2 Alkaliske og jordalkaliske oxider
    • 5.3 Gruppe IIIA-oxider (13)
  • 6 referencer

Egenskaber af ikke-metalliske oxider

Egenskaberne af metaloxider varierer alt efter metallet og hvordan det interagerer med anionen O2-. Dette medfører, at nogle oxider har højere tætheder eller opløseligheder i vand end andre. Men alle har fælles den metalliske karakter, som uundgåeligt afspejles i dens basicitet.

Med andre ord: de er også kendt som basiske anhydrider eller basiske oxider.

basiciteten

Basiciteten af ​​metaloxiderne kan kontrolleres eksperimentelt ved anvendelse af en syre-baseindikator. Hvordan? Tilsætning af et lille stykke oxid til en vandig opløsning med en vis opløst indikator; dette kan være den flydende juice af lilla kål.

Efter at have sortimentet af farver, afhængigt af pH, vil oxidet gøre saften til blålige farver, svarende til den basale pH (med værdier mellem 8 og 10). Dette skyldes, at den opløste del af oxidet frigiver OH-ioner- til miljøet, idet disse er i eksperimentet med ansvar for ændring i pH.

Således forvandles det til et MO oxid, der er solubiliseret i vand, til metalhydroxidet (en "hydratiseret oxid") i overensstemmelse med de følgende kemiske ligninger:

MO + H2O => M (OH)2

M (OH)2 <=> M2+ + 2OH-

Den anden ligning er opløselighedsbalancen for hydroxid M ​​(OH)2. Bemærk, at metallet har en 2+ opladning, hvilket også betyder at dens valens er +2. Valensen af ​​metal er direkte relateret til dens tendens til at få elektroner.

På den måde er jo mere positive valensen, jo større er dens surhed. I tilfælde af at M havde en valens på +7, så var M-oxidet2O7 det ville være surt og ikke grundlæggende.

amphoterism

Metaloxider er grundlæggende, men ikke alle har samme metalliske karakter. Hvordan kan man vide? Placering af metal M i det periodiske bord. Jo mere det er til venstre for det, og i de lavere perioder, jo mere metalliske vil det være, og derfor jo mere basisk dets oxid vil være.

Ved grænsen mellem de basiske og sure oxider (de ikke-metalliske oxider) er de amfotere oxider. Her betyder ordet 'amfotere', at oxidet virker både som en base og syre, som er den samme som i vandig opløsning, kan den danne hydroxidet eller det vandige kompleks M (OH)2)62+.

Det vandige kompleks er ikke mere end koordinationen af n vandmolekyler med det metalliske center M. For M-komplekset (OH2)62+, metallet M2+ Det er omgivet af seks vandmolekyler og kan betragtes som en hydratiseret kation. Mange af disse komplekser manifesterer intense farvninger, som dem der observeres for kobber og kobolt.

nomenklatur

Hvordan hedder metaloxider? Der er tre måder at gøre det på: det traditionelle, det systematiske og bestanden.

Traditionel nomenklatur

For at kunne kalde metaloxidet korrekt i overensstemmelse med de regler, der reguleres af IUPAC, er det nødvendigt at kende metalets mulige valenser. Den største (den mest positive) er tildelt metalnavnet suffikset -ico, mens mindre, præfiks -oso.

Eksempel: i betragtning af valenserne +2 og +4 af metallet M er dets tilsvarende oxider MO og MO2. Hvis M var bly, Pb, så ville PbO være oxidplumbbære, og PbO2 oxidplommenico. Hvis metallet kun har en valens, hedder det dets oxid med suffikset -ico. Så, Na2Eller er det natriumoxid.

På den anden side tilføjes hypo- og per-præfikserne, når der er tre eller fire valenser til rådighed for metallet. På denne måde er Mn2O7 det er oxid omManganico, fordi Mn har valence +7, den højeste af alle.

Denne type nomenklatur udgør dog visse vanskeligheder og er normalt den mindst anvendte.

Systematisk nomenklatur

Det betragter antallet af M-atomer og ilt, der udgør oxidens kemiske formel. Fra dem tildeles de tilsvarende præfikser mono-, di-, tri-, tetra-, etc..

Under anvendelse af de tre seneste metaloxider som et eksempel er PbO blymonoxid; PbO2 bly dioxid; og Na2Eller dinatriummonoxid. For tilfælde af rust, Fe2O3, dets respektive navn er trioxid af dihierro.

Stocknomenklatur

I modsætning til de to andre nomenklaturer er metalets valens større betydning. Valensen er specificeret af romertal i parentes: (I), (II), (III), (IV) osv. Metaloxidet betegnes derefter som metaloxid (n).

Anvendelse af lagernomenklaturen for de tidligere eksempler vi har:

-PbO: blyoxid (II).

-PbO2: blyoxid (IV).

-na2O: natriumoxid. Da den har en unik valens på +1, er den ikke angivet.

-tro2O3: jernoxid (III).

-Mn2O7: manganoxid (VII).

Beregning af antallet af valens

Men hvis du ikke har et periodisk bord med valenser, hvordan kan du bestemme dem? Til dette må vi huske at anionen O2- det bidrager med to negative ladninger til metalloxidet. Efter neutralitetsprincippet skal disse negative ladninger neutraliseres med metalets positive.

Derfor, hvis antallet af oxygener er kendt af den kemiske formel, kan valensen af ​​metallet bestemmes algebraisk, således at summen af ​​ladningerne giver nul.

Mn2O7 har syv oxygener, så er dens negative ladninger lig med 7x (-2) = -14. For at neutralisere den negative ladning på -14 skal mangan give +14 (14-14 = 0). At sætte den matematiske ligning er så:

2X - 14 = 0

De 2 kommer fra, at der er to manganatomer. Løsning og rydning X, metalets valens:

X = 14/2 = 7

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

Hvordan er de dannet?

Fugtighed og pH påvirker direkte oxidationen af ​​metaller i deres tilsvarende oxider. Tilstedeværelsen af ​​CO2, Acidoxid kan opløses tilstrækkeligt i vandet, der dækker metaldelen for at accelerere inkorporeringen af ​​oxygen i en anionisk form til krystalstrukturen af ​​metallet.

Denne reaktion kan også accelereres med en stigning i temperaturen, især når det er ønsket at opnå oxidet på kort tid.

Direkte reaktion af metallet med oxygen

Metaloxiderne dannes som et produkt af reaktionen mellem metallet og det omgivende oxygen. Dette kan repræsenteres med den kemiske ligning nedenfor:

2M (s) + O2(g) => 2MO (s)

Denne reaktion er langsom, da oxygen har en stærk dobbelt O = O-binding og den elektroniske overførsel mellem den og metalet er ineffektivt.

Det accelererer dog betydeligt med en stigning i temperatur og overfladeareal. Dette skyldes det faktum, at den energi, der er nødvendig for at bryde O = O dobbeltbindingen, tilvejebringes, og da der er et større område bevæger oxygenet ensartet gennem metallet og kolliderer samtidig med metalatomerne.

Jo større mængden af ​​oxygenreaktant desto større er valensen eller oxidationsnummeret, der resulterer i metallet. Hvorfor? Fordi ilt sprækker flere og flere elektroner fra metalet, indtil det når det højeste oxidationsnummer.

Dette kan ses for kobber, for eksempel. Når et stykke metallisk kobber reagerer med en begrænset mængde ilt, dannes Cu2O (kobberoxid (I), kobberoxid eller dicobremonoxid):

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

Men når det reagerer i ækvivalente mængder, opnås CuO (kobberoxid (II), kobberoxid eller kobbermonoxid:

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

Reaktion af metalsalte med oxygen

Metaloxider kan dannes ved termisk nedbrydning. For at være muligt skal et eller to små molekyler frigives fra den oprindelige forbindelse (et salt eller et hydroxid):

M (OH)2 + Q => MO + H2O

MCO3 + Q => MO + CO2

2M (nr3)2 + Q => MO + 4NO2 + O2

Bemærk at H2O, CO2, NO2 og o2 frigives molekylerne.

applikationer

På grund af den rige sammensætning af metaller i jordskorpen og ilt i atmosfæren findes metaloxider i mange mineralogiske kilder, hvorfra en fast base kan opnås til fremstilling af nye materialer.

Hvert metaloxid finder meget specifikke anvendelser, fra ernæringsmæssige (ZnO og MgO) til cementadditiver (CaO), eller simpelthen som uorganiske pigmenter (Cr).2O3).

Nogle oxider er så tætte, at den kontrollerede vækst af deres lag kan beskytte en legering eller metal fra yderligere oxidation. Selv undersøgelser har afsløret, at oxidation af det beskyttende lag fortsætter som om det var en væske, der dækker alle materialets revner eller overfladiske defekter.

Metaloxider kan vedtage fascinerende strukturer, enten som nanopartikler eller som store polymere aggregater.

Denne kendsgerning gør dem genstand for undersøgelser for syntesen af ​​intelligente materialer på grund af dets store overfladeareal, som bruges til at designe enheder, som svarer til den mindst fysiske stimulus.

På samme måde er metalliske oxider råmaterialet i mange teknologiske anvendelser, fra spejle og keramik med unikke egenskaber til elektronisk udstyr, til solpaneler.

eksempler

Jernoxider

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

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

Troen3O4, også kendt som magnetit, det er et blandet oxid; Det betyder, at den består af en fast blanding af FeO og Fe2O3.

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

Alkaliske og jordalkalimider

Både alkaliske og jordalkalimetaller har et enkelt oxidationsnummer, så deres oxider er mere "simple":

-na2O: natriumoxid.

-Li2O: lithiumoxid.

-K2O: kaliumoxid.

-CaO: calciumoxid.

-MgO: magnesiumoxid.

-BeO: Berylliumoxid (som er et amfotert oxid)

Gruppe IIIA oxider (13)

Elementerne i gruppe IIIA (13) kan kun danne oxider med et oxidationsnummer på +3. Således har de en kemisk formel M2O3 og dets oxider er følgende:

-til2O3: aluminiumoxid.

-ga2O3: galliumoxid.

-i2O3: indiumoxid.

Og endelig

-tl2O3: thalliumoxid.

referencer

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s. 237.
  2. AlonsoFormula. Metaloxider. Modtaget fra: alonsoformula.com
  3. Regenter ved University of Minnesota. (2018). Syre-basiske egenskaber ved metal og ikke-metaloxider. Modtaget fra: chem.umn.edu
  4. David L. Chandler. (3. april 2018). Selvhelende metaloxider kan beskytte mod korrosion. Modtaget fra: news.mit.edu
  5. Fysiske tilstander og strukturer af oxider. Taget fra: wou.edu
  6. Quimitube. (2012). Oxideringen af ​​jern. Taget fra: quimitube.com
  7. Kemi LibreTexts. Oxider. Modtaget fra: chem.libretexts.org
  8. Kumar M. (2016) Nanostrukturer af metaloxid: Vækst og anvendelser. I: Husain M., Khan Z. (eds) Fremskridt i nanomaterialer. Advanced Structured Materials, vol 79. Springer, New Delhi