Metāla oksīdu īpašības, nomenklatūra, izmantošanas veidi un piemēri

The metāla oksīdi tie ir neorganiski savienojumi, ko veido metālu katjoni un skābeklis. Tie parasti satur lielu daudzumu jonu cietvielu, kurās oksīda anjons (O^2-) elektrostatiski mijiedarbojas ar M sugām⁺.

M⁺ tas ir jebkurš katjons, kas iegūts no tīra metāla: no sārmajiem un pārejas metāliem, izņemot dažus cēlmetālus (piemēram, zeltu, platīnu un palādiju), uz periodiskākās tabulas bloka smagākiem elementiem ( kā svins un bismuts).

Augšējā attēlā redzama dzelzs virsma, ko sedz sarkanīgas garozas. Šīs "garozas" ir tās, kas pazīstamas kā rūsas vai rūsas, kas savukārt atspoguļo metāla oksidācijas vizuālo pārbaudi tās vides apstākļu dēļ. Ķīmiski rūss ir hidratēts dzelzs oksīdu maisījums (III)..

Kāpēc metāla oksidēšanās izraisa tās virsmas degradāciju? Tas ir saistīts ar skābekļa iekļaušanu metāla kristāla struktūrā.

Kad tas notiek, metāla tilpums palielinās, un sākotnējās mijiedarbības vājinās, izraisot cietā sadalīšanos. Arī šīs plaisas ļauj vairāk skābekļa molekulu iekļūt iekšējos metāla slāņos, ēdot visu gabalu no iekšpuses..

Tomēr šis process notiek dažādos ātrumos un ir atkarīgs no metāla veida (tā reaktivitātes) un fiziskajiem apstākļiem, kas to ieskauj. Tāpēc ir faktori, kas paātrina vai palēnina metāla oksidēšanos; divi no tiem ir mitruma un pH klātbūtne.

Kāpēc? Tā kā metāla oksidēšana metāla oksīda iegūšanai nozīmē elektronu pārnesi. Šie "ceļojumi" no vienas ķīmiskās sugas uz citu, kamēr barotne to atvieglo, vai nu ar jonu klātbūtni (H. \ T⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, uc), kas maina pH, vai ūdens molekulas, kas nodrošina transporta līdzekli.

Analītiski metāla tendence veidot atbilstošo oksīdu atspoguļojas tās reducēšanas potenciālos, kas atklāj, kurš metāls ātrāk reaģē salīdzinājumā ar citu metālu..

Zelts, piemēram, ir daudz lielāks samazināšanas potenciāls nekā dzelzs, tāpēc tas spīd ar savu raksturīgo zelta spīdumu bez oksīda, kas to izplūst..

Indekss

• 1 Nemetālisko oksīdu īpašības
  • 1.1
  • 1.2 Amfoterisms
• 2 Nomenklatūra
  • 2.1 Tradicionālā nomenklatūra
  • 2.2. Sistemātiska nomenklatūra
  • 2.3. Akciju nomenklatūra
  • 2.4. Valences skaita aprēķināšana
• 3 Kā tie veidojas?
  • 3.1. Metāla tieša reakcija ar skābekli
  • 3.2 Metāla sāļu reakcija ar skābekli
• 4 Lietojumi
• 5 Piemēri
  • 5.1 Dzelzs oksīdi
  • 5.2. Sārmu un sārmu zemes oksīdi
  • 5.3. IIIA grupas oksīdi (13)
• 6 Atsauces

Nemetālisko oksīdu īpašības

Metāla oksīdu īpašības atšķiras atkarībā no metāla un kā tas mijiedarbojas ar anjonu O^2-. Tas nozīmē, ka dažiem oksīdiem ir augstāks ūdens blīvums vai šķīdība nekā citiem. Tomēr visiem ir kopīgs metālisks raksturs, kas neizbēgami atspoguļojas tās pamatīgumā.

Citiem vārdiem sakot: tie ir pazīstami arī kā bāzes anhidrīdi vai bāzes oksīdi.

Baziskums

Metālu oksīdu bāziskumu var pārbaudīt eksperimentāli, izmantojot skābes bāzes indikatoru. Kā? Maza oksīda gabala pievienošana ūdens šķīdumam ar dažiem izšķīdušiem indikatoriem; tas var būt sašķidrināts sulas kāposti.

Ņemot vērā to, ka krāsu diapazons ir atkarīgs no pH, oksīds padarīs sulu zilganas krāsas, kas atbilst pamata pH (ar vērtībām starp 8 un 10). Tas ir tāpēc, ka izšķīdušā oksīda daļa atbrīvo OH jonus^- uz vidi, tie ir eksperimentā, kas atbild par pH izmaiņām.

Tādējādi MO oksīdam, kas tiek šķīdināts ūdenī, tas tiek pārveidots metāla hidroksīdā ("hidratēts oksīds") saskaņā ar šādiem ķīmiskiem vienādojumiem:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Otrais vienādojums ir M (OH) hidroksīda šķīdības līdzsvars.₂. Ņemiet vērā, ka metālam ir 2+ uzlāde, kas nozīmē arī to, ka tā valence ir +2. Metāla valence ir tieši saistīta ar tās tendenci iegūt elektronus.

Tādā veidā, jo pozitīvāks ir valence, jo lielāks ir skābums. Gadījumā, ja M bija valence +7, tad M oksīds₂O₇ tas būtu skābs, nevis pamata.

Anfoterismo

Metāla oksīdi ir pamata, taču ne visiem ir vienāds metālisks raksturs. Kā zināt? Metāla M atrašanās periodiskajā tabulā. Jo vairāk tas ir pa kreisi no tā, un zemākajos periodos, jo vairāk metālisks tas būs, un jo vairāk bāzes būs tā oksīds..

Pie robežas starp bāzes un skābajiem oksīdiem (nemetāliskie oksīdi) ir amfoteriskie oksīdi. Šeit vārds “amfoteriskais” nozīmē, ka oksīds darbojas kā bāze un skābe, kas ir tāds pats kā ūdens šķīdumā, tas var veidot hidroksīdu vai ūdens kompleksu M (OH₂)₆²⁺.

Ūdens komplekss nav nekas cits kā koordinācija n ūdens molekulas ar metālisko centru M. M kompleksam (OH)₂)₆²⁺, metāla M²⁺ To ieskauj sešas ūdens molekulas, un to var uzskatīt par hidratētu katjonu. Daudzi no šiem kompleksiem izpaužas intensīvās krāsās, piemēram, attiecībā uz vara un kobalta.

Nomenklatūra

Kā tiek nosaukti metāla oksīdi? Ir trīs veidi, kā to izdarīt: tradicionālo, sistemātisko un krājumu.

Tradicionālā nomenklatūra

Lai pareizi norādītu metāla oksīdu saskaņā ar IUPAC reglamentētajiem noteikumiem, ir jāzina iespējamās metāla M. valences. Lielākais (pozitīvākais) ir piešķirts metālam ar nosaukumu sufikss -ico, bet mazs, prefikss -oso.

Piemērs: ņemot vērā metālu M valences +2 un +4, tā attiecīgie oksīdi ir MO un MO₂. Ja M būtu svins, tad Pb, tad PbO būtu oksīdssedz, un PbO₂ oksīda plūmjuico. Ja metālam ir tikai viena valence, to sauc par oksīdu ar sufiksu -ico. Tātad, Na₂Vai tas ir nātrija oksīds.

No otras puses, hipo un prefikss tiek pievienots, ja metālam ir pieejamas trīs vai četras valences. Tādā veidā Mn₂O₇ tas ir oksīds parmangānsico, jo Mn ir valence +7, kas ir augstākais no visiem.

Tomēr šāda veida nomenklatūra rada zināmas grūtības un parasti to izmanto vismazāk.

Sistemātiska nomenklatūra

Tā ņem vērā M atomu un skābekļa daudzumu, kas veido oksīda ķīmisko formulu. No tiem tiek piešķirti attiecīgie prefiksi mono-, di-, tri-, tetra- utt..

Izmantojot trīs jaunākos metāla oksīdus, PbO ir svina monoksīds; PbO₂ svina dioksīds; un Na₂Vai dinātrija monoksīds. Rūsas gadījumā Fe₂O₃, tā nosaukums ir dihierro trioksīds.

Akciju nomenklatūra

Atšķirībā no pārējām divām nomenklatūrām, metalam ir lielāka nozīme. Valenci nosaka ar romiešu cipariem iekavās: (I), (II), (III), (IV) utt. Tad metāla oksīdu sauc par metāla oksīdu (n)..

Piemērojot krājumu nomenklatūru iepriekšējiem piemēriem, mums ir:

-PbO: svina oksīds (II).

-PbO₂: svina oksīds (IV).

-Na₂O: nātrija oksīds. Tā kā tam ir unikāls +1 valence, tas nav norādīts.

-Ticība₂O₃: dzelzs oksīds (III).

-Mn₂O₇: mangāna oksīds (VII).

Valences skaita aprēķināšana

Bet, ja jums nav periodiskas tabulas ar valentiem, kā jūs varat tos noteikt? Tāpēc mums jāatceras, ka anjons O^2- tas dod divus negatīvus lādiņus uz metāla oksīdu. Ievērojot neitralitātes principu, šie negatīvie maksājumi ir jānovērš ar pozitīvajiem metāliem.

Tāpēc, ja oksigēnu skaits ir zināms pēc ķīmiskās formulas, metāla valensiju var noteikt algebriski tā, lai uzlādes summa būtu nulle.

Mn₂O₇ ir septiņi oksigēni, tad tā negatīvie lādiņi ir 7x (-2) = -14. Lai neitralizētu negatīvo lādiņu -14, mangānam jānodrošina +14 (14-14 = 0). Matemātiskā vienādojuma ieviešana ir:

2X - 14 = 0

2 nāk no tā, ka ir divi mangāna atomi. X risināšana un tīrīšana, metāla valence:

X = 14/2 = 7

Tas nozīmē, ka katram Mn ir valence +7.

Kā tās veidojas?

Mitrums un pH tieši ietekmē metālu oksidēšanos to attiecīgajos oksīdos. CO klātbūtne₂, Skābes oksīds var tikt pietiekami izšķīdināts ūdenī, kas pārklāj metāla daļu, lai paātrinātu skābekļa iekļaušanu anjonu formā metāla kristāla struktūrā..

Šo reakciju var arī paātrināt, paaugstinot temperatūru, īpaši, ja ir vēlams īsā laikā iegūt oksīdu.

Metāla tieša reakcija ar skābekli

Metāla oksīdi veidojas kā reakcija starp metālu un apkārtējo skābekli. To var attēlot ar tālāk norādīto ķīmisko vienādojumu:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Šī reakcija ir lēna, jo skābeklim ir spēcīga dubultā O = O saite un elektroniskā pārnese starp to un metālu ir neefektīva.

Tomēr tas ievērojami paātrinās, palielinoties temperatūrai un virsmai. Tas ir saistīts ar to, ka tiek nodrošināta O = O dubultās saites izjaukšanai nepieciešamā enerģija, un, tā kā ir lielāka platība, skābeklis vienmērīgi pārvietojas visā metāla iekšpusē, vienlaicīgi saduroties ar metāla atomiem.

Jo lielāks ir skābekļa reaģentu daudzums, jo lielāks ir valences vai oksidācijas numurs, kas rodas metālam. Kāpēc? Tā kā skābeklis aizķer arvien vairāk elektronu no metāla, līdz tas sasniedz augstāko oksidācijas numuru.

To var redzēt, piemēram, varam. Kad metāla vara vara reaģē ar ierobežotu skābekļa daudzumu, tiek veidots Cu₂O (vara oksīds (I), vara oksīds vai dikobra monoksīds):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (siltums) => 2Cu₂O (s) (sarkans ciets)

Bet, reaģējot ekvivalentos daudzumos, iegūst CuO (vara oksīds (II), vara oksīds vai vara monoksīds):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (siltums) => 2CuO (s) (ciets melns)

Metāla sāļu reakcija ar skābekli

Metāla oksīdus var veidot, termiski sadaloties. Lai būtu iespējams, no sākotnējā savienojuma (sāls vai hidroksīds) jāatbrīvo viena vai divas mazas molekulas:

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Ņemiet vērā, ka H₂O, CO₂, NĒ₂ un O₂ ir atbrīvotas molekulas.

Lietojumi

Sakarā ar bagātīgo metālu sastāvu zemes garozā un skābekli atmosfērā, daudzos mineraloģiskos avotos atrodami metāla oksīdi, no kuriem var iegūt cietu pamatu jaunu materiālu ražošanai..

Katrs metāla oksīds atrod ļoti specifisku pielietojumu - no uztura (ZnO un MgO) līdz cementa piedevām (CaO) vai vienkārši kā neorganiskiem pigmentiem (Cr).₂O₃).

Daži oksīdi ir tik blīvi, ka to slāņu kontrolēta augšana var aizsargāt sakausējumu vai metālu no turpmākas oksidēšanās. Pat pētījumi ir atklājuši, ka aizsargslāņa oksidēšanās notiek tā, it kā tas būtu šķidrums, kas aptver visus metāla plaisas vai virspusējos defektus..

Metāla oksīdi var uzņemt aizraujošas struktūras kā nanodaļiņas vai kā lieli polimēru agregāti.

Šis fakts padara tos par pētījumiem par inteliģento materiālu sintēzi, pateicoties tās lielajai virsmai, ko izmanto tādu ierīču projektēšanai, kas reaģē uz vismazāk fiziskiem stimuliem..

Tāpat metāliskie oksīdi ir daudzu tehnoloģisku pielietojumu izejmateriāli, sākot no spoguļiem un keramikas ar unikālām elektronisko iekārtu īpašībām, saules paneļiem..

Piemēri

Dzelzs oksīdi

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

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄s) magnētiskais dzelzs oksīds.

Ticība₃O₄, pazīstams arī kā magnetīts, tas ir jauktais oksīds; Tas nozīmē, ka tas sastāv no FeO un Fe cieta maisījuma₂O₃.

4Fe₃O₄s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃s) dzelzs oksīds (III).

Sārmu un sārmu zemes oksīdi

Gan sārmu, gan sārmzemju metāliem ir viens oksidācijas numurs, tāpēc to oksīdi ir "vienkāršāki":

-Na₂O: nātrija oksīds.

-Li₂O: litija oksīds.

-K₂O: kālija oksīds.

-CaO: kalcija oksīds.

-MgO: magnija oksīds.

-BeO: berilija oksīds (kas ir amfoteroksīds)

IIIA grupas oksīdi (13)

IIIA grupas (13) elementi var veidot oksīdus tikai ar oksidācijas skaitu +3. Tādējādi tiem ir ķīmiskā formula M₂O₃ un tā oksīdi ir šādi:

-Al₂O₃: alumīnija oksīds.

-Ga₂O₃: gallija oksīds.

-In₂O₃: indija oksīds.

Un visbeidzot

-Tl₂O₃: tallija oksīds.

Atsauces

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Ķīmija (8. izdevums). CENGAGE Learning, 237. lpp.
2. AlonsoFormula. Metāla oksīdi. Ņemts no: alonsoformula.com
3. Minesotas Universitātes valdnieki (2018). Metāla un nemetāla oksīdu skābes bāzes īpašības. Ņemts no: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (2018. gada 3. aprīlis). Pašārstējošie metāla oksīdi var pasargāt no korozijas. No: news.mit.edu
5. Oksīdu fiziskās valstis un struktūras. Paņemts no: wou.edu
6. Quimitube (2012). Dzelzs oksidēšanās. Uzņemts no: quimitube.com
7. Ķīmija LibreTexts. Oksīdi Ņemts no: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Metāla oksīda nanostruktūras: izaugsme un lietojumi. In: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in nanomaterials. Uzlaboti strukturēti materiāli, vol 79. Springer, New Delhi