- Svojstva nemetalnih oksida
- lužnatost
- Amphotericism
- Nomenklatura
- Tradicionalna nomenklatura
- Sustavna nomenklatura
- Nomenklatura dionica
- Izračun valentnog broja
- Kako se formiraju?
- Izravna reakcija metala s kisikom
- Reakcija metalnih soli s kisikom
- Prijave
- Primjeri
- Željezovi oksidi
- Alkalijski i zemnoalkalni oksidi
- Oksidi grupe IIIA (13)
- Reference
Metalni oksidi su anorganski spojevi sačinjeni od kationa metala i kisika. Obično sadrže ogroman broj ionskih krutih tvari u kojima oksidni anion (O 2–) elektrostatički djeluje s M + vrstama.
M + je kao i svaki kation koji proizlazi iz čistog metala: od alkalija i prijelaznih metala, s izuzetkom nekih plemenitih metala (poput zlata, platine i paladija), do najtežih elemenata bloka p tablice periodični (kao što su olovo i bizmut).
Izvor: Pixabay.
Gornja slika prikazuje željeznu površinu prekrivenu crvenkastim kore. Ove "kraste" su ono što je poznato kao hrđa ili hrđa, što zauzvrat predstavlja vizualni dokaz oksidacije metala kao rezultat uvjeta njegove okoline. Kemijski je hrđa hidratizirana mješavina željezovih (III) oksida.
Zašto oksidacija metala dovodi do degradacije njegove površine? To je zbog ugradnje kisika u kristalnu strukturu metala.
Kad se to dogodi, volumen metala se povećava, a izvorne interakcije slabe, što uzrokuje raspadanje krute tvari. Isto tako, ove pukotine omogućuju više molekula kisika da prodiru u unutarnje metalne slojeve, potpuno pojedući komad iznutra.
Međutim, ovaj se proces odvija različitim brzinama i ovisi o prirodi metala (njegovoj reaktivnosti) i fizičkim uvjetima koji ga okružuju. Stoga postoje čimbenici koji ubrzavaju ili usporavaju oksidaciju metala; dva od njih su prisutnost vlage i pH.
Zašto? Budući da oksidacija metala za proizvodnju metalnog oksida uključuje prijenos elektrona. Ta "putovanja" iz jedne kemijske vrste u drugu sve dok ih okruženje olakšava, bilo prisutnošću iona (H +, Na +, Mg 2+, Cl - itd.), Koji mijenjaju pH, ili molekule vode koje osiguravaju prijevozno sredstvo.
Analitički, tendencija metala da tvori odgovarajući oksid očituje se u njegovim redukcijskim potencijalima, koji otkrivaju koji metal brže reagira u usporedbi s drugim.
Zlato, na primjer, ima puno veći potencijal redukcije od željeza, zbog čega sjaji svojim karakterističnim zlatnim sjajem bez oksida da bi ga potapalo.
Svojstva nemetalnih oksida
Magnezijev oksid, metalni oksid.
Svojstva metalnih oksida ovise o metala, kako je u interakciji s O 2- anion. To znači da neki oksidi imaju veću gustoću ili topljivost u vodi u odnosu na druge. Međutim, svima je zajedničko metalno obilježje, što se neizbježno ogleda u njihovoj osnovnosti.
Drugim riječima: poznati su i kao bazični anhidridi ili bazični oksidi.
lužnatost
Osnovnost metalnih oksida može se eksperimentalno provjeriti korištenjem kiselo-baznog pokazatelja. Kako? Dodavanje malog komada oksida u vodenu otopinu s nekim otopljenim indikatorom; To može biti ukapljeni sok ljubičastog kupusa.
Nakon toga raspona boja, ovisno o pH, oksid će pretvoriti sok u plavkastu boju, što odgovara osnovnom pH (s vrijednostima između 8 i 10). To je zbog činjenice da otopljeni dio oksida oslobađa OH - ione u medij, koji su odgovorni za promjenu pH u navedenom eksperimentu.
Stoga se za oksid MO, koji se otapa u vodi, pretvara u metalni hidroksid ("hidratizirani oksid") prema sljedećim kemijskim jednadžbama:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Druga jednadžba je ravnoteža topljivosti hidroksida M (OH) 2. Imajte na umu da metal ima naboj 2+, što također znači da je njegova valencija +2. Valenost metala izravno je povezana s njegovom tendencijom dobivanja elektrona.
Na ovaj način, što je valencija pozitivnija, to je veća i njena kiselost. U slučaju da M ima valenciju +7, zatim oksid M 2 O 7 biti kiseli i bazični ne.
Amphotericism
Metalni oksidi su bazični, ali nemaju svi metalik karakter. Kako znaš? Pronalaženje metala M na periodičnoj tablici. Što se dalje nalazite lijevo od njega, i u malim će razdobljima biti metalniji, a time i vaš osnovni oksid.
Na granici između bazičnih i kiselih oksida (nemetalni oksidi) su amfoterni oksidi. Ovdje riječ "amfoterna" znači da oksid djeluje i kao baza i kao kiselina, koja je ista kao u vodenoj otopini da može tvoriti hidroksid ili vodeni kompleks M (OH 2) 6 2+.
Vodeni kompleks nije ništa drugo do koordinacija n molekula vode s metalnim središtem M. Za kompleks M (OH 2) 6 2+ metalni M2 + je okružen sa šest molekula vode i može se smatrati a hidratizirani kation. Mnogi od ovih kompleksa pokazuju intenzivnu obojenost, poput one koja se primjećuje za bakar i kobalt.
Nomenklatura
Kako se nazivaju metalni oksidi? Postoje tri načina: tradicionalni, sustavni i zalihani.
Tradicionalna nomenklatura
Za ispravno imenovanje metalnog oksida prema pravilima kojima upravlja IUPAC potrebno je znati moguće valencije metala M. Najvećim (najpozitivnijim) pripisan je sufiks -ico nazivu metala, dok je minor, prefiks –oso.
Primjer: s obzirom na + 2 i 4 valencije od metala M, njegove odgovarajuće oksidi MO i MO 2. Ako M off olovo, Pb, onda oksid PbO Plumb će nositi, a PbO 2 oksid visak ICO. Ako metal ima samo jednu valenciju, njegov oksid naziva se sufiksom –ico. Tako, Na 2 O natrijev oksid.
S druge strane, prefiksi se hipo i per dodaju kada su za metal dostupne tri ili četiri valencije. Tako, Mn 2 O 7 je oksida po mangan ICO, jer ima Mn +7 valenciju, prije svega.
Međutim, ova vrsta nomenklature predstavlja određene poteškoće i obično se najmanje koristi.
Sustavna nomenklatura
U njemu se smatra brojem M i kisikovih atoma koji čine kemijsku formulu oksida. Od njih se dodjeljuju odgovarajući prefiksi mono-, di-, tri-, tetra-, itd.
Uzimajući tri nedavna metalna oksida kao primjer, PbO je olovni monoksid; PbO 2 olovo dioksid; i Na 2 O je dinatrijev monoksidom. U slučaju hrđe, Fe 2 O 3, njegov odgovarajući ime di željezo trioksid.
Nomenklatura dionica
Za razliku od ostale dvije nomenklature, u ovoj je valencija metala važnija. Valjanost se u zagradama navodi rimskim brojevima: (I), (II), (III), (IV), itd. Metalni oksid se tada naziva metalni (n) oksid.
Primjenjujući nomenklaturu dionica za prethodne primjere, imamo:
-PbO: olovni (II) oksid.
-PbO 2: olovo (IV) oksid.
-Na 2 O: natrijev oksid. Budući da ima jedinstvenu valentnost +1, nije navedeno.
-Fe 2 O 3: željezo (III) oksid.
MN 2 O 7: mangan (VII) oksid.
Izračun valentnog broja
Ali, ako nemate periodičnu tablicu s valencijama, kako ih odrediti? Za to moramo imati na umu da anion O 2 - doprinosi dva negativna naboja metalnom oksidu. Prema principu neutralnosti, te negativne naboje treba neutralizirati pozitivnim metalnim.
Stoga, ako je broj kemijskih kisika poznat iz kemijske formule, valenost metala može se odrediti algebrično, tako da je zbroj naboja jednak nuli.
Mn 2 O 7 ima sedam kisika, tako da su njegovi negativni naboji jednaki 7x (-2) = -14. Za neutralizaciju negativnog naboja od -14, mangan mora doprinijeti +14 (14-14 = 0). Postavljajući matematičku jednadžbu imamo tada:
2X - 14 = 0
Dva proizlaze iz činjenice da postoje dva atoma mangana. Rješavanje i rješavanje za X, valentnost metala:
X = 14/2 = 7
Drugim riječima, svaka Mn ima valenciju od +7.
Kako se formiraju?
Vlaga i pH izravno utječu na oksidaciju metala u njihove odgovarajuće okside. Prisutnost CO 2, kiselog oksida, može se dovoljno otopiti u vodi koja pokriva metalni dio da bi se ubrzalo ugradnju kisika u anionskom obliku u kristalnu strukturu metala.
Ova se reakcija također može ubrzati s porastom temperature, posebno kada je poželjno dobiti oksid u kratkom vremenu.
Izravna reakcija metala s kisikom
Metalni oksidi nastaju kao produkt reakcije metala i okolnog kisika. To se može prikazati kemijskom jednadžbom u nastavku:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Ta je reakcija spora, budući da kisik ima jaku dvostruku vezu O = O, a elektronički prijenos između njega i metala nije učinkovit.
Međutim, ubrzava se znatno s porastom temperature i površine. To je zbog činjenice da je potrebna energija da bi se prekinula dvostruka veza O = O, a kako je veće područje, kisik se kreće ravnomjerno po cijelom metalu, istodobno se sudarajući s metalnim atomima.
Što je veća količina reakcijskog kisika, veći je rezultirajući valentni ili oksidacijski broj metala. Zašto? Jer kisik uzima sve više elektrona iz metala, sve dok ne dosegne najveći oksidacijski broj.
Na primjer, to se može vidjeti za bakar. Kada je dio metalnog bakra reagira s ograničenom količinom kisika, Cu 2 O formiran (bakrov (I) oksid, bakreni oksid, ili monoksida dicobre):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (toplina) => 2Cu 2 O (s) (crvena kruta tvar)
Ali kada reagira u ekvivalentnim količinama, dobiva se CuO (bakreni (II) oksid, kurični oksid ili bakreni monoksid):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (toplina) => 2CuO (s) (crna kruta tvar)
Reakcija metalnih soli s kisikom
Metalnim oksidima može se stvoriti toplinskim raspadanjem. Da bi to bilo moguće, iz polaznog spoja (soli ili hidroksida) mora se osloboditi jedna ili dvije male molekule:
M (OH) 2 + Q> MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3) 2 + Q> MO + 4NO 2 + O 2
Umu da H 2 O, CO 2, NO 2 i O 2 su objavljeni molekule.
Prijave
Zbog bogatog sastava metala u zemljinoj kori i kisika u atmosferi metalni oksidi nalaze se u mnogim mineraloškim izvorima iz kojih se može dobiti čvrsta osnova za proizvodnju novih materijala.
Svaki metalni oksid nalazi vrlo specifične namjene, od prehrambene (ZnO i MgO) kao cementne aditive (CaO), ili jednostavno kao anorganski pigmenti (Cr 2 O 3).
Neki oksidi su toliko gusti da kontrolirani rast sloja može zaštititi leguru ili metal od daljnje oksidacije. Studije su čak otkrile da se oksidacija zaštitnog sloja nastavlja kao da je riječ o tekućini koja prekriva sve pukotine ili površinske nedostatke metala.
Metalni oksidi mogu preuzeti fascinantne strukture, bilo kao nanočestice ili kao veliki polimerni agregati.
Ta činjenica čini ih predmetom istraživanja za sintezu inteligentnih materijala, zbog njihove velike površine koja se koristi za oblikovanje uređaja koji reagiraju na najmanje fizički poticaj.
Osim toga, metalni oksidi su sirovina za mnoge tehnološke primjene, od ogledala i keramike jedinstvenih svojstava za elektroničku opremu, do solarnih panela.
Primjeri
Željezovi oksidi
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (e) željezo (II) oksid.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (a), magnetski oksid.
Fe 3 O 4, također poznat kao magnetit je miješani oksid; To znači da se sastoji od krute smjese FeO i Fe 2 O 3.
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (a), željezo (III) oksid.
Alkalijski i zemnoalkalni oksidi
I alkalijski i zemnoalkalijski metali imaju samo jedan oksidacijski broj, pa su njihovi oksidi jednostavniji:
-Na 2 O: natrijev oksid.
Li 2 O: litij oksida.
-K 2 O: kalijevog oksida.
-CaO: kalcijev oksid.
-MgO: magnezijev oksid.
-BeO: berilijev oksid (koji je amfoterni oksid)
Oksidi grupe IIIA (13)
Elementi IIIA skupine (13) mogu tvoriti okside samo s oksidacijskim brojem +3. Stoga imaju kemijsku formulu M 2 O 3, a njihovi oksidi su sljedeći:
-Al 2 O 3: aluminijev oksid.
-Ga 2 O 3: galijev oksid.
-U 2 O 3: indijum oksid.
I konačno
-Tl 2 O 3: talij oksid.
Reference
- Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str. 237.
- AlonsoFormula. Metalni oksidi. Preuzeto sa: alonsoformula.com
- Regenti Sveučilišta u Minnesoti (2018). Kiselo-bazične karakteristike metalnih i nemetalnih oksida. Preuzeto iz: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3. travnja 2018.). Metalni oksidi za samoliječenje mogu zaštititi od korozije. Preuzeto iz: vijesti.mit.edu
- Fizikalna stanja i građevine oksida. Preuzeto iz: wou.edu
- Quimitube. (2012). Oksidacija željeza. Preuzeto sa: quimitube.com
- Kemija LibreTexts. Oksidi. Preuzeto sa: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Nanostrukture metalnih oksida: rast i primjene. U: Husain M., Khan Z. (ur.) Napredak u nanomaterijalima. Napredni strukturirani materijali, vol. 79. Springer, New Delhi