Metallioksidien ominaisuudet, nimikkeistö, käyttötavat ja esimerkit

metallioksidit ne ovat epäorgaanisia yhdisteitä, jotka muodostuvat metallikationeista ja hapesta. Ne käsittävät yleensä suuren määrän ionisia kiintoaineita, joissa oksidianioni (O^2-) sähköstaattisesti vuorovaikutuksessa M-lajien kanssa⁺.

M⁺ tämä on kaikki kationi, joka on peräisin puhdasta metallista: emäksisistä ja siirtymämetalleista, lukuun ottamatta joitakin jalometalleja (kuten kultaa, platinaa ja palladiumia) jaksollisen taulukon lohkon p raskaampiin osiin ( kuten lyijy ja vismutti).

Ylemmässä kuvassa on punertavan kuoren peittämä rautapinta. Nämä "kuoret" ovat mitä kutsutaan ruosteeksi tai ruosteeksi, mikä puolestaan ​​edustaa visuaalista testiä metallin hapettumisesta ympäristön olosuhteiden vuoksi. Kemiallisesti ruoste on rautaoksidien hydratoitu seos (III).

Miksi metallin hapettuminen johtaa sen pinnan hajoamiseen? Tämä johtuu hapen sisällyttämisestä metallin kiteiseen rakenteeseen.

Kun näin tapahtuu, metallin tilavuus kasvaa ja alkuperäiset vuorovaikutukset heikentyvät, jolloin kiinteä hajoaa. Nämä halkeamat sallivat myös enemmän happimolekyylejä tunkeutua sisäisiin metallikerroksiin, syömällä koko kappaleen sisältä..

Tämä prosessi tapahtuu kuitenkin eri nopeuksilla ja riippuu metallin luonteesta (sen reaktiivisuudesta) ja sen ympäröivistä fyysisistä olosuhteista. Siksi on olemassa tekijöitä, jotka nopeuttavat tai hidastavat metallin hapettumista; kaksi niistä on kosteuden ja pH: n läsnäolo.

Miksi? Koska metallin hapettuminen metallioksidin tuottamiseksi edellyttää elektroninsiirtoa. Nämä "kulkeminen" yhdestä kemiallisesta lajista toiseen niin kauan kuin väliaine helpottaa sitä joko ionien läsnäololla (H⁺, na⁺, mg²⁺, cl^-, jne.), jotka muuttavat pH: ta tai vesimolekyylejä, jotka tarjoavat kuljetusvälineen.

Analyyttisesti metallin taipumus muodostaa vastaava oksidi heijastuu sen pelkistyspotentiaaleihin, mikä paljastaa, mikä metalli reagoi nopeammin verrattuna toiseen.

Kulta on esimerkiksi huomattavasti pienempi kuin rauta, minkä vuoksi se loistaa omalla kultaisella hehkullaan ilman oksidia, joka hämärtää sitä..

indeksi

• 1 Ei-metallisten oksidien ominaisuudet
  • 1.1 Perustiedot
  • 1.2 Amfoterismi
• 2 Nimikkeistö
  • 2.1 Perinteinen nimikkeistö
  • 2.2 Järjestelmällinen nimikkeistö
  • 2.3 Varastojen nimikkeistö
  • 2.4 Valenssin laskeminen
• 3 Miten ne muodostuvat?
  • 3.1 Metallin suora reaktio hapen kanssa
  • 3.2 Metallisuolojen reaktio hapen kanssa
• 4 Käyttö
• 5 Esimerkkejä
  • 5.1 Rautaoksidit
  • 5.2 Alkali- ja maa-alkalioksidit
  • 5.3 Ryhmä IIIA-oksidit (13)
• 6 Viitteet

Ei-metallisten oksidien ominaisuudet

Metallioksidien ominaisuudet vaihtelevat metallista riippuen ja siitä, miten se on vuorovaikutuksessa anionin O: n kanssa^2-. Tämä merkitsee sitä, että joillakin oksideilla on suurempi tiheys tai liukoisuus veteen kuin muut. Kaikilla on kuitenkin yhteinen metallinen luonne, joka heijastuu väistämättä sen perustavuuteen.

Toisin sanoen: niitä kutsutaan myös emäksisiksi anhydrideiksi tai emäksiksi oksideiksi.

emäksisyys

Metallioksidien emäksisyyttä voidaan tarkistaa kokeellisesti käyttämällä happo-emäsindikaattoria. Miten? Pienen osan oksidia lisätään vesiliuokseen, jossa on jonkin verran liuennutta indikaattoria; tämä voi olla purppura kaaliiden nesteytettyä mehua.

Sen jälkeen kun väri on vaihteleva pH: sta riippuen, oksidi kääntää mehun sinertäviksi, mikä vastaa emäksistä pH: ta (arvoilla 8 ja 10). Tämä johtuu siitä, että oksidin liuennut osa vapauttaa OH-ioneja^- ympäristöön, ja nämä ovat kokeessa, joka vastaa pH: n muutoksesta.

Siten MO: ssa, joka liuotetaan veteen, se muunnetaan metallihydroksidiksi ("hydratoitu oksidi") seuraavien kemiallisten yhtälöiden mukaisesti:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Toinen yhtälö on hydroksidin M (OH) liukoisuus tasapaino₂. Huomaa, että metallilla on 2+ lataus, mikä tarkoittaa myös, että sen valenssi on +2. Metallin valenssi liittyy suoraan sen taipumukseen saada elektroneja.

Näin positiivisempi valenssi, sitä suurempi sen happamuus. Siinä tapauksessa, että M: n valenssi oli +7, M-oksidi₂O₇ se olisi hapan eikä perustavaa.

amfoteerisuus

Metallioksidit ovat perusperiaatteita, mutta kaikilla ei ole samaa metallista. Miten tietää? Metallin M sijainti jaksollisessa taulukossa. Mitä enemmän se on sen vasemmalla puolella, ja mitä alhaisemmilla kausilla sitä enemmän metalli on, ja sen vuoksi sitä peruspohjaisempi oksidi on.

Emäksisten ja happamien oksidien (ei-metalliset oksidit) rajalla ovat amfoteeriset oksidit. Tässä sana "amfoteerinen" tarkoittaa, että oksidi toimii sekä emäksenä että hapona, joka on sama kuin vesiliuoksessa, jolloin se voi muodostaa hydroksidin tai vesipitoisen kompleksin M (OH₂)₆²⁺.

Vesipitoinen kompleksi ei ole muuta kuin n vesimolekyylit, joissa on metallinen keskus M. M-kompleksille (OH₂)₆²⁺, metalli M²⁺ Sitä ympäröi kuusi vesimolekyyliä, ja sitä voidaan pitää hydratoituna kationina. Monet näistä komplekseista ilmentävät voimakkaita värejä, kuten kuparin ja koboltin suhteen havaittuja.

nimistö

Miten metallioksidit nimetään? On kolme tapaa tehdä se: perinteiset, järjestelmälliset ja varastot.

Perinteinen nimikkeistö

Jotta metallioksidi voitaisiin nimetä oikein IUPAC: n sääntelemien sääntöjen mukaisesti, on tiedettävä metallin M mahdolliset valenssit. Suurin (positiivisin) on nimetty sufiksi -ico-metallille, kun taas pieni, etuliite -oso.

Esimerkki: kun otetaan huomioon metallin M valenssit +2 ja +4, sen vastaavat oksidit ovat MO ja MO₂. Jos M olisi lyijy, Pb, niin PbO olisi oksidiakantaa, ja PbO₂ oksidi-luumuICO. Jos metallissa on vain yksi valenssi, se nimetään sen oksidiksi suffiksilla -ico. Niin, Na₂Tai onko se natriumoksidi.

Toisaalta hypo- ja perifiksit lisätään, kun metallille on käytettävissä kolme tai neljä valenssia. Tällä tavoin Mn₂O₇ se on oksidi kohtiMANGANICO, koska Mn on valenssi +7, joka on korkein kaikista.

Tällainen nimikkeistö aiheuttaa kuitenkin tiettyjä vaikeuksia, ja se on yleensä vähiten käytetty.

Järjestelmällinen nimikkeistö

Siinä otetaan huomioon M-atomien ja hapen määrä, jotka muodostavat oksidin kemiallisen kaavan. Niiltä annetaan vastaavia etuliitteitä mono-, di-, tri-, tetra- jne..

Kun kolme viimeistä metallioksidia on esimerkkinä, PbO on lyijymonoksidi; PbO₂ lyijy-dioksidi; ja Na₂Tai dinatriummonoksidi. Ruosteen tapauksessa Fe₂O₃, sen nimi on dihierron trioksidi.

Varaston nimikkeistö

Toisin kuin kaksi muuta nimikkeistöä, metallin valenssilla on suurempi merkitys. Valenssi on merkitty roomalaisilla numeroilla suluissa: (I), (II), (III), (IV) jne. Sitten metallioksidi nimetään metallioksidiksi (n).

Varastojen nimikkeistön soveltaminen aikaisempiin esimerkkeihin:

-PbO: lyijyoksidi (II).

-PbO₂: lyijyoksidi (IV).

-na₂O: natriumoksidi. Koska sillä on ainutlaatuinen valenssi +1, sitä ei ole määritetty.

-usko₂O₃: rautaoksidi (III).

-mn₂O₇: mangaanioksidi (VII).

Valenssin määrän laskeminen

Mutta jos sinulla ei ole jaksollista pöytää, jossa on valensseja, miten voit määrittää ne? Tätä varten on muistettava, että anioni O^2- se aiheuttaa kaksi negatiivista varausta metallioksidiin. Neutraalisuuden periaatteen mukaisesti nämä negatiiviset varaukset on neutraloitava metallin positiivisilla hinnoilla.

Siksi, jos oksygeenien lukumäärä tunnetaan kemiallisella kaavalla, metallin valenssi voidaan määrittää algebrallisesti siten, että varausten summa antaa nollaa.

Mn₂O₇ sillä on seitsemän oksygeenia, sen negatiiviset varaukset ovat 7x (-2) = -14. Negatiivisen -14-varauksen neutraloimiseksi mangaanin on annettava +14 (14-14 = 0). Matemaattisen yhtälön asettaminen on sitten:

2X - 14 = 0

2 tulee siitä, että on olemassa kaksi mangaaniatomia. X: n ratkaiseminen ja selvittäminen, metallin valenssi:

X = 14/2 = 7

Toisin sanoen jokaisella Mn: llä on valenssi +7.

Miten ne muodostuvat?

Kosteus ja pH vaikuttavat suoraan metallien hapettumiseen niiden vastaavissa oksideissa. CO: n läsnäolo₂, Happooksidi voidaan liuottaa tarpeeksi veteen, joka peittää metalliosan, nopeuttamaan hapen sisällyttämistä anioniseen muotoon metallin kiderakenteeseen.

Tämä reaktio voidaan myös kiihdyttää lämpötilan nousulla, varsinkin kun halutaan saada oksidi lyhyessä ajassa.

Metallin suora reaktio hapen kanssa

Metallioksidit muodostuvat metallin ja ympäröivän hapen välisen reaktion tuotteena. Tämä voidaan esittää alla olevan kemiallisen yhtälön kanssa:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (t)

Tämä reaktio on hidasta, koska hapella on voimakas kaksoissuhde O = O ja elektroninen siirto sen ja metallin välillä on tehotonta.

Kuitenkin se kiihtyy huomattavasti lämpötilan ja pinta-alan kasvun myötä. Tämä johtuu siitä, että aikaansaadaan O = O-kaksoissidoksen rikkomiseksi tarvittava energia, ja kun on suurempi alue, happi liikkuu tasaisesti koko metallissa, törmäämällä samanaikaisesti metalliatomien kanssa.

Mitä suurempi määrä happea reagoivaa ainetta, sitä suurempi on metallin valenssi- tai hapetusnumero. Miksi? Koska happi tarttuu yhä useampaan elektroniin metallista, kunnes se saavuttaa korkeimman hapettumisnumeron.

Tämä näkyy esimerkiksi kuparissa. Kun metallisen kuparin pala reagoi rajoitetun määrän happea, muodostuu Cu₂O (kuparioksidi (I), kuparioksidi tai dikrobimonoksidi):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (lämpö) => 2Cu₂O (s) (punainen kiinteä aine)

Mutta kun se reagoi ekvivalenttisina määrinä, saadaan CuO (kuparioksidi (II), kuparioksidi tai kuparimonoksidi):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (lämpö) => 2 CuO (s) (kiinteä musta)

Metallisuolojen reaktio hapen kanssa

Metallioksidit voidaan muodostaa termisen hajoamisen kautta. Jotta mahdollista, yksi tai kaksi pientä molekyyliä on vapautettava alkuperäisestä yhdisteestä (suola tai hydroksidi):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Huomaa, että H₂O, CO₂, NO₂ ja O₂ vapautuvat molekyylit.

sovellukset

Maan kuoressa olevien metallien rikkaan koostumuksen ja ilmakehän hapen vuoksi metallioksideja löytyy monista mineralogisista lähteistä, joista voidaan saada kiinteä emäs uusien materiaalien valmistukseen..

Jokainen metallioksidi löytää hyvin erityisiä käyttötarkoituksia ravitsemuksellisista (ZnO ja MgO) sementtilisäaineista (CaO) tai yksinkertaisesti epäorgaanisina pigmentteinä (Cr).₂O₃).

Jotkut oksidit ovat niin tiheitä, että niiden kerrosten kontrolloitu kasvu voi suojata seosta tai metallia lisähapetuksesta. Jopa tutkimukset ovat osoittaneet, että suojakerroksen hapettuminen etenee kuin se olisi nestettä, joka kattaa kaikki metallin halkeamat tai pinnalliset viat..

Metallioksidit voivat käyttää kiehtovia rakenteita joko nanohiukkasina tai suurina polymeerinäytteinä.

Tämä tekee niistä tutkimuksen kohteena älykkään materiaalin synteesille sen suuren pinta-alan vuoksi, jota käytetään sellaisten laitteiden suunnitteluun, jotka reagoivat vähiten fyysiseen ärsykkeeseen.

Samoin metalliset oksidit ovat monien teknologisten sovellusten raaka-aine, peileistä ja keramiikasta, jossa on ainutlaatuisia ominaisuuksia elektronisille laitteille, aurinkopaneeleille.

esimerkit

Rautaoksidit

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

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄s) magneettinen rautaoksidi.

Usko₃O₄, tunnetaan myös nimellä magnetiitti, se on sekoitettu oksidi; Tämä tarkoittaa, että se koostuu FeO: n ja Fe: n kiinteästä seoksesta₂O₃.

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

Alkaliset ja alkalimetallioksidit

Sekä emäksisillä että emäksisillä maametalleilla on yksi hapetusnumero, joten niiden oksidit ovat "yksinkertaisia":

-na₂O: natriumoksidi.

-li₂O: litiumoksidi.

-K₂O: kaliumoksidi.

-CaO: kalsiumoksidi.

-MgO: magnesiumoksidi.

-BeO: berylliumoksidi (joka on amfoteerinen oksidi)

Ryhmä IIIA-oksidit (13)

Ryhmän IIIA (13) elementit voivat muodostaa oksideja vain hapettumisnumerolla +3. Siten niillä on kemiallinen kaava M₂O₃ ja sen oksidit ovat seuraavat:

-että₂O₃: alumiinioksidi.

-ga₂O₃: galliumoksidi.

-sisään₂O₃: indiumoksidi.

Ja lopuksi

-tl₂O₃: talliumoksidi.

viittaukset

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning, s. 237.
2. AlonsoFormula. Metallioksidit. Otettu: alonsoformula.com
3. Minnesotan yliopiston kansanedustajat (2018). Metallien ja nonmetal-oksidien happopohjaiset ominaisuudet. Otettu: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3. huhtikuuta 2018). Itsekorjaavat metallioksidit voisivat suojata korroosiolta. Otettu: news.mit.edu
5. Oksidien fyysiset tilanteet ja rakenteet. Otettu: wou.edu
6. Quimitube. (2012). Raudan hapettuminen. Otettu: quimitube.com
7. Kemia LibreTexts. Oksideja. Otettu: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Metallioksidin nanorakenteet: Kasvu ja sovellukset. Julkaisussa: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in nanomaterials. Advanced Structured Materials, vol. 79. Springer, New Delhi