Proprietăți de oxizi de metal, nomenclatură, utilizări și exemple

oxizi de metal ele sunt compuși anorganici formați din cationi metalici și oxigen. Ele cuprind, în general, un număr mare de solide ionice, în care anionul de oxid (O.^2-) interacționează electrostatic cu speciile M⁺.

M⁺ acesta este orice cation care derivă din metalul pur: de la metale alcaline și de tranziție, cu excepția unor metale nobile (cum ar fi aur, platină și paladiu), la elementele mai grele ale blocului p al mesei periodice ( cum ar fi plumbul și bismutul).

Imaginea superioară prezintă o suprafață de fier acoperită de cruste roșiatice. Aceste "cruste" sunt ceea ce se numește rugina sau rugină, care la rândul lor reprezintă un test vizual al oxidării metalului datorită condițiilor din mediul său. Din punct de vedere chimic, rugina este un amestec hidratat de oxizi de fier (III).

De ce oxidarea metalului are ca rezultat degradarea suprafeței sale? Aceasta se datorează încorporării oxigenului în structura cristalină a metalului.

Când se întâmplă acest lucru, volumul metalului crește, iar interacțiunile originale se diminuează, provocând defalcarea solidului. De asemenea, aceste crăpături permit mai multor molecule de oxigen să pătrundă în straturile interne de metal, eliminând întreaga piesă din interior.

Totuși, acest proces are loc la viteze diferite și depinde de natura metalului (reactivitatea acestuia) și de condițiile fizice care îl înconjoară. Prin urmare, există factori care accelerează sau încetinesc oxidarea metalului; două dintre ele sunt prezența umidității și a pH-ului.

De ce? Deoarece oxidarea metalului pentru a produce un oxid metalic implică un transfer de electroni. Aceste "călătorii" de la o specie chimică la alta, atâta timp cât mediul o facilitează, fie prin prezența ionilor (H.⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, etc.) care modifică pH-ul sau prin moleculele de apă care asigură mijloacele de transport.

Analitic, tendința unui metal de a forma oxidul corespunzător se reflectă în potențialul său de reducere, care relevă ce metal reacționează mai repede în comparație cu celălalt.

Aurul, de exemplu, are un potențial de reducere mult mai mare decât fierul, motiv pentru care strălucește cu strălucirea sa caracteristică de aur, fără un oxid care îl estompează.

index

• 1 Proprietăți ale oxizilor nemetalici
  • 1.1 Baza de date
  • 1.2 Amfibie
• 2 Nomenclatură
  • 2.1 Nomenclatura tradițională
  • 2.2 Nomenclatura sistematică
  • 2.3 Nomenclatura stocurilor
  • 2.4 Calcularea numărului de valențe
• 3 Cum se formează?
  • 3.1 Reacția directă a metalului cu oxigenul
  • 3.2 Reacția sărurilor de metal cu oxigen
• 4 Utilizări
• 5 Exemple
  • 5.1 Oxizi de fier
  • 5.2 Oxizi alcalini și alcalino-pământoși
  • 5.3 Oxizi de grup IIIA (13)
• 6 Referințe

Proprietăți ale oxizilor nemetalici

Proprietățile oxizilor metalici variază în funcție de metal și de modul în care acesta interacționează cu anionul O^2-. Aceasta conduce la unele oxizi care au densități sau solubilități mai mari în apă decât altele. Cu toate acestea, toate au în comun caracterul metalic, care se reflectă în mod inevitabil în bazicitatea sa.

Cu alte cuvinte: acestea sunt, de asemenea, cunoscute ca anhidride de bază sau oxizi de bază.

bazicitate

Bazicitatea oxizilor metalici poate fi verificată experimental prin utilizarea unui indicator acid bază. Cum? Adăugarea unei mici bucăți de oxid într-o soluție apoasă cu un anumit indicator dizolvat; Acesta poate fi sucul lichefiat de varză purpurie.

Având apoi gama de culori în funcție de pH, oxidul va transforma sucul în culori albastru, corespunzând pH-ului bazic (cu valori cuprinse între 8 și 10). Acest lucru se datorează faptului că porțiunea dizolvată a oxidului eliberează ioni de OH^- la mediul înconjurător, fiind aceștia în experimentul responsabil pentru modificarea pH-ului.

Astfel, pentru un oxid MO care este solubilizat în apă, acesta este transformat în hidroxid de metal ("oxid hidratat") conform următoarelor ecuații chimice:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

A doua ecuație este echilibrul de solubilitate al hidroxidului M (OH)₂. Rețineți că metalul are o încărcare 2+, ceea ce înseamnă că valența lui este de +2. Valența metalului este legată direct de tendința sa de a obține electroni.

În acest fel, cu cât valența este mai pozitivă, cu atât aciditatea este mai mare. În cazul în care M are o valență de +7, atunci oxidul M₂O₇ Ar fi acid și nu de bază.

amphoterism

Oxizii metalici sunt de bază, cu toate acestea, nu toate au același caracter metalic. Cum să știți? Localizarea metalului M în tabelul periodic. Cu cât este mai mult la stânga, iar în perioadele inferioare, cu atât mai metalic va fi și, prin urmare, cu atât mai mult va fi oxidul.

La granița dintre oxizi de bază și oxizi (oxizii nemetalici) sunt oxizii amfoterici. Aici cuvântul „amfoter înseamnă că oxidul acționează atât de bază și de acid, care este egală cu cea în soluție apoasă poate forma hidroxid sau complex apos M (OH₂)₆²⁺.

Complexul apos nu este altceva decât coordonarea lui n molecule de apă cu centrul metalic M. Pentru complexul M (OH₂)₆²⁺, metalul M²⁺ Acesta este înconjurat de șase molecule de apă și poate fi considerat ca un cation hidratat. Multe dintre aceste complexe prezintă colorări intense, cum ar fi cele observate pentru cupru și cobalt.

nomenclatură

Cum se numesc oxizi de metal? Există trei moduri de a face acest lucru: tradițional, sistematic și stoc.

Nomenclatura tradițională

Pentru a identifica în mod corect oxidul metalic în conformitate cu normele definite de IUPAC, este necesar să se cunoască posibilele valențele din metal M. A mai (cel mai pozitiv) este atribuit numele sufixul -ic de metal, în timp ce minor, prefixul -oso.

Exemplu: având în vedere valențele +2 și +4 ale metalului M, oxizii corespunzători sunt MO și MO₂. Dacă M ar fi plumbul, Pb, atunci PbO ar fi oxizi de plumburs, și PbO₂ prisma de oxidico. Dacă metalul are doar o singură valență, se numește oxidul său cu sufixul -ico. Deci, Na₂Sau este oxidul de sodiu.

Pe de altă parte, prefixele hipo- și permisive sunt adăugate atunci când există trei sau patru valențele disponibile pentru metal. În acest fel, Mn₂O₇ este oxidul peManganico, deoarece Mn are valența +7, cea mai mare dintre toate.

Cu toate acestea, acest tip de nomenclatură prezintă anumite dificultăți și, de obicei, este cel mai puțin utilizat.

Nomenclatura sistematică

Ea consideră numărul de atomi M și oxigenul care formează formula chimică a oxidului. Dintre aceștia îi sunt atribuite prefixele corespunzătoare mono-, di-, tri-, tetra-, etc.

Luând în considerare cele trei recente oxizi metalici, PbO este monoxid de plumb; PbO₂ dioxid de plumb; și Na₂Sau monoxidul disodic. Pentru cazurile de rugina, Fe₂O₃, denumirea sa este dihierro trioxid.

Nomenclatura stocurilor

Spre deosebire de celelalte două nomenclaturi, valența metalului are o importanță mai mare. Valența este specificată prin cifre romane în paranteze: (I), (II), (III), (IV), etc. Oxidul metalic este denumit apoi ca oxid de metal (n).

Aplicând nomenclatorul stocurilor pentru exemplele anterioare avem:

-PbO: oxid de plumb (II).

PbO₂: oxid de plumb (IV).

-na₂O: oxid de sodiu. Deoarece are o valență unică de +1, nu este specificată.

-Fe₂O₃: oxid de fier (III).

Mn₂O₇: oxid de mangan (VII).

Calculul numărului de valențe

Dar, dacă nu aveți o masă periodică cu valențele, cum pot fi determinate? Pentru aceasta trebuie să ne amintim că anionul O^2- contribuie două încărcări negative la oxidul metalic. În conformitate cu principiul neutralității, aceste taxe negative trebuie neutralizate cu cele pozitive ale metalului.

Prin urmare, dacă se cunoaște prin formula chimică numărul de oxigeni determinat algebric poate valența metalului la suma tarifelor la zero.

Mn₂O₇ are șapte oxigenuri, apoi încărcările sale negative sunt egale cu 7x (-2) = -14. Pentru a neutraliza sarcina negativă de -14, manganul trebuie să furnizeze +14 (14-14 = 0). Punerea ecuației matematice este:

2X - 14 = 0

2 provine din faptul că există doi atomi de mangan. Rezolvarea și curățarea X, valența metalului:

X = 14/2 = 7

Adică, fiecare Mn are o valență de +7.

Cum se formează?

Umiditatea și pH-ul influențează direct oxidarea metalelor în oxizii lor corespunzători. Prezența CO₂Acid oxid, poate fi dizolvat suficient în apă care acoperă partea metalică pentru a accelera încorporarea oxigenului în formă anionică la structura cristalină a metalului.

Această reacție poate fi de asemenea accelerată cu o creștere a temperaturii, în special atunci când se dorește obținerea oxidului într-un timp scurt.

Reacția directă a metalului cu oxigenul

Oxizii metalici sunt formați ca produs al reacției dintre metal și oxigenul înconjurător. Aceasta poate fi reprezentată cu ecuația chimică de mai jos:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Această reacție este lentă, deoarece oxigenul are o legătură dublă O = O dublă, iar transferul electronic între el și metal este ineficient.

Cu toate acestea, accelerează considerabil cu o creștere a temperaturii și a suprafeței. Acest lucru se datorează faptului că este furnizată energia necesară pentru ruperea dublei legături O = O, și deoarece există o zonă mai mare, oxigenul se deplasează uniform pe tot metalul, colizându-se în același timp cu atomii de metal.

Cu cât cantitatea de reactant oxigen este mai mare, cu atât este mai mare numărul de valență sau oxidare care rezultă pentru metal. De ce? Deoarece oxigenul atrage din ce în ce mai mulți electroni din metal, până când ajunge la cel mai înalt număr de oxidare.

Acest lucru poate fi observat, de exemplu, în cazul cuprului. Când o bucată de cupru metalic reacționează cu o cantitate limitată de oxigen, se formează Cu₂O (oxid de cupru (I), oxid cupros sau monoxid de dicobor):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (căldură) => 2Cu₂O (s) (solid roșu)

Dar când reacționează în cantități echivalente, se obține CuO (oxid de cupru (II), oxid cupric sau monoxid de cupru:

2Cu (s) + O₂(g) + Q (căldură) => 2CuO (s) (negru solid)

Reacția sărurilor metalice cu oxigen

Oxizii metalici pot fi formați prin descompunere termică. Pentru a fi posibil, una sau două molecule mici trebuie eliberate din compusul inițial (o sare sau un hidroxid):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (nr₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Rețineți că H₂O, CO₂, NO₂ și O₂ ele sunt moleculele eliberate.

aplicații

Datorită compoziției bogate de metale din scoarța pământului și a oxigenului din atmosferă, oxizii metalici se găsesc în multe surse mineralogice, din care se poate obține o bază solidă pentru fabricarea de noi materiale.

Fiecare oxid metalic găsește utilizări foarte specifice, de la aditivii alimentari (ZnO și MgO) la aditivii de ciment (CaO) sau pur și simplu ca pigmenți anorganici (Cr).₂O₃).

Unele oxizi sunt atât de dense încât creșterea controlată a straturilor lor poate proteja un aliaj sau un metal de o oxidare ulterioară. Chiar studiile au arătat că oxidarea stratului protector are loc ca și cum ar fi un lichid care acoperă toate fisurile sau defectele superficiale ale metalului.

Oxizii metalici pot adopta structuri fascinante, fie ca nanoparticule, fie ca agregate polimerice mari.

Acest fapt le face obiectul de studii pentru sinteza materialelor inteligente, datorită suprafeței sale mari, care este utilizată pentru a proiecta dispozitive care răspund la cel mai mic stimul fizic.

De asemenea, oxizii metalici sunt materia primă pentru multe aplicații tehnologice, de la oglinzi și ceramică cu proprietăți unice pentru echipamente electronice, la panouri solare.

Exemple

Oxizi de fier

2Fe (s) + O₂(g) => 2FeO (s) oxid de fier (II).

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄(s) Oxid magnetic de fier.

Credința₃O₄, cunoscută și sub numele de magnetit, este un oxid mixt; aceasta înseamnă că constă dintr-un amestec solid de FeO și Fe₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃(e) oxid de fier (III).

Oxizi alcalini și alcalino-pământoase

Atât metalele alcaline cât și cele alcalino-pământoase au un singur număr de oxidare, astfel încât oxizii lor sunt mai "simpli":

-na₂O: oxid de sodiu.

-Li₂O: oxid de litiu.

-K₂O: oxid de potasiu.

-CaO: oxid de calciu.

-MgO: oxid de magneziu.

-BeO: oxid de beriliu (care este un oxid amfoteric)

Oxizi de grupa IIIA (13)

Elementele grupului IIIA (13) pot forma oxizi numai cu un număr de oxidare de +3. Astfel, ele au o formulă chimică M₂O₃ și oxizii săi sunt următorii:

-la₂O₃: oxid de aluminiu.

-ga₂O₃: oxid de galiu.

-in₂O₃: oxid de indiu.

Și în cele din urmă

tl₂O₃: oxid de taliu.

referințe

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie. (Ediția a 8-a). CENGAGE Învățare, p. 237.
2. AlonsoFormula. Oxizi metalici. Luat de la: alonsoformula.com
3. Regenți ai Universității din Minnesota (2018). Caracteristicile bazei acide ale oxizilor metalici și nemetalici. Luat de la: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3 aprilie 2018). Oxizii metalici auto-vindecători ar putea proteja împotriva coroziunii. Luat de la: news.mit.edu
5. Stările fizice și structurile de oxizi. Luat de la: wou.edu
6. Quimitube. (2012). Oxidarea fierului. Luat de la: quimitube.com
7. Chimie LibreTexts. Oxizii. Luat de la: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Nanostructuri de oxizi metalici: creștere și aplicații. În: Husain M., Khan Z. (eds) Avansuri în nanomateriale. Materiale Structurate Avansate, vol. 79. Springer, New Delhi