Metalloksider

Metallisk oksydutseende

Hva er metalloksider?

De Metalloksider De er uorganiske forbindelser dannet av metallkationer og oksygen. De utgjør generelt et stort antall ioniske faste stoffer, der oksidanion (eller^2-) samhandle elektrostatisk med m -arter⁺. Med enklere ord er de de kjemiske forbindelsene som følger av å kombinere et metall med oksygen.

M⁺ Det er således enhver kation som stammer fra rent metall: fra alkaliske og overgangsmetaller, bortsett fra noen edle metaller (for eksempel gull, platina og paladium), til de tyngste elementene i blokk P av bordet periodisk (for eksempel bly og vismut).

I det øvre bildet vises en jernoverflate dekket av rødlig skorper. Disse "skorper" er det som er kjent som rust eller urin, som igjen representerer en visuell test av metalloksidasjon etter forholdene i miljøet. Kjemisk er rusten en hydrert blanding av jernoksider (III).

Hvorfor resulterer oksidasjonen av metallet i nedbrytningen av overflaten? Dette skyldes inkorporering av oksygen i den krystallinske strukturen til metall.

Når dette skjer, øker metallets volum og de opprinnelige interaksjonene svekkes, noe som forårsaker brudd på det faste stoffet. På samme måte tillater disse sprekkene flere oksygenmolekyler å trenge gjennom de indre metalllagene, og spiser brikken helt fra innsiden.

Imidlertid skjer denne prosessen i forskjellige hastigheter og avhenger av metallets natur (dets reaktivitet) og de fysiske forholdene som omgir det. Derfor er det faktorer som akselererer eller bremser oksidasjonen av metallet; To av dem er tilstedeværelsen av fuktighet og pH.

Fordi? Fordi metalloksidasjon for å produsere et metallisk oksyd innebærer elektronoverføring. Disse "reiser" fra det ene kjemikaliet til et annet så lenge miljøet letter det, enten ved tilstedeværelse av ioner (h⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, etc.), som modifiserer pH, eller av vannmolekylene som gir transportmidler.

Analytisk sett gjenspeiles trenden med et metall for å danne det tilsvarende oksydet i reduksjonspotensialene, som avslører hvilket metall som reagerer raskere sammenlignet med en annen.

Gull har for eksempel et mye større reduksjonspotensial enn jern, og det er grunnen til at det skinner med sin karakteristiske gyldne glød uten et oksid som byr på det.

Metalloksideregenskaper

Egenskapene til metalloksider varierer i henhold til metallet og hvordan det samhandler med anion eller^2-. Dette innebærer at noen oksider har større tettheter eller løseligheter i vann enn andre. Imidlertid har alle til felles metallisk natur, som uunngåelig gjenspeiles i deres grunnleggende.

Med andre ord: De er også kjent som grunnleggende anhydrider eller grunnleggende oksider.

Grunnleggende

Grunnaliteten til metalloksider kan bekreftes eksperimentelt ved å bruke en syre-base-indikator. Som? Tilsett et lite stykke oksid til en vandig løsning med litt oppløst indikator; Dette kan være den flytende juice fra Colorad.

Når du har området for farger avhengig av pH, vil oksydet gjøre saften til blålige farger, tilsvarende grunnleggende pH (med verdier mellom 8 og 10). Dette er fordi den oppløste delen av okseoksyd^- I midten av at disse er i nevnte eksperimenter de som er ansvarlige for endring av pH.

Det kan tjene deg: magnesiumnitrat (Mg (NO3) 2): Struktur, egenskaper, bruk

For et MO -oksid som er solubilisert i vann, blir det således transformert til metallisk hydroksyd (et "hydrert oksid") i henhold til følgende kjemiske ligninger:

MO + H₂O => m (å)₂

M (å)₂ M²⁺ + 2OH^-

Den andre ligningen er balansen mellom løselighet av hydroksyd M (OH)₂. Merk at metallet har 2+ belastning, noe som også betyr at valensen er +2. Metall Valencia er direkte relatert til sin tendens til å få elektroner.

På denne måten, jo mer positiv Valencia er, jo større er dets surhet. I tilfelle M hadde Valencia på +7, deretter M -oksydet₂ENTEN₇ Det ville være surt og ikke grunnleggende.

Anfoterisme

Metalloksider er grunnleggende, men ikke alle har samme metallkarakter. Hvordan vite? Plassering av metall m i det periodiske bordet. Jo mer til venstre for det samme, og i de lave periodene, jo mer metallisk vil være, og derfor vil det være mer grunnleggende oksid.

På grensen mellom basiske og syreoksider (ikke -metalliske oksider) er amfoterosoksider. Her betyr ordet 'amfoter' at oksyd virker like mye som en base og syre, som er lik det faktum at i vandig løsning kan danne hydroksyd eller vandig kompleks M (OH₂)₆²⁺.

Det vandige komplekset er ikke annet enn koordinering av n Vannmolekyler med metallsenteret m. For M -komplekset (åh₂)₆²⁺, Metallet m²⁺ Det er omgitt av seks vannmolekyler, og kan betraktes som en hydrert kation. Mange av disse kompleksene viser intense fargelegging, slik som de som er observert for kobber og kobolt.

Metalloksider nomenklatur

Det er tre måter å navngi metalloksider på: det tradisjonelle, systematiske og lageret.

Tradisjonell nomenklatur

For å kalle det metalliske oksidet riktig i henhold til reglene som er styrt av IUPAC, er det nødvendig å vite mulige gyldigheter av metall m. Den største (den mest positive) er tilordnet navnet på metallet suffikset -ico, mens barnet, prefikset -ooso.

Eksempel: Gitt valensene +2 og +4 av metall m, er deres tilsvarende oksider MO og MO₂. Hvis M ble ledet, ville PB, så ville PBO være loddoksidBjørn, og pbo₂ PlúmboksidICO. Hvis metallet bare har en Valencia, heter det oksydet med suffikset -ico. Dermed na₂Eller er natriumoksid.

På den annen side legges hypo- og perfikser når det er tre eller fire valenser tilgjengelig for metall. På denne måten MN₂ENTEN₇ Det er oksid perManganICO, Fordi MN har Valencia +7, den største av alle.

Imidlertid presenterer denne typen nomenklatur visse vanskeligheter og er vanligvis minst brukt.

Systematisk nomenklatur

Det regnes som antall M- og oksygenatomer som utgjør den kjemiske formelen til oksydet. Fra dem tildeles de tilsvarende mono-prefikser, tri-, tetra-, etc.

Tar som et eksempel de tre nylige metalloksydene, er PBO blymonoksid; PBO₂ blydioksid; og na₂O Dysodio Monoxide. I tilfelle av rust, tro₂ENTEN₃, Dets respektive navn er Dihierro -trioksid.

Kan tjene deg: pycnerometer

Lager nomenklatur

I motsetning til de to andre nomenklatørene, er metallet Valencia viktigere viktigere. Valencia er spesifisert av romertall i parentes: (i), (ii), (iii), (iv), etc. Metallisk oksyd blir deretter navngitt som metalloksyd (N).

Bruke aksje -nomenklaturen for de tidligere eksemplene du har:

-PBO: Blyoksid (II).

-PBO₂: Blyoksid (IV).

-Na₂O: natriumoksid. Som den unike valensen på +1 har, er den ikke spesifisert.

-Tro₂ENTEN₃: jernoksid (III).

-Mn₂ENTEN₇: Manganoksid (VII).

Valencia Number Beregning

Men hvis det ikke er noen periodisk tabell med valenser, hvordan kan de bestemmes? For dette må vi huske at anion eller^2- Det bringer to negative belastninger til metallisk oksyd. Etter nøytralitetsprinsippet må disse negative ladningene nøytraliseres med metallpositiv.

Derfor, hvis antallet oksygen er kjent med den kjemiske formelen, kan metall Valencia bestemmes algebraisk slik at summen av nullladningene.

Mn₂ENTEN₇ Den har syv oksygen, deretter er de negative belastningene lik 7x (-2) = -14. For å nøytralisere den negative belastningen på -14, må manganesser bidra med +14 (14-14 = 0). Å heve den matematiske ligningen er da:

2x - 14 = 0

De 2 kommer fra det faktum at det er to manganatomer. Løsning og rydding x, metall Valencia:

X = 14/2 = 7

Det vil si at hver MN har Valencia på +7.

Hvordan dannes metalloksider?

Fuktighet og pH påvirker direkte oksidasjon av metaller i deres tilsvarende oksider. Tilstedeværelsen av CO₂, Syreoksid, det kan løse seg opp nok i vannet som dekker metallstykket for å akselerere inkorporering av anionisk oksygen i metallstrukturen.

Denne reaksjonen kan også akselereres med en økning i temperaturen, spesielt når du vil oppnå oksydet på kort tid.

Direkte metallreaksjon med oksygen

Metalloksider dannes som et produkt av reaksjonen mellom metall og omgivende oksygen. Dette kan være representert med den kjemiske ligningen nedenfor:

2m (s) + o₂(g) => 2mo (er)

Denne reaksjonen er langsom, siden oksygen har en sterk dobbeltbinding eller = O og den elektroniske overføringen mellom den og metallet er ineffektivt.

Imidlertid akselererer det betydelig med en økning i temperatur og overflateareal. Dette skyldes det faktum at nødvendig energi er gitt for å bryte dobbeltbindingen eller = O, og å ha større område, oksygen beveger seg jevnt gjennom metallet, og kolliderer samtidig med metallatomer.

Jo større mengde reaksjonært oksygen, jo større er Valencia eller resulterende oksidasjonsnummer for metallet. Fordi? Fordi oksygen snapper mer og flere elektroner til metall, til det når det høyeste oksidasjonsnummeret.

Det kan tjene deg: pyridin: struktur, egenskaper, bruk, toksisitet, syntese

Dette kan sees for kobber, for eksempel. Når et metallkobberstykke reagerer med en begrenset mengde oksygen, dannes det Cu₂O (kobberoksid (I), dicobre kopp eller monoksid:

4CU (S) + O₂(g) + q (varme) => 2cu₂O (er) (rødt faststoff)

Men når den reagerer i tilsvarende mengder, oppnås CUO (kobberoksid (II), kuprisk oksid eller kobbermonoksid):

2CU (S) + O₂(g) + q (varme) => 2cuo (s) (svart fast stoff)

Reaksjon av metallsalter med oksygen

Metalloksider kan dannes gjennom termisk nedbrytning. For å være mulig, må en eller to små molekyler frigjøres fra den innledende forbindelsen (et salt eller et hydroksyd):

M (å)₂ + Q => mo + h₂ENTEN

MCO₃ + Q => mo + co₂

2m (nei₃)₂ + Q => mo + 4no₂ + ENTEN₂

Merk at h₂Eller, co₂, NEI₂ Jeg₂ De er de frigjorte molekylene.

Bruk av metalloksider

På grunn av den rike sammensetningen av jordkortexmetaller og atmosfærens oksygen, finnes metalloksider i mange mineralogiske kilder, hvorfra en solid base for fremstilling av nye materialer kan oppnås.

Hvert metallisk oksyd finner veldig spesifikke bruksområder, fra ernæring (ZnO og MGO) til sementtilsetningsstoffer (CAO), eller ganske enkelt som uorganiske pigmenter (CR₂ENTEN₃).

Noen oksider er så tette at den kontrollerte veksten av lagene deres kan beskytte en legering eller metall mot bakre oksidasjoner. Selv studier har avdekket at oksidasjonen av det beskyttende laget fortsetter som om det var en væske som dekker alle overflater eller overflatemetalldefekter.

Metalloksider kan ta i bruk fascinerende strukturer, enten som nanopartikler eller som store polymeriske aggregater.

Dette faktum gjør dem til et studieobjekt for syntese av intelligente materialer, på grunn av deres store overfladiske område, som brukes til å designe enheter som reagerer på den lavere fysiske stimulansen.

På samme måte er metalloksider råstoffet til mange teknologiske anvendelser, fra speil og keramikk med unike egenskaper for elektronisk utstyr, til solcellepaneler.

Eksempler på metalloksider

Jernoksider

2fe (er) + o₂(g) => 2feo (S) jernoksid (ii).

6feo (S) + o₂(g) => 2fe₃ENTEN₄(S) Magnetisk jernoksyd.

Tro₃ENTEN₄, Også kjent som magnetitt, det er et blandet oksid; Dette betyr at den består av en solid blanding av stygg og tro₂ENTEN₃.

4fe₃ENTEN₄(S) + eller₂(g) => 6fe₂ENTEN₃(S) Jernoksid (III).

Alkaliske og alkaliske oksider

Både alkaliske og alkalistiske metaller har bare ett oksidasjonsnummer, så oksydene deres er mer "enkle":

-Na₂O: natriumoksid.

-Li₂O: litiumoksid.

-K₂O: Kaliumoksyd.

-Cao: Kalsiumoksid.

-MgO: magnesiumoksid.

-Beeo: Beryloksid (som er et amfoterisk oksid).

Gruppe IIIA oksider (13)

Elementene i gruppe IIIA (13) kan bare danne oksider med et oksidasjonsnummer på +3. Dermed har de en kjemisk formel m₂ENTEN₃ og oksydene deres er som følger:

-Til₂ENTEN₃: aluminiumoksyd.

-Ga₂ENTEN₃: Galliumoksid.

-I₂ENTEN₃: Indisk oksid.

Og endelig:

-Tl₂ENTEN₃: Taliumoksid.

Referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi (8. utg.). Cengage Learning, s 237.
2. Alonsoformula. Oksidmetall. Hentet fra: Alonsoformula.com
3. Regenter fra University of Minnesota (2018). Syre-baseegenskaper ved metall- og ikke-metalloksider. Hentet fra: Chem.Umn.Edu