- Egenskaper ved ikke-metalliske oksider
- basisitet
- Amphotericism
- nomenklatur
- Tradisjonell nomenklatur
- Systematisk nomenklatur
- Bestandsnomenklatur
- Beregning av valensnummeret
- Hvordan blir de dannet?
- Direkte reaksjon av metall med oksygen
- Reaksjon av metallsalter med oksygen
- applikasjoner
- eksempler
- Jernoksider
- Alkali og jordalkalimoksider
- Gruppe IIIA oksider (13)
- referanser
Metall oksyder er uorganiske forbindelser laget av metall kationer og oksygen. De omfatter generelt et stort antall ioniske faste stoffer, der oksydanionen (O 2– ) samvirker elektrostatisk med M + -artene .
M + er som dette hvilket som helst kation som stammer fra det rene metallet: fra alkali og overgangsmetaller, med unntak av noen edelmetaller (som gull, platina og palladium), til de tyngste elementene i blokk p av bordet periodisk (for eksempel bly og vismut).
Kilde: Pixabay.
Bildet over viser en jernoverflate dekket av rødlige skorpe. Disse "skorperne" er det som kalles rust eller rust, som igjen representerer visuelt bevis på oksidasjon av metallet som et resultat av miljøets forhold. Kjemisk er rust en hydratisert blanding av jern (III) oksider.
Hvorfor fører oksidasjon av metallet til nedbrytning av overflaten? Dette skyldes innblanding av oksygen i krystallstrukturen til metallet.
Når dette skjer øker metallets volum og de opprinnelige interaksjonene svekkes, og får faststoffet til å sprekke. På samme måte tillater disse sprekkene flere oksygenmolekyler å trenge gjennom de indre metalllagene og spiser vekk hele stykket fra innsiden.
Imidlertid forekommer 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.
Hvorfor? Fordi oksidasjon av metall for å produsere et metalloksyd innebærer en overføring av elektroner. Disse "reiser" fra en kjemisk art til en annen så lenge miljøet letter det, enten ved tilstedeværelse av ioner (H + , Na + , Mg 2+ , Cl - , etc.), som endrer pH, eller ved vannmolekylene som gir transportmidlene.
Analytisk gjenspeiles tendensen til et metall til å danne det tilsvarende oksyd i sine reduksjonspotensialer, som avslører hvilket metall som reagerer raskere sammenlignet med et annet.
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 for å duse det.
Egenskaper ved ikke-metalliske oksider
Magnesiumoksyd, et metalloksid.
Egenskapene til metalloksider varierer avhengig av metallet og hvordan det samvirker med O 2– anionen . Dette betyr at noen oksider har høyere tetthet eller løselighet i vann enn andre. Imidlertid har de alle til felles den metalliske karakteren, noe som uunngåelig reflekteres i deres grunnleggende.
Med andre ord: de er også kjent som basiske anhydrider eller basiske oksider.
basisitet
Basaliteten til metalloksider kan verifiseres eksperimentelt ved å bruke en syre-base-indikator. Hvordan? Tilsett et lite stykke av oksydet til en vandig løsning med en eller annen oppløst indikator; Dette kan være den flytende saften fra den lilla kålen.
Etter å ha farget rekkevidde avhengig av pH, vil oksydet gjøre saften til blåaktige farger, tilsvarende basisk pH (med verdier mellom 8 og 10). Dette skyldes det faktum at den oppløste delen av oksidet frigjør OH - ioner i mediet, og disse er ansvarlige for endringen i pH i nevnte eksperiment.
For et oksyd MO som er solubilisert i vann, blir det således omdannet til metallisk hydroksyd (et "hydrert oksyd") i henhold til følgende kjemiske ligninger:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Den andre ligningen er løselighetsbalansen av hydroksydet M (OH) 2 . Legg merke til at metallet har en ladning på 2+, noe som også betyr at dens valens er +2. Valens av metallet er direkte relatert til dets tendens til å få elektroner.
På denne måten, jo mer positiv er valensen, desto større er surheten. I det tilfellet at M hadde en valens på +7, da oksydet M 2 O 7 ville være sure og ikke basisk.
Amphotericism
Metalloksider er grunnleggende, men de har ikke alle den samme metalliske karakteren. Hvordan vet du? Finne metallet M på det periodiske bordet. Jo lenger du er til venstre for det, og i lave perioder, jo mer metallisk vil det være, og desto mer grunnleggende vil oksidet ditt være.
På grensen mellom basiske og sure oksider (ikke-metalliske oksider) ligger amfotere oksider. Her betyr ordet "amfotert" at oksydet fungerer både som en base og som en syre, noe som er det samme som i vandig oppløsning det kan danne hydroksyd eller det vandige komplekset M (OH 2 ) 6 2+ .
Det vandige komplekset er ikke annet enn koordinasjonen av n vannmolekyler med metallsenteret M. For M (OH 2 ) 6 2+-komplekset er metallet M 2+ omgitt av seks vannmolekyler, og kan betraktes som et hydrert kation. Mange av disse kompleksene viser intense farger, for eksempel de som er observert for kobber og kobolt.
nomenklatur
Hvordan heter metalloksider? Det er tre måter å gjøre det på: tradisjonell, systematisk og lager.
Tradisjonell nomenklatur
For å navngi metalloksydet riktig i henhold til reglene som styres av IUPAC, er det nødvendig å vite de mulige valensene til metallet M. Den største (den mest positive) er tildelt suffikset -ico til navnet på metallet, mens mindre, prefikset –så.
Eksempel: gitt mer enn 2 og +4 valenser av metallet M, dets tilsvarende oksyder er MO og MO 2 . Hvis M er av ledningen, Pb, ville oksyd PbO Plumb bære, og PbO 2 oksid PLUMB ico . Hvis metallet bare har en valens, heter det oksydet sitt med suffikset –ico. Således, Na 2 O er natriumoksyd.
På den annen side legges prefiksene hypo- og per- når det er tre eller fire valenser tilgjengelig for metallet. Dermed blir Mn 2 O 7 er oksyd pr Mangan ico , fordi Mn har 7 valens, mest av alt.
Imidlertid gir denne typen nomenklatur visse vanskeligheter og er vanligvis den minst brukte.
Systematisk nomenklatur
I den vurderes antall M- og oksygenatomer som utgjør den kjemiske formelen til oksidet. Fra dem blir det tildelt de tilsvarende prefikset mono-, di-, tri-, tetra-, etc.
Tar de tre nylige metalloksidene som eksempel, er PbO blymonoksid; PbO 2 blydioksid; og Na 2 O er dinatrium-monoksyd. I tilfelle av rust, Fe 2 O 3 , er dets respektive navn di jerntrioksid.
Bestandsnomenklatur
I motsetning til de to andre nomenklaturene, er valens av metallet viktigere i denne. Valens er spesifisert med romertall i parentes: (I), (II), (III), (IV), etc. Metalloksydet kalles deretter metall (n) oksyd.
Bruker aksjenomenklaturen for de foregående eksemplene, har vi:
-PbO: bly (II) oksid.
-PbO 2 : bly (IV) oksid.
-Na 2 O: natriumoksyd. Siden den har en unik valens på +1, er den ikke spesifisert.
-Fe 2 O 3 : jern (III) oksyd.
-Mn 2 O 7 : mangan (VII) oksyd.
Beregning av valensnummeret
Men hvis du ikke har en periodisk tabell med valensene, hvordan kan du finne dem? For dette må vi huske at anionen O 2– bidrar med to negative ladninger for metalloksydet. Etter nøytralitetsprinsippet, må disse negative ladningene nøytraliseres med de positive av metallet.
Derfor, hvis antall oksygener er kjent fra den kjemiske formelen, kan valens til metallet bestemmes algebraisk slik at summen av ladningene er null.
Mn 2 O 7 har syv oksygener, så dens negative ladninger er lik 7x (-2) = -14. For å nøytralisere den negative ladningen på -14, må mangan bidra med +14 (14-14 = 0). Posisjonerer den matematiske ligningen vi har da:
2X - 14 = 0
De to kommer fra det faktum at det er to manganatomer. Løsning og løsning for X, valens av metallet:
X = 14/2 = 7
Med andre ord, hver Mn har en valens på +7.
Hvordan blir de dannet?
Fuktighet og pH påvirker oksidasjonen av metaller direkte i de tilsvarende oksydene. Tilstedeværelsen av CO 2 , surt oksyd, kan oppløses tilstrekkelig i vannet som dekker metalldelen for å akselerere inkorporering av oksygen i anionisk form til krystallstrukturen til metallet.
Denne reaksjonen kan også akselereres med en økning i temperaturen, spesielt når det er ønsket å oppnå oksydet på kort tid.
Direkte reaksjon av metall med oksygen
Metalloksider dannes som et produkt av reaksjonen mellom metallet og det omgivende oksygen. Dette kan representeres av den kjemiske ligningen nedenfor:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Denne reaksjonen er langsom, siden oksygen har en sterk O = O-dobbeltbinding og den elektroniske overføringen mellom den og metallet er ineffektiv.
Imidlertid akselererer det betraktelig med en økning i temperatur og overflateareal. Dette skyldes det faktum at den nødvendige energien tilføres for å bryte O = O-dobbeltbindingen, og ettersom det er et større område, beveger oksygenet seg jevnt gjennom metallet og kolliderer samtidig med metallatomene.
Jo større mengde reagerende oksygen er, desto større blir det resulterende valens eller oksidasjonsnummer for metallet. Hvorfor? Fordi oksygen tar mer og mer elektroner fra metallet, til det når det høyeste oksidasjonsnummeret.
Dette kan for eksempel sees på kobber. Når et stykke av metallisk kobber reagerer med en begrenset mengde oksygen, Cu 2 O blir dannet (kobber (I) oksyd, kobber-oksyd, eller dicobre monoksyd):
4CU (s) + O 2 (g) + Q (varme) => 2Cu 2 O (e) (rødt faststoff)
Men når den reagerer i likeverdige mengder, oppnås CuO (kobber (II) oksyd, kobberoksyd eller kobbermonoksid):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (varme) => 2CuO (s) (svart solid)
Reaksjon av metallsalter med oksygen
Metalloksider kan dannes ved termisk spaltning. For at dette skal være mulig, må ett eller to små molekyler frigjøres fra startforbindelsen (et salt eller et hydroksyd):
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Legg merke til at H 2 O CO 2 , NO 2 og o 2 er de frigjorte molekyler.
applikasjoner
På grunn av den rike sammensetningen av metaller i jordskorpen, og oksygenet i atmosfæren, finnes metalloksider i mange mineralogiske kilder, hvorfra et solid grunnlag for fremstilling av nye materialer kan oppnås.
Hver metalloksid finner svært spesifikke behov, fra nærings (ZnO og MgO) som sementtilsetningsmidler (CaO), eller simpelthen som uorganiske pigmenter (Cr 2 O 3 ).
Noen oksider er så tette at kontrollert lagvekst kan beskytte en legering eller metall mot ytterligere oksidasjon. Undersøkelser har til og med avslørt at oksidasjonen av det beskyttende laget fortsetter som om det var en væske som dekker alle sprekker eller overfladiske defekter i metallet.
Metalloksider kan ta på fascinerende strukturer, enten som nanopartikler eller som store polymeraggregater.
Dette faktum gjør dem til gjenstand for studier for syntese av intelligente materialer, på grunn av deres store overflate, som brukes til å designe enheter som reagerer på den minst fysiske stimulansen.
I tillegg er metalloksider råstoffet for mange teknologiske applikasjoner, fra speil og keramikk med unike egenskaper for elektronisk utstyr, til solcellepaneler.
eksempler
Jernoksider
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) jern (II) oksyd.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) magnetisk jernoksyd.
Fe 3 O 4 , også kjent som magnetitt, er et blandet oksyd; Dette betyr at den består av en fast blanding av FeO og Fe 2 O 3 .
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) jern (III) oksyd.
Alkali og jordalkalimoksider
Både alkali og jordalkalimetaller har bare ett oksidasjonsnummer, så oksydene deres er mer "enkle":
-Na 2 O: natriumoksyd.
-Li 2 O: litiumoksyd.
-K 2 O: kaliumoksyd.
-CaO: kalsiumoksyd.
-MgO: magnesiumoksyd.
-BeO: berylliumoksid (som er et amfoter oksid)
Gruppe IIIA oksider (13)
Element IIIA-elementer (13) kan danne oksider bare med et oksidasjonsnummer på +3. Dermed har de den kjemiske formelen M 2 O 3 og oksydene deres er følgende:
-Al 2 O 3 : aluminiumoksyd.
-Ga 2 O 3 : galliumoksyd .
-I 2 O 3 : indiumoksyd.
Og endelig
-Tl 2 O 3 : thallium oksyd.
referanser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 237.
- AlonsoFormula. Metalloksider. Hentet fra: alonsoformula.com
- Regents of University of Minnesota. (2018). Syrebaserte kjennetegn på metall- og ikke-metale oksider. Hentet fra: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3. april 2018). Selvhelende metalloksider kan beskytte mot korrosjon. Hentet fra: news.mit.edu
- De fysiske tilstandene og strukturer av oksider. Hentet fra: wou.edu
- Quimitube. (2012). Jernoksidasjon. Hentet fra: quimitube.com
- Kjemi LibreTexts. Oksider. Hentet fra: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Metal Oxide Nanostructures: Growth and Applications. I: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in Nanomaterials. Advanced Structured Materials, vol 79. Springer, New Delhi