- Egenskaper hos icke-metalliska oxider
- basicitet
- Amphotericism
- Nomenklatur
- Traditionell nomenklatur
- Systematisk nomenklatur
- Lagernomenklatur
- Beräkning av valensnumret
- Hur bildas de?
- Direkt reaktion av metall med syre
- Reaktion av metallsalter med syre
- tillämpningar
- exempel
- Järnoxider
- Alkali- och jordalkalimoxider
- Grupp IIIA-oxider (13)
- referenser
Metalloxider är oorganiska föreningar som utgörs av metallkatjoner och syre. De omfattar vanligtvis ett stort antal joniska fasta ämnen, i vilka oxidanjonen (O 2– ) interagerar elektrostatiskt med M + -arten .
M + är som detta varje katjon som härrör från ren metall: från alkalimetaller och övergångsmetaller, med undantag för vissa ädelmetaller (som guld, platina och palladium), till de tyngsta elementen i tabellets p-block periodisk (som bly och vismut).
Källa: Pixabay.
Bilden ovan visar en järnyta täckt av rödaktiga skorpor. Dessa "scabs" är vad som kallas rost eller rost, som i sin tur representerar visuella bevis på oxidationen av metallen som ett resultat av miljöns förhållanden. Kemiskt är rost en hydratiserad blandning av järn (III) -oxider.
Varför leder oxidationen av metallen till att ytan försämras? Detta beror på införlivandet av syre i kristallstrukturen i metallen.
När detta händer ökar metallens volym och de ursprungliga växelverkningarna försvagas, vilket gör att det fasta materialet brister. På samma sätt tillåter dessa sprickor fler syremolekyler att tränga in i de inre metallskikten och äter helt bort från biten från insidan.
Emellertid sker denna process med olika hastigheter och beror på metallen (dess reaktivitet) och de fysiska förhållandena som omger den. Därför finns det faktorer som påskyndar eller bromsar oxidationen av metallen; två av dem är närvaron av fuktighet och pH.
Varför? Eftersom oxidation av metall för att producera en metalloxid involverar en överföring av elektroner. Dessa "reser" från en kemisk art till en annan så länge miljön underlättar det, antingen genom närvaron av joner (H + , Na + , Mg 2+ , Cl - , etc.), som modifierar pH, eller genom de vattenmolekyler som ger transportmedel.
Analytiskt återspeglas en metalls tendens att bilda motsvarande oxid i dess reduktionspotential, vilket avslöjar vilken metall som reagerar snabbare jämfört med en annan.
Guld, till exempel, har en mycket större reduktionspotential än järn, varför det lyser med sin karakteristiska gyllene glöd utan en oxid för att utjämna det.
Egenskaper hos icke-metalliska oxider
Magnesiumoxid, en metalloxid.
Egenskaperna hos metalloxider varierar beroende på metallen och hur den interagerar med O 2– anjonen . Detta innebär att vissa oxider har högre täthet eller löslighet i vatten än andra. Men alla har gemensamt den metalliska karaktären, vilket oundvikligen återspeglas i deras grundläggande.
Med andra ord: de är också kända som basiska anhydrider eller basiska oxider.
basicitet
Basaliteten hos metalloxider kan verifieras experimentellt med användning av en syrabasindikator. Hur? Tillsätt en liten bit av oxiden till en vattenlösning med någon upplöst indikator; Detta kan vara den lila kålens flytande juice.
Efter att ha fått färgområdet beroende på pH kommer oxiden att göra juicen till blåaktiga färger, motsvarande basiskt pH (med värden mellan 8 och 10). Detta beror på det faktum att den upplösta delen av oxid frisätter OH - joner in i mediet, varvid dessa är ansvarig för förändring i pH i nämnda experiment.
För en oxid MO som solubiliseras i vatten omvandlas den till metallhydroxid (en "hydratiserad oxid") enligt följande kemiska ekvationer:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Den andra ekvationen är löslighetsjämvikten för hydroxiden M (OH) 2 . Observera att metallen har en laddning på 2+, vilket också betyder att dess valens är +2. Metallens valens är direkt relaterad till dess tendens att få elektroner.
På detta sätt, ju mer positiv valensen är, desto större är surheten. I fallet att M hade en valens av 7, då oxiden M 2 O 7 skulle vara sura och inte grundläggande.
Amphotericism
Metalloxider är grundläggande, men de har inte alla samma metalliska karaktär. Hur vet du? Lokalisera metallen M på det periodiska bordet. Ju längre du är till vänster om den, och under låga perioder, desto mer metallisk blir den och därför mer basisk blir din oxid.
Vid gränsen mellan basiska och sura oxider (icke-metalliska oxider) är amfotera oxider. Här betyder ordet "amfotera" att oxiden fungerar både som en bas och som en syra, vilket är samma som i vattenlösning den kan bilda hydroxiden eller det vattenhaltiga komplexet M (OH 2 ) 6 2+ .
Det vattenhaltiga komplexet är inget annat än koordinationen av n vattenmolekyler med metallcentret M. För M (OH 2 ) 6 2+ -komplexet är metallen M2 + omgiven av sex vattenmolekyler och kan betraktas som en hydratiserad katjon. Många av dessa komplex visar intensiva färgningar, till exempel de som observerats för koppar och kobolt.
Nomenklatur
Hur heter metalloxider? Det finns tre sätt att göra det: traditionella, systematiska och lager.
Traditionell nomenklatur
För att korrekt namnge metalloxiden enligt reglerna som regleras av IUPAC, är det nödvändigt att känna till de möjliga valenserna för metallen M. mindre, prefixet –oso.
Exempel: med tanke på de +2 och +4 valenserna av metallen M, dess motsvarande oxider är MO och MO 2 . Om M från ledningen, Pb, skulle oxid PbO Plumb bära, och PbO 2 oxid PLUMB ico . Om metallen bara har en valens namnges dess oxid med suffixet –ico. Sålunda, Na 2 är O natriumoxid.
Å andra sidan läggs prefixen hypo- och per-till när det finns tre eller fyra valenser tillgängliga för metallen. Sålunda, Mn 2 O 7 är oxid per Mangan ico , eftersom Mn har 7 valens, mest av allt.
Men denna typ av nomenklatur uppvisar vissa svårigheter och är vanligtvis den minst använda.
Systematisk nomenklatur
I den beaktas antalet M- och syreatomer som utgör oxidens kemiska formel. Från dem tilldelas motsvarande prefix mono-, di-, tri-, tetra-, etc.
Med användning av de tre nyligen använda metalloxiderna är PbO blymonoxid; PbO 2 blydioxid; och Na 2 O är dinatrium-monoxid. I fallet med rost, Fe 2 O 3 , är dess respektive namn di järn trioxid.
Lagernomenklatur
Till skillnad från de andra två nomenklaturerna, i denna är metallens valens viktigare. Valens specificeras med romerska siffror inom parentes: (I), (II), (III), (IV), etc. Metalloxiden benämns sedan metall (n) oxid.
Tillämpar aktienomenklaturen för föregående exempel har vi:
-PbO: bly (II) oxid.
-PbO 2 : bly (IV) oxid.
-Na 2 O: natriumoxid. Eftersom den har en unik valens på +1, anges den inte.
-Fe 2 O 3 : järn (III) oxid.
-Mn 2 O 7 : mangan (VII) oxid.
Beräkning av valensnumret
Men om du inte har en periodisk tabell med valenserna, hur kan du bestämma dem? För detta måste vi komma ihåg att anjonen O2– bidrar med två negativa laddningar för metalloxiden. Efter neutralitetsprincipen måste dessa negativa laddningar neutraliseras med de positiva av metallen.
Därför, om antalet oxygens är känt från den kemiska formeln, kan metallens valens bestämmas algebraiskt så att summan av laddningarna är noll.
Mn 2 O 7 har sju syren, så dess negativa laddningar är lika med 7x (-2) = -14. För att neutralisera den negativa laddningen av -14 måste mangan bidra med +14 (14-14 = 0). Poserar den matematiska ekvationen vi har då:
2X - 14 = 0
De två kommer från det faktum att det finns två manganatomer. Lösning och lösning för X, metallens valens:
X = 14/2 = 7
Med andra ord, varje Mn har en valens på +7.
Hur bildas de?
Fukt och pH påverkar direkt oxidationen av metaller till deras motsvarande oxider. Närvaron av CO 2 , sur oxid, kan lösas tillräckligt i vattnet som täcker metalldelen för att påskynda införlivandet av syre i anjonisk form till metallens kristallstruktur.
Denna reaktion kan också påskyndas med en temperaturökning, speciellt när det är önskvärt att erhålla oxiden på kort tid.
Direkt reaktion av metall med syre
Metalloxider bildas som en produkt av reaktionen mellan metallen och det omgivande syret. Detta kan representeras av den kemiska ekvationen nedan:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Denna reaktion är långsam, eftersom syre har en stark O = O-dubbelbindning och den elektroniska överföringen mellan den och metallen är ineffektiv.
Men det accelererar avsevärt med en ökning av temperatur och ytarea. Detta beror på det faktum att den nödvändiga energin tillhandahålls för att bryta O = O-dubbelbindningen, och eftersom det finns ett större område, rör sig syret jämnt genom metallen och kolliderar samtidigt med metallatomerna.
Ju större mängd reagerande syre, desto större blir det resulterande valens- eller oxidationsantalet för metallen. Varför? Eftersom syre tar mer och mer elektroner från metallen tills den når det högsta oxidationsantalet.
Detta kan till exempel ses för koppar. När en bit av metalliska koppar reagerar med en begränsad mängd syre, Cu 2 O bildas (koppar (I) oxid, kopparoxid eller dicobre monoxid):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (värme) => 2Cu 2 O (s) (röd fast substans)
Men när den reagerar i ekvivalenta mängder erhålls CuO (koppar (II) oxid, kopparoxid eller kopparmonoxid):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (värme) => 2CuO (s) (svart fast)
Reaktion av metallsalter med syre
Metalloxider kan bildas genom termisk sönderdelning. För att detta ska vara möjligt måste en eller två små molekyler frisättas från utgångsföreningen (ett salt eller en hydroxid):
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Notera att H 2 O, CO 2 , NO 2 och O 2 är de frigjorda molekyler.
tillämpningar
På grund av den rika sammansättningen av metaller i jordskorpan och syre i atmosfären finns metalloxider i många mineralogiska källor, från vilka en solid bas för framställning av nya material kan erhållas.
Varje metalloxid finner mycket specifika användningsområden, från närings (ZnO och MgO) till så cementtillsatser (CaO), eller helt enkelt såsom oorganiska pigment (Cr 2 O 3 ).
Vissa oxider är så täta att kontrollerad skikttillväxt kan skydda en legering eller metall från ytterligare oxidation. Studier har till och med avslöjat att oxidationen av det skyddande lagret fortsätter som om det var en vätska som täcker alla sprickor eller ytliga defekter i metallen.
Metalloxider kan ta fascinerande strukturer, antingen som nanopartiklar eller som stora polymeraggregat.
Detta faktum gör dem till objekt för studier för syntes av smarta material, på grund av deras stora ytarea, som används för att designa enheter som svarar på den minsta fysiska stimulansen.
Dessutom är metalloxider råmaterialet för många tekniska tillämpningar, från speglar och keramik med unika egenskaper för elektronisk utrustning, till solpaneler.
exempel
Järnoxider
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) järn (II) oxid.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) magnetisk järnoxid.
Fe 3 O 4 , även känd som magnetit, är en blandad oxid; Detta innebär att det består av en fast blandning av FeO och Fe 2 O 3 .
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) järn (III) oxid.
Alkali- och jordalkalimoxider
Både alkali- och jordalkalimetaller har bara ett oxidationsnummer, så deras oxider är mer "enkla":
-Na 2 O: natriumoxid.
-Li 2 O: litiumoxid.
-K 2 O: kaliumoxid.
-CaO: kalciumoxid.
-MgO: magnesiumoxid.
-BeO: berylliumoxid (som är en amfotär oxid)
Grupp IIIA-oxider (13)
Grupp IIIA-element (13) kan endast bilda oxider med ett oxidationsantal +3. Sålunda, de har den kemiska formeln M 2 O 3 och deras oxider är följande:
-Al 2 O 3 : aluminiumoxid.
-Ga 2 O 3 : galliumoxid.
-I 2 O 3 : indiumoxid.
Och slutligen
-Tl 2 O 3 : talliumoxid.
referenser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s 237.
- AlonsoFormula. Metalloxider. Hämtad från: alonsoformula.com
- Regents of University of Minnesota. (2018). Syrabasegenskaper hos metall- och icke-metalloxider. Hämtad från: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3 april 2018). Själhelande metalloxider kan skydda mot korrosion. Hämtad från: news.mit.edu
- Oxidernas fysiska tillstånd och strukturer. Hämtad från: wou.edu
- Quimitube. (2012). Järnoxidation. Hämtad från: quimitube.com
- Kemi LibreTexts. Oxider. Hämtad från: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Metaloxide Nanostructures: Growth and Applications. I: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in Nanomaterials. Advanced Structured Materials, vol 79. Springer, New Delhi