Fém-oxidok tulajdonságai, nómenklatúra, felhasználások és példák

az fém-oxidok ezek fémkationok és oxigén által alkotott szervetlen vegyületek. Ezek általában óriási számú ionos szilárd anyagot tartalmaznak, amelyben az oxidion (O^2-) elektrosztatikusan kölcsönhatásba lép az M fajokkal⁺.

M⁺ ez minden olyan kation, amely tiszta fémből származik: alkáli és átmeneti fémekből, néhány nemesfém kivételével (például arany, platina és palládium), a periódusos táblázat p blokk nehezebb elemeire ( mint az ólom és a bizmut).

A felső képen vöröses kéregek borítják a vasfelületet. Ezek a „kéregek” a rozsda vagy a rozsda néven ismertek, ami viszont a fém oxidációjának vizuális tesztjét jelenti a környezet körülményei miatt. Kémiailag a rozsda vas-oxidok hidratált keveréke (III)..

Miért eredményezi a fém oxidációja a felszín lebomlását? Ennek oka az oxigén beépítése a fém kristályszerkezetébe.

Amikor ez megtörténik, a fém térfogata növekszik, és az eredeti kölcsönhatások gyengülnek, ami a szilárdtörést okozza. Ezenkívül ezek a repedések lehetővé teszik, hogy több oxigénmolekula kerüljön be a belső fémrétegekbe, és a teljes darabot belülről elfogyasztja..

Ez a folyamat azonban különböző sebességeken megy végbe, és függ a fém jellegétől (reaktivitásától) és az azt körülvevő fizikai viszonyoktól. Ezért vannak olyan tényezők, amelyek felgyorsítják vagy lassítják a fém oxidációját; közülük kettő a nedvesség és a pH jelenléte.

Miért? Mivel a fém oxidálódása fém-oxid előállításához elektronátvitelre utal. Ezek az "egyidejűleg" az egyik vegyi anyagból a másikba történő továbbítás, amennyiben a tápközeg megkönnyíti az ionokat (H⁺, na⁺, mg²⁺, Cl^-, stb.), amelyek módosítják a pH-t, vagy a szállítóeszközt biztosító vízmolekulák.

Analitikusan a fémnek a megfelelő oxid kialakulásának tendenciája a redukciós potenciáljában tükröződik, ami azt mutatja, hogy melyik fém reagál gyorsabban a másikhoz képest.

Az arany például sokkal nagyobb redukciós potenciállal rendelkezik, mint a vas, ezért ragyog a jellegzetes arany ragyogásával anélkül, hogy oxidot okozna..

index

• 1 A nemfémes oxidok tulajdonságai
  • 1.1 Alaposság
  • 1.2 Amfoterizmus
• 2 Nómenklatúra
  • 2.1 Hagyományos nómenklatúra
  • 2.2. Rendszeres nómenklatúra
  • 2.3 Készletek nómenklatúrája
  • 2.4 A valencia számának kiszámítása
• 3 Hogyan alakulnak ki?
  • 3.1 A fém közvetlen reakciója oxigénnel
  • 3.2 Fém sók reakciója az oxigénnel
• 4 Felhasználások
• 5 Példák
  • 5.1 Vas-oxidok
  • 5.2 Lúgos és alkáliföldfém-oxidok
  • 5.3. IIIA csoportok oxidjai (13)
• 6 Referenciák

A nemfémes oxidok tulajdonságai

A fém-oxidok tulajdonságai a fémtől és az O-anionnal való kölcsönhatástól függenek^2-. Ez azt jelenti, hogy néhány oxidnak nagyobb sűrűsége vagy oldhatósága van a vízben, mint mások. Mindazonáltal mindegyiknek közös a fémes jellege, amely elkerülhetetlenül tükröződik az alaposságában.

Más szóval: bázikus anhidridekként vagy bázikus oxidként is ismertek.

lúgosság

A fém-oxidok bázisosságát egy sav-bázis indikátor alkalmazásával kísérletileg ellenőrizhetjük. Hogyan? Egy kis mennyiségű oxidot vizes oldathoz adunk valamilyen oldott indikátorral; ez lehet a lila káposzta cseppfolyós lé.

A színtartomány a pH-tól függően változik, és az oxid kékes színűvé válik, ami az alap pH-nak felel meg (8 és 10 közötti érték). Ez azért van, mert az oxid oldott része felszabadítja az OH ionokat^- a pH-érték megváltoztatásáért felelős kísérletben.

Így a vízben oldott MO-oxid esetében a következő kémiai egyenletek szerint átalakítják a fém-hidroxidba ("hidratált oxid"):

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2 OH^-

A második egyenlet az M (OH) hidroxid oldhatósági egyensúlya.₂. Ne feledje, hogy a fém 2+ töltéssel rendelkezik, ami azt is jelenti, hogy valenciája +2. A fém valenciája közvetlenül kapcsolódik az elektronok megszerzésének hajlamához.

Ily módon, annál pozitívabb a valencia, annál nagyobb a savtartalma. Abban az esetben, ha M-nek +7 volt, akkor az M-oxid₂O₇ savas és nem bázikus lenne.

amfoter

A fém-oxidok alapvetőek, azonban nem mindegyiknek ugyanaz a fémes karaktere van. Hogyan kell tudni? A fém M elhelyezése az időszakos táblázatban. Minél jobban balra van, és az alacsonyabb időszakokban, annál fémesebb lesz, és annál bázikusabb lesz az oxidja..

A bázis és a savas oxidok (a nem-fém-oxidok) határán az amfoter-oxidok találhatók. Itt az „amfoter” szó azt jelenti, hogy az oxid egyaránt bázisként és savként működik, amely ugyanaz, mint a vizes oldatban, így képezheti a hidroxidot vagy az M (OH₂)₆²⁺.

A vizes komplex nem más, mint a koordináció n vízmolekulák a M metálcentrummal. Az M komplex (OH₂)₆²⁺, a fém M²⁺ Hat vízmolekulát vesz körül, és hidratált kationnak tekinthető. Ezek közül a komplexek közül sokan intenzív színezéseket mutatnak, például a réz és a kobalt esetében.

nómenklatúra

Hogyan nevezik a fém-oxidokat? Ennek három módja van: a hagyományos, a szisztematikus és az állomány.

Hagyományos nómenklatúra

A fém-oxid helyes megnevezéséhez az IUPAC által szabályozott szabályok szerint meg kell ismerni a fém M. lehetséges szelepeit. A legnagyobb (a leginkább pozitív) a -ico nevű fém nevet, míg a kicsi, az előtagok.

Példa: mivel a fém M Mértékei +2 és +4, a megfelelő oxidjai MO és MO₂. Ha M az ólom, a Pb, akkor a PbO oxigénes leszmedve, és PbO₂ az oxid szilvaico. Ha a fémnek csak egy valenciája van, akkor az oxidnak nevezik a -ico utótaggal. Szóval, Na₂Vagy nátrium-oxid.

Másrészről a hipo- és az előtagok akkor kerülnek hozzáadásra, ha három vagy négy valencia áll rendelkezésre a fém számára. Ily módon az Mn₂O₇ ez az oxid permangánico, mert az Mn-nek valence +7, az összes közül a legmagasabb.

Az ilyen típusú nómenklatúra azonban bizonyos nehézségeket okoz, és általában a legkevésbé használt.

Szisztematikus nómenklatúra

Figyelembe veszi az oxidok kémiai képletét alkotó M atomok és oxigén számát. Ezekből hozzárendeljük a megfelelő előtagokat mono-, di-, tri-, tetra- stb..

A három új fém-oxidot például a PbO ólom-monoxid; a PbO₂ ólom-dioxid; és a Na₂Vagy a dinátrium-monoxid. A rozsda esetében Fe₂O₃, a neve a dihierro trioxidja.

Készletek nómenklatúrája

A többi két nomenklatúrával ellentétben a fémnek a valenciája nagyobb jelentőséggel bír. A valenciát római számok határozzák meg zárójelben: (I), (II), (III), (IV) stb. A fém-oxidot ezután fém-oxidnak nevezzük (n)..

Az állománynómenklatúra alkalmazása az előző példákban:

-PbO: ólom-oxid (II).

-PbO₂: ólom-oxid (IV).

-na₂O: nátrium-oxid. Mivel egyedülálló +1 értékkel rendelkezik, nincs megadva.

-hit₂O₃: vas-oxid (III).

-Mn₂O₇: mangán-oxid (VII).

A valencia számának kiszámítása

De ha nem rendelkezik időszakos asztallal valenciákkal, hogyan lehet őket meghatározni? Ehhez emlékeznünk kell arra, hogy az O anion^2- két negatív töltést ad a fém-oxidhoz. A semlegesség elvét követve ezeket a negatív töltéseket a fém pozitívakkal kell semlegesíteni.

Ezért, ha az oxigének számát a kémiai képlet ismert, a fém valenciája meghatározható algebrai módon, így a töltések összege nulla.

Az Mn₂O₇ hét oxigénnel rendelkezik, majd negatív töltései 7x (-2) = -14. A -14 negatív töltés semlegesítéséhez a mangánnak +14 (14-14 = 0) értéket kell biztosítania. A matematikai egyenlet elhelyezése:

2X - 14 = 0

A 2 abból a tényből származik, hogy két mangánatom van. X megoldása és tisztítása, a fém választása:

X = 14/2 = 7

Ez azt jelenti, hogy mindegyik Mn + értéke 7.

Hogyan alakulnak ki?

A nedvesség és a pH közvetlenül befolyásolja a fémek oxidációját a megfelelő oxidokban. A CO jelenléte₂, Savas oxidot kell feloldani a fémrészet fedő vízben, hogy felgyorsítsa az oxigén anionos formában történő beépítését a fém kristályszerkezetéhez..

Ezt a reakciót a hőmérséklet növekedésével is felgyorsíthatjuk, különösen akkor, ha az oxidot rövid idő alatt kívánjuk előállítani.

A fém közvetlen reakciója oxigénnel

A fém-oxidok a fém és a környező oxigén közötti reakciótermékként képződnek. Ez az alábbi kémiai egyenlettel ábrázolható:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Ez a reakció lassú, mivel az oxigén erős kettős O = O kötéssel rendelkezik, és az elektronikus és a fém közötti átvitel nem hatékony.

A hőmérséklet és a felület növekedése azonban jelentősen felgyorsul. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az O = O kettős kötés megszakításához szükséges energia biztosított, és mivel nagyobb terület van, az oxigén egyenletesen mozog az egész fémben, ugyanakkor ütközik a fém atomokkal..

Minél nagyobb az oxigén-reagens mennyisége, annál nagyobb a fémnek a valencia- vagy oxidációs száma. Miért? Mivel az oxigén egyre több elektronot kap a fémből, amíg el nem éri a legmagasabb oxidációs számot.

Ez látható például a réz esetében. Amikor egy darab fémréz reagál egy korlátozott mennyiségű oxigénnel, Cu képződik₂O (réz-oxid (I), réz-oxid vagy dicobre-monoxid):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (hő) => 2Cu₂O (s) (piros színű)

Ha azonban ekvivalens mennyiségben reagál, CuO (réz-oxid (II), réz-oxid vagy réz-monoxid):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (hő) => 2CuO (s) (szilárd fekete)

Fém sók reakciója oxigénnel

A fém-oxidok termikus bomlás útján keletkezhetnek. Lehetséges, hogy egy vagy két kis molekulát ki kell szabadítani a kiindulási vegyületből (sóból vagy hidroxidból):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Ne feledje, hogy H₂O, CO₂, NO₂ és O₂ a molekulák szabadulnak fel.

alkalmazások

A földkéregben lévő fémek gazdag összetételének és a légkör oxigénjének köszönhetően számos ásványtani forrásban találhatók fém-oxidok, amelyekből szilárd anyagok állíthatók elő új anyagok előállítására..

Mindegyik fém-oxid nagyon specifikus felhasználást biztosít a táplálkozástól (ZnO és MgO) a cement adalékokig (CaO), vagy egyszerűen szervetlen pigmentekként (Cr).₂O₃).

Egyes oxidok olyan sűrűek, hogy rétegeik szabályozott növekedése megvédheti az ötvözetet vagy a fémet a további oxidációtól. Még a vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a védőréteg oxidációja úgy folyik, mintha olyan folyadék lenne, amely lefedi a fém összes repedését vagy felületi hibáját..

A fém-oxidok lenyűgöző szerkezeteket alkalmazhatnak, akár nanorészecskékként, akár nagy polimer aggregátumokként.

Ez a tény az intelligens anyagok szintézisére vonatkozó tanulmányok tárgyává teszik őket, nagy felületének köszönhetően, amelyet olyan eszközök tervezésére használnak, amelyek a legkevésbé fizikai ingerre reagálnak.

Hasonlóképpen, a fém-oxidok számos technológiai alkalmazás alapanyaga, a tükrök és a kerámiák között, amelyek egyedülálló tulajdonságokkal rendelkeznek az elektronikus berendezések számára, a napelemek számára..

Példák

Vas-oxidok

2Fe (s) + O₂(g) => 2FeO (s) vas-oxid (II).

6FeO (k) + O₂(g) => 2Fe₃O₄s) Mágneses vas-oxid.

A hit₃O₄, magnetit néven is ismert, vegyes oxid; Ez azt jelenti, hogy FeO és Fe szilárd keverékéből áll₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃s) vas-oxid (III).

Lúgos és alkáliföldfém-oxidok

Mind az alkáli-, mind az alkáliföldfémek egyetlen oxidációs számmal rendelkeznek, így oxidjaik „egyszerűbbek”:

-na₂O: nátrium-oxid.

-Li₂O: lítium-oxid.

-K₂O: kálium-oxid.

-CaO: kalcium-oxid.

-MgO: magnézium-oxid.

-BeO: berillium-oxid (ami egy amfoter-oxid)

IIIA csoportok oxidjai (13)

A IIIA (13) csoport elemei csak oxidációval rendelkezhetnek, ahol az oxidáció száma +3. Ily módon kémiai képletük van₂O₃ és oxidjai a következők:

-az₂O₃: alumínium-oxid.

-ga₂O₃: gallium-oxid.

--ban₂O₃: indium-oxid.

És végül

-tl₂O₃: tallium-oxid.

referenciák

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 237. o.
2. AlonsoFormula. Fém-oxidok. Készült: alonsoformula.com
3. A Minnesota Egyetem Regents (2018). A fém és a nemfém-oxidok sav-bázis jellemzői. Letöltve: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (2018. április 3.). Az öngyógyító fémoxidok megvédhetik a korróziót. Készült: news.mit.edu
5. Az oxidok fizikai állapota és szerkezete. Készült: wou.edu
6. Quimitube. (2012). A vas oxidációja. Készült: quimitube.com
7. Kémia LibreTexts. Oxidokat. Letöltve: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Fémoxid nanostruktúrák: növekedés és alkalmazások. In: Husain M., Khan Z. (szerk.) A nanoanyagok előrehaladása. Haladó strukturált anyagok, vol. 79. Springer, New Delhi