МЕТАЛНИ ОКСИДИ: СВОЈСТВА, НОМЕНКЛАТУРА, УПОТРЕБЕ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2026

Метални оксиди су неорганска једињења која се састоје од катиона метала и кисеоника. Они обично садрже огроман број јонских чврстих материја у којима оксидни анион (О ^2– ) електростатички делује са М ⁺ врстама .

М ⁺ је попут овог катиона који потиче од чистог метала: од алкалија и прелазних метала, с изузетком неких племенитих метала (попут злата, платине и паладија), до најтежих елемената п блока стола периодичне (као што су олово и бизмут).

Извор: Пикабаи.

Слика изнад приказује жељезну површину прекривену црвенкастим коре. Ове "красте" су оно што је познато као хрђа или хрђа, што заузврат представља визуелни доказ оксидације метала као резултат услова његове околине. Хемијски је рђа хидратизована смеша гвожђе (ИИИ) оксида.

Зашто оксидација метала доводи до деградације његове површине? То се дешава због уградње кисеоника у кристалну структуру метала.

Када се то догоди, волумен метала се повећава и оригиналне интеракције слабе, што узрокује пукнуће чврстог материјала. Исто тако, ове пукотине омогућавају да више молекула кисеоника продре у унутрашње металне слојеве, потпуно поједући део са унутрашњости.

Међутим, овај се процес одвија различитим брзинама и зависи од природе метала (његове реактивности) и физичких услова који га окружују. Стога постоје фактори који убрзавају или успоравају оксидацију метала; од којих су две влажност и пХ.

Зашто? Зато што оксидација метала за производњу металног оксида укључује пренос електрона. Та „путовања“ од једне хемијске врсте до друге све док их окружење олакшава, било присуством јона (Х ⁺ , На ⁺ , Мг ²⁺ , Цл ^- итд.), Који мењају пХ, или молекули воде који обезбеђују превозно средство.

Аналитички, тенденција метала да формира одговарајући оксид огледа се у његовим редукционим потенцијалима, који откривају који метал реагује брже у поређењу са другим.

Злато, на пример, има много већи потенцијал редукције од гвожђа, због чега блиста карактеристичним златним сјајем без оксида да би га потапало.

Својства неметалних оксида

Магнезијум оксид, метални оксид.

Особине оксида метала разликују према метала и како интерагује са О ^2- ањон . То значи да неки оксиди имају већу густину или растворљивост у води од других. Међутим, свима је заједничко метално обиљежје, што се неминовно одражава на њиховој основности.

Другим речима: познати су и као базични анхидриди или базични оксиди.

Основност

Основност металних оксида може се експериментално верификовати коришћењем кисело-базног индикатора. Како? Додавање малог комада оксида у водени раствор са неким раствореним индикатором; Ово може бити течни сок љубичастог купуса.

Након тога, распон боја у зависности од пХ, оксид ће сок претворити у плавкасту боју која одговара основном пХ (са вредностима између 8 и 10). То је због чињенице да растворени део оксида ослобађа ОХ ^- јоне у медијум, који су одговорни за промену пХ у поменутом експерименту.

Дакле, за оксид МО који се раствори у води, претвара се у метални хидроксид („хидратизовани оксид“) према следећим хемијским једначинама:

МО + Х ₂ О => М (ОХ) ₂

М (ОХ) ₂ <=> М ²⁺ + 2ОХ ^-

Друга једначина је равнотежа растворљивости хидроксида М (ОХ) ₂ . Имајте на уму да метал има набој 2+, што такође значи да је његова валенција +2. Валеност метала је у директној вези са његовом тенденцијом добијања електрона.

На овај начин, што је валенција позитивнија, то је већа и њена киселост. У случају да је М имао валенце на +7, онда оксида М ₂ О ₇ ће бити кисео и није основно.

Амфотерика

Метални оксиди су базични, али немају сви метални карактер. Како знаш? Проналажење метала М на периодичној табели. Што се даље налазите лево од ње, и у малим временима ће бити металик, а самим тим и оксиднији.

На граници између базичних и киселих оксида (неметални оксиди) су амфотерни оксиди. Овде реч "амфотерна" значи да оксид делује и као база и као киселина, која је иста као у воденом раствору да може да формира хидроксид или водени комплекс М (ОХ ₂ ) ₆ ²⁺ .

Водени комплекс није ништа друго до координација н молекула воде са металним центром М. За комплекс М (ОХ ₂ ) ₆ ²⁺ метални М2 ⁺ је окружен са шест молекула воде и може се сматрати као хидратни катион. Многи од ових комплекса показују интензивне боје, попут оних које су примећене за бакар и кобалт.

Номенклатура

Како се називају оксиди метала? Постоје три начина да то урадите: традиционални, систематски и залиха.

Традиционална номенклатура

Да бисте правилно именовали метални оксид према правилима којима управља ИУПАЦ, неопходно је знати могуће валенције метала М. Највећем (најпозитивнијем) суфиксу -ицо додељује назив метала, док је минор, префикс –осо.

Примјер: имајући у виду +2 и +4 валенце на метала М, његова одговарајућа оксиди су МО и МО ₂ . Ако је М са вођству, Пб онда оксид ПбО, Плумб би носити, и ПбО, ₂ оксид ПЛУМБ ИЦО . Ако метал има само једну валенцију, његов оксид се назива суфиксом –ицо. Тако, На ₂ О натријум оксид.

С друге стране, префикси хипо и пер додају се када постоје три или четири валенције за метал. Дакле, Мн ₂ О ₇ је оксид пер Манган ицо , јер Мн има +7 валенце, највише.

Међутим, ова врста номенклатуре представља одређене потешкоће и обично се најмање користи.

Систематична номенклатура

У њему се узима у обзир број М и атома кисеоника који чине хемијска формула оксида. Од њих се додељују одговарајући префикси моно-, ди-, три-, тетра-, итд.

Узимајући као пример три недавна оксида метала, ПбО је оловни моноксид; ПбО ₂ леад диоксид; и На ₂ О динатријум моноксид. У случају рђе, Фе ₂ О ₃ , његов назив је ди грозд триоксид.

Акцијска номенклатура

За разлику од друге две номенклатуре, у овој је валенција метала важнија. Ваљаност се у заградама одређује римским бројевима: (И), (ИИ), (ИИИ), (ИВ), итд. Метални оксид се тада назива метални (н) оксид.

Примјењујући номенклатуру акција за претходне примјере, имамо:

-ПбО: оловни (ИИ) оксид.

-ПбО ₂ : олово (ИВ) оксида.

-На ₂ О: натријум оксид. Пошто има јединствену валентност +1, није наведена.

-Фе ₂ О ₃ : гвожђе (ИИИ) оксид.

-Мн ₂ О ₇ : манган (ВИИ) оксид.

Израчунавање валентног броја

Али, ако немате периодичну табелу са валенцијама, како их одредити? За ово морамо имати на уму да анион О ^{2 -} доприноси два негативна набоја металном оксиду. Следећи принцип неутралности, ови негативни набоји морају бити неутрализовани позитивним металом.

Стога, ако је број оксигена познат из хемијске формуле, валеност метала се може одредити алгебрално тако да сума набоја је нула.

Мн ₂ О ₇ има седам кисеоника, тако да су његови негативни набоји једнаки 7к (-2) = -14. Да би неутрализовао негативни набој од -14, манган мора да допринесе +14 (14-14 = 0). Постављајући математичку једначину имамо тада:

2Кс - 14 = 0

2 потичу из чињенице да постоје два атома мангана. Решавање и решавање за Кс, валентност метала:

Кс = 14/2 = 7

Другим речима, сваки Мн има валенцију од +7.

Како су формирани?

Влага и пХ директно утичу на оксидацију метала у одговарајуће оксиде. Присуство ЦО ₂ , киселог оксида, може се довољно растворити у води која покрива метални део да би се убрзало уградњу кисеоника у анионском облику у кристалну структуру метала.

Ова реакција се такође може убрзати с повећањем температуре, посебно када је пожељно да се оксид добије у кратком времену.

Директна реакција метала са кисеоником

Метални оксиди настају као продукт реакције између метала и околног кисеоника. Ово се може представити нижом хемијском једнаџбом:

2М (с) + О ₂ (г) => 2МО (с)

Ова реакција је спора, јер кисеоник има јаку двоструку везу О = О, а електронски пренос између ње и метала је неефикасан.

Међутим, убрзава се знатно повећањем температуре и површине. То је због чињенице да је обезбеђена потребна енергија да би се прекинула двострука веза О = О, а како постоји већа површина, кисеоник се креће равномерно по металу, док се истовремено судара са атомима метала.

Што је већа количина реактивног кисеоника, већи је резултирајући број валенције или оксидационог броја метала. Зашто? Будући да кисеоник узима све више електрона из метала, све док не достигне највећи број оксидације.

На пример, то се може видети за бакар. Када, Цу комад бакра реагује са ограниченом количином кисеоника ₂ О се формира (бакар (И) оксид, бакар оксид, или дицобре моноксид):

4Цу (с) + О ₂ (г) + К (топлота) => 2Цу ₂ О (с) (црвена чврста супстанца)

Али када реагује у еквивалентним количинама, добија се ЦуО (бакар (ИИ) оксид, курични оксид или бакар-моноксид):

2Цу (с) + О ₂ (г) + К (топлота) => 2ЦуО (с) (црна чврста супстанца)

Реакција металних соли са кисеоником

Металним оксидима могу се формирати топлотним распадањем. Да би ово било могуће, из полазног једињења (соли или хидроксида) мора се ослободити један или два мала молекула:

М (ОХ) ₂ + К => МО + Х ₂ О

ОЛС ₃ + К => МО + ЦО ₂

2М (НО ₃ ) ₂ + К => МО + 4НО ₂ + О ₂

Имајте на уму да Х ₂ О, ЦО ₂ , НО ₂ и О ₂ су објављени молекули.

Апликације

Због богатог састава метала у земљиној кори и кисеоника у атмосфери, метални оксиди се налазе у многим минералошким изворима из којих се може добити чврста основа за производњу нових материјала.

Сваки метал оксид сматра врло специфичне употребе, од нутритивног (ЗнО и МгО), као цементним адитивима (ЦаО), или једноставно као неорганских пигмената (ЦР ₂ О ₃ ).

Неки оксиди су толико густи да контролирани раст слоја може заштитити легуру или метал од даље оксидације. Студије су чак откриле да се оксидација заштитног слоја наставља као да је то течност која прекрива све пукотине или површинске недостатке метала.

Метални оксиди могу преузети фасцинантне структуре, било као наночестице или као велики полимерни агрегати.

Ова чињеница чини их предметом истраживања за синтезу интелигентних материјала, због њихове велике површине која се користи за пројектовање уређаја који реагују на најмање физичке стимулације.

Поред тога, метални оксиди су сировина за многе технолошке примене, од огледала и керамике са јединственим својствима електронске опреме, до соларних панела.

Примери

Жељезни оксиди

2ФЕ (с) + О ₂ (г) => 2ФеО (с) гвожђе (ИИ) оксида.

6ФеО (с) + О ₂ (г) => 2ФЕ ₃ О ₄ (а) магнетно гвожђе оксид.

Фе ₃ О ₄ , такође познат као магнетит, представља мешану оксид; То значи да се састоји од чврсте смеше ФеО и Фе ₂ О ₃ .

4Фе ₃ О ₄ (с) + О ₂ (г) => 6Фе ₂ О ₃ (а) гвожђе (ИИИ) оксид.

Алкалијски и земноалкални оксиди

И алкалијски и земноалкалијски метали имају само један оксидациони број, па су њихови оксиди „једноставнији“:

-На ₂ О: натријум оксид.

-Ли ₂ О: литијум оксид.

-К ₂ О: калијум-оксид.

-ЦаО: калцијум оксид.

-МгО: магнезијум оксид.

-БеО: берилијум оксид (који је амфотерни оксид)

ИИИ оксиди ИИИА оксида (13)

Елементи ИИИА групе (13) могу формирати оксиде само са бројем оксидације +3. Стога имају хемијску формулу М ₂ О ₃ и њихови оксиди су следећи:

-Ал ₂ О ₃ : алуминијум оксид.

-Га ₂ О ₃ : галијум оксид.

-У ₂ О ₃ : индијум оксид.

И коначно

-Тл ₂ О ₃ : талијум оксид.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр. 237.
2. АлонсоФормула. Метални оксиди. Преузето са: алонсоформула.цом
3. Регенти Универзитета у Минесоти (2018). Карактеристике киселе базе метала и неметалних оксида. Преузето са: цхем.умн.еду
4. Давид Л. Цхандлер. (3. априла 2018.). Оксиди метала за само зацељивање могу да заштите од корозије. Преузето из: невс.мит.еду
5. Физичка стања и грађевине оксида. Преузето са: воу.еду
6. Куимитубе. (2012). Оксидација гвожђа. Преузето са: куимитубе.цом
7. Цхемистри ЛибреТектс. Оксиди. Преузето са: цхем.либретектс.орг
8. Кумар М. (2016) Метал оксидне наноструктуре: раст и примене. У: Хусаин М., Кхан З. (напредни) Напредак у наноматериали. Напредни структурирани материјали, вол. 79. Спрингер, Нев Делхи