- Ei-metallisten oksidien ominaisuudet
- emäksisyys
- Amphotericism
- nimistö
- Perinteinen nimikkeistö
- Systemaattinen nimikkeistö
- Osakemääräys
- Valenssiluvun laskeminen
- Kuinka ne muodostuvat?
- Metallin suora reaktio hapen kanssa
- Metallisuolojen reaktio hapen kanssa
- Sovellukset
- esimerkit
- Rautaoksidit
- Alkali- ja maa-alkalioksidit
- Ryhmän IIIA oksidit (13)
- Viitteet
Metalli oksidit ovat epäorgaanisia yhdisteitä koostuu metallikationien ja happi. Ne käsittävät yleensä suuren määrän ionisia kiintoaineita, joissa oksidianioni (O 2–) vuorovaikuttaa sähköstaattisesti M + -lajien kanssa.
M + on kuin mikä tahansa kationi, joka saadaan puhtaasta metallista: alkali- ja siirtymämetalleista, lukuun ottamatta joitain jalometalleja (kuten kulta, platina ja palladium), taulukon lohkon p raskaimpiin elementteihin jaksollinen (kuten lyijy ja vismutti).
Lähde: Pixabay.
Yllä olevassa kuvassa on punertavien kuorien peittämä rautapinta. Nämä "rupia" ovat niin kutsuttuja ruosteita tai ruosteita, jotka puolestaan edustavat visuaalista näyttöä metallin hapettumisesta sen ympäristöolosuhteiden seurauksena. Kemiallisesti ruoste on rauta (III) oksidien hydratoitu seos.
Miksi metallin hapettuminen johtaa sen pinnan hajoamiseen? Tämä johtuu hapen sisällyttämisestä metallin kiderakenteeseen.
Kun tämä tapahtuu, metallin tilavuus kasvaa ja alkuperäiset vuorovaikutukset heikentyvät, aiheuttaen kiinteän aineen repeämistä. Samoin nämä halkeamat sallivat enemmän happimolekyylejä tunkeutua sisäisiin metallikerroksiin syömällä kappaleen kokonaan sisäpuolelta.
Tämä prosessi tapahtuu kuitenkin eri nopeuksilla ja riippuu metallin luonteesta (sen reaktiivisuudesta) ja fysikaalisista olosuhteista, jotka sitä ympäröivät. Siksi on tekijöitä, jotka nopeuttavat tai hidastavat metallin hapettumista; kaksi niistä on kosteuden ja pH: n läsnäolo.
Miksi? Koska metallin hapetus metallioksidin tuottamiseksi sisältää elektronien siirron. Nämä "kulkevat" kemiallisista lajeista toisiin niin kauan kuin ympäristö helpottaa sitä joko läsnäollessa ioneja (H +, Na +, Mg 2+, Cl - jne.), Jotka muuttavat pH: ta, tai vesimolekyylit, jotka tarjoavat kuljetusvälineet.
Analyyttisesti metallin taipumus muodostaa vastaava oksidi heijastuu sen pelkistyspotentiaaleissa, jotka paljastavat, mikä metalli reagoi nopeammin toiseen verrattuna.
Esimerkiksi kullalla on paljon suurempi pelkistyspotentiaali kuin raudalla, minkä vuoksi se loistaa tunnusomaisella kultaisella hehkullaan ilman oksidia tylsäämään sitä.
Ei-metallisten oksidien ominaisuudet
Magnesiumoksidi, metallioksidi.
Metallioksidien ominaisuudet vaihtelevat riippuen metallista ja siitä, kuinka se vuorovaikuttaa O 2- anionin kanssa. Tämä tarkoittaa, että joillakin oksideilla on korkeammat tiheydet tai liukoisuudet vedessä kuin toisilla. Heillä kaikilla on kuitenkin yhteinen metallinen luonne, mikä heijastuu väistämättä heidän perustavuuteensa.
Toisin sanoen: ne tunnetaan myös emäksisinä anhydrideinä tai emäksisinä oksideina.
emäksisyys
Metallioksidien emäksisyys voidaan varmistaa kokeellisesti käyttämällä happamäksen indikaattoria. Miten? Lisätään pieni pala oksidia vesiliuokseen, jossa on jonkin verran liuennettua indikaattoria; Tämä voi olla purppurakaalin nesteytetty mehu.
Kun väri vaihtelee pH: sta riippuen, oksidi muuttaa mehusta sinertäviä värejä, jotka vastaavat emäksistä pH: ta (arvojen välillä 8-10). Tämä johtuu siitä, että oksidin liuennut osa vapauttaa väliaineeseen OH - ioneja, jotka ovat vastuussa pH: n muutoksesta mainitussa kokeessa.
Siksi vedessä liukenevalle oksidille MO se muuttuu metallihydroksidiksi (”hydratoituneeksi oksidiksi”) seuraavien kemiallisten yhtälöiden mukaisesti:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Toinen yhtälö on hydroksidin M (OH) 2 liukoisuuden tasapaino. Huomaa, että metallilla on yli 2 varausta, mikä tarkoittaa myös, että sen valenssi on +2. Metallin valenssi liittyy suoraan sen taipumukseen saada elektronia.
Tällä tavalla mitä positiivisempi valenssi on, sitä suurempi on sen happamuus. Siinä tapauksessa, että M oli valenssi +7, sitten oksidi M 2 O 7 olisi hapan eikä emäksinen.
Amphotericism
Metallioksidit ovat emäksisiä, mutta niillä ei kaikilla ole samaa metalliominaisuutta. Mistä tiedät? Metalli M: n sijainti jaksotaulukossa. Mitä kauempana olet siitä vasemmalla ja matalammissa ajanjaksoissa, sitä metallisempi se on ja siksi sitä emäksempi oksidisi on.
Emäksisten ja happamien oksidien (ei-metalliset oksidit) välisellä rajalla ovat amfoteeriset oksidit. Tässä sana 'amfoteerinen' tarkoittaa, että oksidi toimii sekä emäksenä että hapana, joka on sama kuin vesiliuoksessa, jolloin se voi muodostaa hydroksidin tai vesipitoisen kompleksin M (OH 2) 6 2+.
Vesipitoinen kompleksi on vain n vesimolekyylin yhteensovittamista metallikeskuksen M kanssa. M (OH 2) 6 2+ -kompleksille metallia M 2+ ympäröi kuusi vesimolekyyliä, ja sitä voidaan pitää hydratoitu kationi. Monet näistä komplekseista osoittavat voimakkaita värityksiä, kuten kuparille ja koboltille havaitut.
nimistö
Kuinka metallioksidit nimetään? On kolme tapaa tehdä se: perinteinen, systemaattinen ja varastossa.
Perinteinen nimikkeistö
Metallioksidin nimeämiseksi oikein IUPAC: n säännösten mukaisesti on välttämätöntä tietää metallin M mahdolliset valenssit. Suurimmalle (positiivisimmalle) annetaan metallinimelle jälkiliite -ico, kun taas alaikäinen, etuliite –oso.
Esimerkiksi: koska +2 ja +4 valenssia metallin M, sen vastaavat oksidit ovat MO ja MO 2. Jos M pois lyijystä, Pb, niin oksidi PbO Plumb kantaisi, ja PbO 2 oksidi PLUMB ico. Jos metallilla on vain yksi valenssi, sen oksidi nimetään jälkiliitteellä –ico. Siten, Na 2 O on natrium oksidi.
Toisaalta etuliitteet hypo- ja per- lisätään, kun metallia varten on saatavana kolme tai neljä valenssia. Siten, Mn 2 O 7 on oksidi kohti mangaani ICO, koska Mn +7 valenssi, kaikkea.
Tämän tyyppinen nimikkeistö aiheuttaa kuitenkin tiettyjä vaikeuksia ja on yleensä vähiten käytetty.
Systemaattinen nimikkeistö
Siinä otetaan huomioon M: n ja happiatomien lukumäärä, jotka muodostavat oksidin kemiallisen kaavan. Niistä sille osoitetaan vastaavat etuliitteet mono-, di-, tri-, tetra- jne.
Ottaen esimerkiksi kolme viimeaikaista metallioksidia, PbO on lyijymonoksidi; PbO 2 lyijydioksidin; ja Na 2 O on dinatrium hiilimonoksidia. Ruosteen, Fe 2 O 3: n, vastaava nimi on di rautatrioksidi.
Osakemääräys
Toisin kuin kaksi muuta nimikkeistöä, tässä yhdessä metallin valenssi on tärkeämpi. Valenssi määritellään suluissa roomalaisin numeroin: (I), (II), (III), (IV) jne. Metallioksidia kutsutaan sitten metalli (n) oksidiksi.
Soveltamalla osakenimikkeistöä edellisiin esimerkkeihin, meillä on:
-PbO: lyijy (II) oksidi.
PbO 2: lyijy (IV) oksidia.
-Na 2 O: natrium oksidi. Koska sillä on ainutlaatuinen valenssi +1, sitä ei määritetä.
-Fe 2 O 3: rauta (III) oksidi.
-Mn 2 O 7: mangaani (VII) oksidi.
Valenssiluvun laskeminen
Mutta jos sinulla ei ole jaksollista taulukkoa valensseilla, miten voit määrittää ne? Tätä varten meidän on muistettava, että anioni O 2– tuottaa kaksi negatiivista varausta metallioksidiin. Neutraalisuusperiaatteen mukaisesti nämä negatiiviset varaukset on neutraloitava metallin positiivisilla varauksilla.
Siksi, jos happeajen lukumäärä tunnetaan kemiallisesta kaavasta, metallin valenssi voidaan määrittää algebrallisesti siten, että varausten summa on nolla.
Mn 2 O 7 on seitsemän happea, joten sen negatiiviset varaukset ovat yhtä 7x (-2) = -14. -14: n negatiivisen varauksen neutraloimiseksi mangaanin on osallistuttava +14 (14-14 = 0). Aseta sitten matemaattinen yhtälö:
2X - 14 = 0
2 tulee siitä, että mangaaniatomeja on kaksi. Ratkaisu ja ratkaisu X: lle, metallin valenssi:
X = 14/2 = 7
Toisin sanoen jokaisella Mn: n valenssi on +7.
Kuinka ne muodostuvat?
Kosteus ja pH vaikuttavat suoraan metallien hapettumiseen vastaaviksi oksideiksi. Läsnä ollessa CO 2, hapan oksidi, voi liueta riittävästi veteen, joka peittää metalliosan nopeuttaa hapen sisältyminen anionisessa muodossa kiderakenteen metallia.
Tätä reaktiota voidaan myös kiihdyttää lämpötilan nousulla, etenkin kun halutaan saada oksidi lyhyessä ajassa.
Metallin suora reaktio hapen kanssa
Metallioksidit muodostuvat metallin ja sitä ympäröivän hapen välisen reaktion tuloksena. Tätä voidaan edustaa alla olevalla kemiallisella yhtälöllä:
2M (t) + O 2 (g) => 2mo (s)
Tämä reaktio on hidas, koska hapella on vahva O = O-kaksoissidos ja elektroninen siirto sen ja metallin välillä on tehoton.
Se kuitenkin kiihtyy huomattavasti lämpötilan ja pinnan noustessa. Tämä johtuu tosiasiasta, että tarvittava energia saadaan O = O-kaksoissidoksen hajottamiseksi, ja koska pinta-ala on suurempi, happi liikkuu tasaisesti koko metallin läpi, törmääen samaan aikaan metalliatomien kanssa.
Mitä suurempi määrä happea reagoi, sitä suurempi metallin valenssi- tai hapetusluku on. Miksi? Koska happi vie yhä enemmän elektroneja metallista, kunnes se saavuttaa suurimman hapetusluvun.
Tämä näkyy esimerkiksi kuparille. Kun pala metallisen kuparin reagoi rajoitettu määrä happea, Cu 2 O on muodostettu (kupari (I) oksidi, kupro-oksidia tai dicobre hiilimonoksidi):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (lämpö) => 2Cu 2 O (s) (punainen kiinteä aine)
Mutta kun se reagoi vastaavissa määrin, saadaan CuO (kupari (II) oksidia, kuparioksidia tai kuparimonoksidia):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (lämpö) => 2CuO (s) (musta kiinteä aine)
Metallisuolojen reaktio hapen kanssa
Metallioksidit voivat muodostua termisen hajoamisen avulla. Jotta tämä olisi mahdollista, lähtöyhdisteestä (suola tai hydroksidi) on vapautettava yksi tai kaksi pientä molekyyliä:
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Huomaa, että H 2 O, CO 2, NO 2 ja O 2 ovat vapautuneet molekyylit.
Sovellukset
Maankuoressa olevien metallien rikkaan koostumuksen ja ilmakehän hapen vuoksi metallioksideja löytyy monista mineralogisista lähteistä, joista voidaan saada vankka perusta uusien materiaalien valmistukseen.
Jokaisella metallioksidilla on hyvin erityisiä käyttötarkoituksia, ravitsemuksellisista (ZnO ja MgO) sementtilisäaineiksi (CaO) tai yksinkertaisesti epäorgaanisiksi pigmenteiksi (Cr 2 O 3).
Jotkut oksidit ovat niin tiheitä, että hallittu kerroksen kasvu voi suojata metalliseosta tai metallia lisähapettumiselta. Tutkimukset ovat jopa osoittaneet, että suojakerroksen hapettuminen jatkuu ikään kuin se olisi nestettä, joka peittää kaikki metallin halkeamat tai pintavirheet.
Metallioksidit voivat ottaa kiehtovia rakenteita joko nanohiukkasina tai suurina polymeeriyhdisteinä.
Tämä tosiasia tekee niistä tutkimuksen kohteena älykkäiden materiaalien synteesiä, johtuen niiden suuresta pinta-alasta, jota käytetään suunnittelussa laitteita, jotka reagoivat vähiten fysikaalisiin ärsykkeisiin.
Lisäksi metallioksidit ovat raaka-aine moniin teknisiin sovelluksiin, peileistä ja keramiikista, joilla on ainutlaatuiset ominaisuudet elektronisille laitteille, aurinkopaneeleihin.
esimerkit
Rautaoksidit
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) rauta (II) oksidi.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) magneettinen rautaoksidi.
Fe 3 O 4, joka tunnetaan myös nimellä magnetiittia, on sekoitettu oksidi; Tämä tarkoittaa, että se koostuu kiinteä seos, jossa FeO: n ja Fe 2 O 3.
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) rauta (III) oksidi.
Alkali- ja maa-alkalioksidit
Sekä alkali- että maa-alkalimetallilla on vain yksi hapetusluku, joten niiden oksidit ovat "yksinkertaisempia":
-Na 2 O: natrium oksidi.
-Li 2 O: litiumoksidi.
-K 2 O: kaliumoksidi.
-CaO: kalsiumoksidi.
-MgO: magnesiumoksidi.
-BeO: berylliumoksidi (joka on amfoteerinen oksidi)
Ryhmän IIIA oksidit (13)
Ryhmän IIIA elementit (13) voivat muodostaa oksideja vain hapetusluvulla +3. Siksi heillä on kemiallinen kaava M 2 O 3 ja niiden oksidit ovat seuraavat:
-Al 2 O 3: alumiinioksidi.
GA 2 O 3: galliumoksidin.
-In 2 O 3: indiumoksidi.
Ja lopuksi
-Tl 2 O 3: talliumoksidi.
Viitteet
- Whitten, Davis, Peck ja Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE-oppiminen, s. 237.
- AlonsoFormula. Metallioksidit. Otettu: alonsoformula.com
- Minnesotan yliopiston edustajat (2018). Metalli- ja ei-metallioksidien happo-emäsominaisuudet. Ostettu: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3. huhtikuuta 2018). Itse paranevat metallioksidit voivat suojata korroosiolta. Kuvannut: news.mit.edu
- Oksidien fysikaaliset tilat ja rakenteet. Ostettu: wou.edu
- Quimitube. (2012). Raudan hapettuminen. Otettu: quimitube.com
- Kemia LibreTexts. Oksideja. Otettu: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) metallioksidin nanorakenteet: kasvu ja sovellukset. Julkaisussa: Husain M., Khan Z. (toim.) Advances in Nanomaterials. Advanced Structured Materials, vol. 79. Springer, New Delhi