Egenskaper av metalloxider, nomenklatur, användningsområden och exempel

den metalloxider de är oorganiska föreningar som bildas av metalliska katjoner och syre. De omfattar i allmänhet ett stort antal joniska fasta ämnen, i vilka oxidanjonen (O^2-) interagerar elektrostatiskt med M-arter⁺.

M⁺ Sålunda varje katjon härledd från ren metall: från alkali- och övergångsmetaller förutom vissa ädelmetaller (såsom guld, platina och palladium), till den tyngsta p-blocket i det periodiska systemet ( som bly och vismut).

Den övre bilden visar en järn yta täckt av rödskorpor. Dessa "skorpor" är det som kallas rost eller rost, vilket i sin tur representerar ett visuellt test av oxidationen av metallen på grund av förhållandena i sin omgivning. Kemiskt är rosten en hydratiserad blandning av järnoxider (III).

Varför resulterar oxidationen av metall i nedbrytningen av dess yta? Detta beror på införlivandet av syre i den metalliska kristallinstrukturen.

När detta händer ökar volymen av metallen och de ursprungliga interaktionerna försvagar, vilket gör att det fasta materialet bryts. Dessutom tillåter dessa sprickor att flera syremolekyler tränger in i de inre metallskikten och äter bort hela stycket inifrån..

Denna process sker emellertid i olika hastigheter och beror på metallens natur (dess reaktivitet) och de fysiska förhållanden som omger det. Därför finns faktorer som accelererar eller saktar ner oxidationen av metallen. två av dem är närvaro av fukt och pH.

Varför? Eftersom oxidationen av metallen för att framställa en metalloxid innebär en elektronöverföring. Dessa "reser" från en kemisk art till en annan så länge som mediet underlättar det, antingen genom närvaron av joner (H⁺, na⁺, mg²⁺, cl^-, etc.), som modifierar pH, eller genom vattenmolekyler som tillhandahåller transportmedlen.

Analytiskt reflekteras tendensen hos en metall för att bilda motsvarande oxid reflekteras i dess reduktionspotentialer, vilket avslöjar vilken metall som reagerar snabbare i jämförelse med en annan.

Guld har till exempel en mycket större reduktionspotential än järn, varför den lyser med sin karakteristiska gyllene glöd utan en oxid som försvinner den..

index

• 1 Egenskaper av icke-metalliska oxider
  • 1.1 Grundläggande
  • 1,2 amfotericism
• 2 nomenklaturen
  • 2.1 Traditionell nomenklatur
  • 2.2 Systematisk nomenklatur
  • 2.3 Lagernomenklatur
  • 2.4 Beräkning av antalet valens
• 3 Hur bildas de?
  • 3.1 Direkt reaktion av metallen med syre
  • 3.2 Reaktion av metallsalter med syre
• 4 användningsområden
• 5 exempel
  • 5.1 Järnoxider
  • 5.2 Alkaliska och jordalkaliska oxider
  • 5.3 Grupp IIIA-oxider (13)
• 6 referenser

Egenskaper hos icke-metalliska oxider

Egenskaperna hos metalloxider varierar beroende på metallen och hur det interagerar med anjonen O^2-. Detta medför att vissa oxider har högre densiteter eller lösligheter i vatten än andra. Men alla har gemensamt den metalliska karaktären, vilket oundvikligen återspeglas i grundligheten.

Med andra ord: de är också kända som basiska anhydrider eller basiska oxider.

basicitet

Grundämnena av metalloxiderna kan kontrolleras experimentellt med användning av en syrabasindikator. Hur? Lägger en liten bit av oxiden till en vattenhaltig lösning med viss upplöst indikator; Detta kan vara den flytande juice av lila kål.

När du sedan har färgerna beroende på pH, kommer oxiden att göra saften till blåaktiga färger, vilket motsvarar det grundläggande pH-värdet (med värden mellan 8 och 10). Detta beror på att den upplösta delen av oxiden frisätter OH-joner^- till miljön, vilket är dessa i försöket som ansvarar för förändringen i pH.

För en MO oxid som solubiliseras i vatten omvandlas sålunda till metallhydroxiden (en "hydrerad oxid") enligt följande kemiska ekvationer:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Den andra ekvationen är löslighetsbalansen för hydroxid M ​​(OH)₂. Observera att metallen har en 2+ laddning, vilket också innebär att dess valens är +2. Valensen av metall är direkt relaterad till sin tendens att få elektroner.

På så sätt desto mer positiva valensen är desto större är dess surhet. I det fallet att M hade en valens av +7, då M-oxiden₂O₇ det skulle vara surt och inte grundläggande.

amphoterism

Metalloxider är grundläggande, men inte alla har samma metalliska karaktär. Hur kan man veta? Placera metallet M i det periodiska bordet. Ju mer det är till vänster om det, och i de lägre perioderna desto mer metalliska blir det och därför är ju mer grundläggande dess oxid kommer att vara.

Vid gränsen mellan bas- och syraoxiderna (de icke-metalliska oxiderna) är de amfotera oxiderna. Här betyder ordet "amfotert" att oxiden verkar både som en bas och syra, som är densamma som i vattenhaltig lösning kan den bilda hydroxiden eller det vattenhaltiga komplexet M (OH)₂)₆²⁺.

Vattenkomplexet är inget mer än samordningen av n vattenmolekyler med metallcentret M. För M-komplexet (OH₂)₆²⁺, metallet M²⁺ Det omges av sex vattenmolekyler och kan betraktas som en hydratiserad katjon. Många av dessa komplex uppenbarar intensiva färgämnen, såsom de som observeras för koppar och kobolt.

nomenklatur

Hur heter metalloxider? Det finns tre sätt att göra det: det traditionella, det systematiska och beståndet.

Traditionell nomenklatur

Att korrekt ange metalloxiden enligt de regler som regleras av IUPAC är nödvändig att veta metallens möjliga valenser. Den största (den mest positiva) är tilldelad metallnamnet suffixet -ico, medan mindre prefixet -oso.

Exempel: Givet valens +2 och +4 av metallen M är dess motsvarande oxider MO och MO₂. Om M var ledningen, Pb, då skulle PbO vara oxidplumbbära, och PbO₂ oxidplommonico. Om metallen bara har en valens, heter den dess oxid med suffixet -ico. Så, Na₂Eller är det natriumoxid.

Å andra sidan läggs hypo- och per-prefix till när det finns tre eller fyra valenser tillgängliga för metallen. På detta sätt är Mn₂O₇ det är oxiden perMANGANico, eftersom Mn har valens +7, den högsta av alla.

Denna typ av nomenklatur uppvisar dock vissa svårigheter och är vanligtvis den minst använda.

Systematisk nomenklatur

Det betraktar antalet M-atomer och syre som utgör oxidens kemiska formel. Från dem tilldelas motsvarande prefixer mono-, di-, tri-, tetra-, etc..

Med de tre senaste metalloxiderna som exempel är PbO blymonoxid; PbO₂ blydioxid; och Na₂Eller dinatriummonoxiden. För fallet med rost, Fe₂O₃, dess respektive namn är trioxiden av dihierro.

Lagernomenklatur

Till skillnad från de andra två nomenklaturerna, har metallens valens större betydelse. Valensen anges av romerska siffror inom parantes: (I), (II), (III), (IV) etc. Metalloxiden benämns därefter metalloxid (n).

Tillämpa lagernomenklaturen för de tidigare exemplen vi har:

-PbO: blyoxid (II).

-PbO₂: blyoxid (IV).

-na₂O: natriumoxid. Eftersom den har en unik valens på +1, är den inte specificerad.

-tro₂O₃: järnoxid (III).

-mn₂O₇: manganoxid (VII).

Beräkning av antalet valens

Men om du inte har ett periodiskt bord med valenser, hur kan du bestämma dem? För detta måste vi komma ihåg att anjonen O^2- det bidrar med två negativa laddningar till metalloxiden. Efter neutralitetsprincipen måste dessa negativa laddningar neutraliseras med de positiva av metallen.

Om antalet oxygener är kända genom den kemiska formeln kan därför metallens valens bestämmas algebraiskt så att summan av laddningarna ger noll.

Mn₂O₇ har sju oxygener, då är dess negativa laddningar lika med 7x (-2) = -14. För att neutralisera den negativa laddningen av -14 måste mangan ge +14 (14-14 = 0). Att lägga den matematiska ekvationen är då:

2X - 14 = 0

De 2 kommer från det faktum att det finns två manganatomer. Lösning och rensning X, metallens valens:

X = 14/2 = 7

Det vill säga att varje Mn har en valens på +7.

Hur bildas de?

Fuktighet och pH påverkar direkt oxidationen av metaller i motsvarande oxider. Närvaron av CO₂, Syraoxid kan lösas tillräckligt i vattnet som täcker metalldelen för att påskynda införlivandet av syre i en anjonform till kristallstrukturen hos metallen.

Denna reaktion kan också accelereras med en temperaturökning, speciellt när det är önskvärt att erhålla oxiden på kort tid.

Direkt reaktion av metallen med syre

Metalloxiderna bildas som en produkt av reaktionen mellan metallen och det omgivande syret. Detta kan representeras med den kemiska ekvationen nedan:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Denna reaktion är långsam, eftersom syre har en stark dubbel O = O-bindning och den elektroniska överföringen mellan den och metallen är ineffektiv.

Det accelererar emellertid kraftigt med en ökning av temperatur och yta. Detta beror på det faktum att den energi som är nödvändig för att bryta O = O-dubbelbindningen tillhandahålls, och eftersom det finns ett större område rör sig syret jämnt över metallen och kolliderar samtidigt med metallatomerna.

Ju större mängden syrereaktant desto större är valens- eller oxidationsnumret som resulterar för metallen. Varför? Eftersom syre klipper mer och mer elektroner från metallen, tills den når det högsta oxidationsnumret.

Detta kan ses för koppar, till exempel. När en bit metallisk koppar reagerar med en begränsad mängd syre Cu bildas₂O (kopparoxid (I), kopparoxid eller dikobradmonoxid):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (värme) => 2Cu₂O (s) (röd fast substans)

Men när det reagerar i ekvivalenta mängder erhålles CuO (kopparoxid (II), kopparoxid eller kopparmonoxid):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (värme) => 2CuO (s) (solid svart)

Reaktion av metallsalter med syre

Metalloxider kan bildas genom termisk sönderdelning. För att vara möjligt måste en eller två små molekyler frisättas från den ursprungliga föreningen (ett salt eller en hydroxid):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (nr₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Observera att H₂O, CO₂, NEJ₂ och O₂ frigörs molekylerna.

tillämpningar

På grund av den rika sammansättningen av metaller i jordskorpan och syre i atmosfären finns metalloxider i många mineralogiska källor, varav en fast bas kan erhållas för framställning av nya material.

Varje metalloxid finner mycket specifika användningsområden, från näringsmässiga (ZnO och MgO) till cementadditiver (CaO), eller helt enkelt som oorganiska pigment (Cr).₂O₃).

Vissa oxider är så täta att den kontrollerade tillväxten av sina lager kan skydda en legering eller metall från ytterligare oxidation. Även studier har visat att oxidation av det skyddande skiktet fortskrider som om det var en vätska som täcker alla sprickor eller ytliga defekter hos metallen.

Metalloxider kan anta fascinerande strukturer, antingen som nanopartiklar eller som stora polymeraggregat.

Detta faktum gör dem föremål för studier för syntesen av intelligenta material på grund av dess stora ytarea, som används för att designa enheter som svarar mot den minst fysiska stimulansen.

På samma sätt är metalloxider råmaterialet i många tekniska tillämpningar, från speglar och keramik med unika egenskaper för elektronisk utrustning, till solpaneler.

exempel

Järnoxider

2Fe (s) + O₂(g) => 2FeO (s) järnoxid (II).

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃O₄(er) Magnetisk järnoxid.

Troen₃O₄, även känd som magnetit, det är en blandad oxid; Det innebär att det består av en fast blandning av FeO och Fe₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃(er) järnoxid (III).

Alkaliska och jordalkalimetaller

Både alkaliska och jordalkalimetaller har ett enda oxidationsnummer, så deras oxider är mer "enkla":

-na₂O: natriumoxid.

-Li₂O: litiumoxid.

-K₂O: kaliumoxid.

-CaO: kalciumoxid.

-MgO: magnesiumoxid.

-BeO: berylliumoxid (som är en amfotär oxid)

Grupp IIIA oxider (13)

Elementen i grupp IIIA (13) kan endast bilda oxider med ett oxidationsnummer av +3. Således har de en kemisk formel M₂O₃ och dess oxider är följande:

-till₂O₃: aluminiumoxid.

-ga₂O₃: galliumoxid.

-i₂O₃: indiumoxid.

Och äntligen

-tl₂O₃: talliumoxid.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, sid 237.
2. AlonsoFormula. Metalloxider. Hämtad från: alonsoformula.com
3. Regents av University of Minnesota. (2018). Syrabasegenskaper hos metall och icke-metalloxider. Hämtad från: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3 april 2018). Självhärdande metalloxider kan skydda mot korrosion. Hämtad från: news.mit.edu
5. Oxidernas fysiska tillstånd och strukturer. Hämtad från: wou.edu
6. Quimitube. (2012). Oxideringen av järn. Hämtad från: quimitube.com
7. Kemi LibreTexts. Oxider. Hämtad från: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Nanostrukturer av metalloxid: Tillväxt och tillämpningar. I: Husain M., Khan Z. (eds) Förskott i nanomaterial. Avancerade strukturerade material, vol 79. Springer, New Delhi