Metaaloxiden

Metaaloxide -uiterlijk

Wat zijn metaaloxiden?

De Metaaloxiden Het zijn anorganische verbindingen gevormd door metaalkationen en zuurstof. Ze omvatten over het algemeen een groot aantal ionische vaste stoffen, waarbij oxide -anion (of^2-) interactie elektrostatisch met M -soorten⁺. In eenvoudigere woorden zijn het de chemische verbindingen die het gevolg zijn van het combineren van een metaal met zuurstof.

M⁺ Het is dus elk kation dat afkomstig is van puur metaal: van alkalische en overgangsmetalen, behalve enkele nobele metalen (zoals goud, platina en paladium), tot de zwaarste elementen van blok P van het tafeltje periodiek (zoals lood en bismut).

In het bovenste beeld wordt een ijzeroppervlak bedekt met roodachtige korstjes getoond. Deze "korstjes" zijn wat bekend staat als roest of urin, die op zijn beurt een visuele test van metaaloxidatie vertegenwoordigen na de omstandigheden van hun omgeving. Chemisch gezien is de roest een gehydrateerd mengsel van ijzeroxiden (iii).

Waarom resulteert de oxidatie van het metaal in de afbraak van het oppervlak?? Dit komt door de opname van zuurstof in de kristallijne structuur van metaal.

Wanneer dit gebeurt, neemt het volume van het metaal toe en worden de oorspronkelijke interacties verzwakt, waardoor de breuk van de vaste stof wordt veroorzaakt. Evenzo laten deze scheuren meer zuurstofmoleculen toe om de interne metalen lagen door te dringen, waardoor het stuk van binnenuit volledig wordt gegeten.

Dit proces treedt echter op bij verschillende snelheden en hangt af van de aard van het metaal (de reactiviteit ervan) en de fysieke omstandigheden eromheen. Daarom zijn er factoren die de oxidatie van het metaal versnellen of vertragen; Twee van hen zijn de aanwezigheid van vocht en pH.

Omdat? Omdat metaaloxidatie om een ​​metaaloxide te produceren, elektronenoverdracht impliceert. Deze "reizen" van de ene chemische stof naar de andere zolang de omgeving het vergemakkelijkt, hetzij door de aanwezigheid van ionen (h⁺, NA⁺, Mg²⁺, Klet^-, enz.), die de pH wijzigen, of door de watermoleculen die de transportmiddelen bieden.

Analytisch wordt de trend van een metaal om het overeenkomstige oxide te vormen weerspiegeld in de reductiepotentialen ervan, die onthullen welke metaal sneller reageert in vergelijking met een ander.

Goud heeft bijvoorbeeld een veel groter reductiepotentieel dan ijzer, en daarom schijnt het met zijn karakteristieke gouden gloed zonder een oxide dat erbij staat.

Metaaloxideneigenschappen

De eigenschappen van metaaloxiden variëren volgens het metaal en hoe het interageert met anion of^2-. Dit houdt in dat sommige oxiden grotere dichtheden of oplosbaarheid in water hebben dan andere. Iedereen heeft echter de metalen aard gemeen, die onvermijdelijk wordt weerspiegeld in hun basiciteit.

Met andere woorden: ze staan ​​ook bekend als basische anhydriden of basisoxiden.

Basiciteit

De basiciteit van metaaloxiden kan experimenteel worden geverifieerd met behulp van een zuur-base-indicator. Als? Een klein stukje oxide toevoegen aan een waterige oplossing met een kleine opgeloste indicator; Dit kan het vloeibaar sap van de Colorad zijn.

Met het bereik van kleuren, afhankelijk van de pH, maakt het oxide het sap blauwachtige kleuren, overeenkomend met basis pH (met waarden tussen 8 en 10). Dit komt omdat het opgeloste deel van ox -oxide^- In het midden zijn deze in het experiment die verantwoordelijk zijn voor de verandering van pH.

Het kan u van dienst zijn: magnesiumnitraat (mg (no3) 2): structuur, eigenschappen, gebruik

Aldus wordt het voor een MO -oxide dat in water wordt opgelost, omgezet in metaalhydroxide (een "gehydrateerd oxide") volgens de volgende chemische vergelijkingen:

MO + H₂O => m (oh)₂

M (oh)₂ M²⁺ + 2oH^-

De tweede vergelijking is de balans van de oplosbaarheid van hydroxide M (OH)₂. Merk op dat het metaal 2+ belasting heeft, wat ook betekent dat de valentie de valentie +2 is. Metaal Valencia is direct gerelateerd aan de neiging om elektronen te winnen.

Op deze manier, hoe positiever de Valencia is, hoe groter de zuurgraad. In het geval dat M Valencia van +7 had, dan het M -oxide₂OF₇ Het zou zuur zijn en niet basic.

Anfoterisme

Metaaloxiden zijn basic, maar niet iedereen heeft hetzelfde metalen karakter. Hoe te weten? Metaal M in het periodiek systeem plaatsen. Hoe meer links van hetzelfde, en in de lage periodes, hoe meer metaalachtig het zal zijn en daarom zal meer basic zijn oxide zijn.

Op de rand tussen basische en zuuroxiden (niet -metalen oxiden) zijn amfoteros -oxiden. Hier betekent het woord 'amfoter' dat oxide evenveel werkt als een basis en zuur, wat gelijk is aan het feit dat in waterige oplossing hydroxide of waterige complexe m kan vormen (OH₂))₆²⁺.

Het waterige complex is niets meer dan de coördinatie van N Watermoleculen met het metaalcentrum m. Voor het M -complex (oh₂))₆²⁺, Het metaal m²⁺ Het is omgeven door zes watermoleculen en kan worden beschouwd als een gehydrateerd kation. Veel van deze complexen vertonen intense kleuren, zoals die waargenomen voor koper en kobalt.

Nomenclatuur van metaaloxiden

Er zijn drie manieren om metaaloxiden te noemen: de traditionele, systematische en voorraad.

Traditionele nomenclatuur

Om het metalen oxide correct te noemen volgens de regels die zijn bestuurd door de IUPAC, is het noodzakelijk om de mogelijke validiteiten van het metaal te kennen M. De grootste (de meest positieve) is toegewezen aan de naam van het metaal het achtervoegsel -ICO, terwijl het kind, het voorvoegsel -OOSO.

Voorbeeld: Gezien de valenties +2 en +4 van de metaal M, zijn hun overeenkomstige oxiden MO en MO₂. Als M lood zou zijn, PB, dan zou PBO loodgoxide zijnbeer, en PBO₂ Plúmb oxideICO. Als het metaal slechts één Valencia heeft, wordt het zijn oxide genoemd met het achtervoegsel -ICO. Dus na₂Of is natriumoxide.

Aan de andere kant worden hypo- en perfixes toegevoegd wanneer er drie of vier valenties beschikbaar zijn voor metaal. Op deze manier, de MN₂OF₇ Het is oxide perManganICO, Omdat de MN Valencia +7 heeft, de grootste van allemaal.

Dit type nomenclatuur biedt echter bepaalde moeilijkheden en is meestal het minst gebruikt.

Systematische nomenclatuur

Het wordt beschouwd als het aantal M- en zuurstofatomen dat de chemische formule van het oxide vormen. Van hen worden de overeenkomstige mono-voorvoegsels toegewezen, di-, tri-, tetra-, etc.

Als voorbeeld de drie recente metaaloxiden, is de PBO loodmonoxide; De PBO₂ looddioxide; en de NA₂O dysodio monoxide. In het geval van roest, geloof₂OF₃, De respectieve naam is dihierro -trioxide.

Kan u van dienst zijn: pycnometer

Voorraadnomenclatuur

In tegenstelling tot de andere twee nomenclatures is de metal Valencia in deze belangrijker belangrijk. Valencia wordt gespecificeerd door Romeinse getallen tussen haakjes: (i), (ii), (iii), (iv), etc. Metaaloxide wordt dan genoemd als metaaloxide (N).

Het toepassen van de voorraadnomenclatuur voor de eerdere voorbeelden die u hebt:

-PBO: loodoxide (ii).

-PBO₂: Loodoxide (iv).

-NA₂O: Natriumoxide. Zoals de unieke valentie van +1 heeft, is deze niet gespecificeerd.

-Vertrouwen₂OF₃: ijzeroxide (iii).

-Mn₂OF₇: Mangaanoxide (vii).

Valencia -nummerberekening

Maar als er geen periodiek systeem is met valenties, hoe kunnen ze dan worden bepaald? Hiervoor moeten we onthouden dat anion of^2- Het brengt twee negatieve belastingen op metaaloxide. Na het principe van neutraliteit moeten deze negatieve ladingen worden geneutraliseerd met metaal -positief.

Daarom, als het aantal zuurstof bekend is onder de chemische formule, kan de metaal Valencia algebraïsch worden bepaald zodat de som van de nul ladingen.

De MN₂OF₇ Het heeft zeven zuurstof, dan zijn de negatieve belastingen gelijk aan 7x (-2) = -14. Om de negatieve belasting van -14 te neutraliseren, moeten manganessen bijdragen +14 (14-14 = 0). Het verhogen van de wiskundige vergelijking is dan:

2x - 14 = 0

De 2 komt van het feit dat er twee mangaanatomen zijn. Het oplossen en opruimen van X, de metalen Valencia:

X = 14/2 = 7

Dat wil zeggen dat elke Mn Valencia van +7 heeft.

Hoe worden metaaloxiden gevormd?

Vocht en pH beïnvloeden direct de oxidatie van metalen in hun overeenkomstige oxiden. De aanwezigheid van CO₂, Zuuroxide, het kan voldoende oplossen in het water dat het metaalstuk bedekt om de opname van anionische zuurstof in de kristallijne structuur van metaal te versnellen.

Deze reactie kan ook worden versneld met een temperatuurstijging, vooral als u het oxide in korte tijd wilt verkrijgen.

Directe metaalreactie met zuurstof

Metaaloxiden worden gevormd als een product van de reactie tussen metaal en omringende zuurstof. Dit kan worden weergegeven met de onderstaande chemische vergelijking:

2m (s) + o₂(g) => 2mo (s)

Deze reactie is traag, omdat zuurstof een sterke dubbele binding of = o heeft en de elektronische overdracht tussen het en het metaal inefficiënt is.

Het versnelt echter aanzienlijk met een toename van de temperatuur- en oppervlakte. Dit is te wijten aan het feit dat de benodigde energie wordt verstrekt om de dubbele binding of = o te verbreken, en met een groter gebied, zuurstof beweegt gelijkmatig over het metaal en botsen tegelijkertijd met metaalatomen.

Hoe groter de hoeveelheid reactionaire zuurstof, hoe groter de Valencia of het resulterende oxidatienummer voor het metaal. Omdat? Omdat zuurstof steeds meer elektronen naar metaal rukt, totdat het het hoogste oxidatienummer bereikt.

Het kan u van dienst zijn: pyridine: structuur, eigenschappen, gebruik, toxiciteit, synthese

Dit is bijvoorbeeld voor koper te zien. Wanneer een metalen koperen stuk reageert met een beperkte hoeveelheid zuurstof, wordt het gevormd Cu₂O (koperoxide (i), dicobre cupos of monoxide:

4cu (s) + o₂(g) + q (warmte) => 2cu₂O (s) (rode vaste stof)

Maar wanneer het in equivalente hoeveelheden reageert, wordt Cuo (koperoxide (II), cupricoxide of kopermonoxide) verkregen:

2cu (s) + o₂(g) + q (warmte) => 2cuo (s) (zwarte vaste stof)

Reactie van metaalzouten met zuurstof

Metaaloxiden kunnen worden gevormd door thermische ontleding. Om mogelijk te zijn, moeten een of twee kleine moleculen worden vrijgegeven uit de initiële verbinding (een zout of een hydroxide):

M (oh)₂ + Q => mo + h₂OF

MCO₃ + Q => mo + co₂

2m (nee₃))₂ + Q => mo + 4no₂ + OF₂

Merk op dat h₂Of, co₂, NEE₂ I₂ Ze zijn de vrijgegeven moleculen.

Gebruik van metaaloxiden

Vanwege de rijke samenstelling van aardcortexmetalen en de zuurstof van de atmosfeer worden metaaloxiden gevonden in veel mineralogische bronnen, waaruit een vaste basis voor de vervaardiging van nieuwe materialen kan worden verkregen.

Elk metaaloxide vindt zeer specifiek gebruik, van voedingswaarde (ZnO en MGO) tot cementadditieven (CaO), of gewoon als anorganische pigmenten (Cr₂OF₃)).

Sommige oxiden zijn zo dicht, dat de gecontroleerde groei van hun lagen een legering of metaal kan beschermen tegen achterste oxidaties. Zelfs studies hebben aangetoond dat de oxidatie van de beschermende laag voortduurt alsof het een vloeistof is die alle oppervlakken of oppervlaktemetaaldefecten bedekt.

Metaaloxiden kunnen fascinerende structuren aannemen, hetzij als nanodeeltjes of als grote polymere aggregaten.

Dit feit maakt hen een onderzoeksobject voor de synthese van intelligent materiaal, vanwege hun grote oppervlakkige gebied, dat wordt gebruikt om apparaten te ontwerpen die reageren op de lagere fysieke stimulus.

Evenzo zijn metaaloxiden de grondstof van veel technologische toepassingen, van spiegels en keramiek met unieke eigenschappen voor elektronische apparatuur, tot zonnepanelen.

Voorbeelden van metaaloxiden

Ijzeroxide

2fe (s) + o₂(g) => 2feo (s) ijzeroxide (ii).

6feo (s) + o₂(g) => 2fe₃OF₄(s) magnetisch ijzeroxide.

Vertrouwen₃OF₄, Ook bekend als magnetiet, het is een gemengd oxide; Dit betekent dat het bestaat uit een solide mengsel van lelijk en geloof₂OF₃.

4FE₃OF₄(s) + of₂(g) => 6fe₂OF₃(s) ijzeroxide (iii).

Alkalische en alkalische oxiden

Zowel alkalische als alkalistische metalen hebben slechts één oxidatienummer, dus hun oxiden zijn "eenvoudiger":

-NA₂O: Natriumoxide.

-Li₂O: Lithiumoxide.

-K₂O: kaliumoxide.

-CAO: calciumoxide.

-MGO: magnesiumoxide.

-Beeo: beryloxide (een amfoterisch oxide).

Groep IIIA -oxiden (13)

De elementen van groep IIIA (13) kunnen alleen oxiden vormen met een oxidatienummer van +3. Ze hebben dus een chemische formule m₂OF₃ en hun oxiden zijn als volgt:

-Naar de₂OF₃: aluminiumoxide.

-GA₂OF₃: galliumoxide.

-In₂OF₃: Indisch oxide.

En tenslotte:

-TL₂OF₃: Taliumoxide.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie (8e ed.)). Cengage Learning, p 237.
2. Alonsoformula. Oxide metaal. Genomen uit: Alonsoformula.com
3. Regenten van de Universiteit van Minnesota (2018). Zuurbasiskarakteristieken van metaal- en niet-metalen oxiden. Genomen uit: chem.Umn.Edu