- Vlastnosti nekovových oxidov
- zásaditosť
- Amphotericism
- názvoslovie
- Tradičná nomenklatúra
- Systematická nomenklatúra
- Skladová nomenklatúra
- Výpočet valenčného čísla
- Ako sa formujú?
- Priama reakcia kovu s kyslíkom
- Reakcia solí kovov s kyslíkom
- aplikácia
- Príklady
- Oxidy železa
- Oxidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín
- Oxidy skupiny IIIA (13)
- Referencie
Kovové oxidy sú anorganické zlúčeniny, skladajúci sa z katiónov kovov a kyslík. Spravidla obsahujú obrovské množstvo iónových pevných látok, v ktorých oxidový anión (O 2– ) elektrostaticky interaguje s druhmi M + .
M + je ako tento akýkoľvek katión, ktorý pochádza z čistého kovu: z alkalických a prechodných kovov, s výnimkou niektorých ušľachtilých kovov (ako je zlato, platina a paládium), k najťažším prvkom bloku p tabuľky periodický (napríklad olovo a bizmut).
Zdroj: Pixabay.
Obrázok hore zobrazuje železný povrch pokrytý načervenalými kôrami. Tieto „chrasty“ sú tie, ktoré sa nazývajú hrdza alebo hrdza, ktoré zase predstavujú vizuálny dôkaz oxidácie kovu v dôsledku podmienok jeho okolia. Chemicky je hrdza hydratovanou zmesou oxidov železa (III).
Prečo oxidácia kovu vedie k degradácii jeho povrchu? Je to kvôli zabudovaniu kyslíka do kryštalickej štruktúry kovu.
Keď k tomu dôjde, objem kovu sa zvýši a pôvodné interakcie sa oslabia, čo spôsobí prasknutie pevnej látky. Tieto praskliny tiež umožňujú prenikaniu väčšieho množstva molekúl kyslíka do vnútorných kovových vrstiev, ktoré úplne odstraňujú zvnútra kus.
Tento proces sa však vyskytuje pri rôznych rýchlostiach a závisí od povahy kovu (jeho reaktivity) a fyzikálnych podmienok, ktoré ho obklopujú. Preto existujú faktory, ktoré urýchľujú alebo spomaľujú oxidáciu kovu; dva z nich sú vlhkosť a pH.
Prečo? Pretože oxidácia kovu za vzniku oxidu kovu zahŕňa prenos elektrónov. Tieto „cestujú“ z jedného chemického druhu do druhého, pokiaľ to životné prostredie uľahčuje, a to buď prítomnosťou iónov (H + , Na + , Mg 2+ , Cl - atď.), Ktoré upravujú pH, alebo molekuly vody, ktoré poskytujú dopravný prostriedok.
Analyticky sa tendencia kovu tvoriť zodpovedajúci oxid odráža v jeho redukčných potenciáloch, ktoré ukazujú, ktorý kov v porovnaní s iným reaguje rýchlejšie.
Napríklad zlato má omnoho väčší redukčný potenciál ako železo, a preto svieti svojou charakteristickou zlatou žiarou bez oxidu, ktorý ho otupuje.
Vlastnosti nekovových oxidov
Oxid horečnatý, oxid kovu.
Vlastnosti oxidov kovov sa líšia podľa kovu a toho, ako interaguje s aniónom O 2 . To znamená, že niektoré oxidy majú vyššiu hustotu alebo rozpustnosť vo vode ako iné. Všetky však majú spoločný kovový charakter, ktorý sa nevyhnutne odráža v ich zásaditosti.
Inými slovami: sú známe aj ako zásadité anhydridy alebo zásadité oxidy.
zásaditosť
Zásaditosť oxidov kovov sa môže experimentálne overiť pomocou indikátora kyslej zásady. Ako? Pridanie malého množstva oxidu do vodného roztoku s nejakým rozpusteným indikátorom; Môže to byť skvapalnená šťava z fialovej kapusty.
Potom, čo bude potom rozsah farieb v závislosti od pH, oxid zmení šťavu na namodralú farbu, ktorá zodpovedá základnému pH (s hodnotami medzi 8 a 10). Je to spôsobené skutočnosťou, že rozpustená časť oxidu uvoľňuje OH - ióny do média, ktoré sú zodpovedné za zmenu pH v uvedenom experimente.
Takto sa pre oxid MO, ktorý je rozpustený vo vode, prevádza na hydroxid kovu („hydratovaný oxid“) podľa nasledujúcich chemických rovníc:
Mo + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Druhá rovnica je rovnovážna rozpustnosť hydroxidu M (OH) 2 . Všimnite si, že kov má náboj 2+, čo tiež znamená, že jeho valencia je +2. Valencia kovu priamo súvisí s jeho tendenciou získavať elektróny.
Týmto spôsobom, čím je valencia pozitívnejšia, tým väčšia je jej kyslosť. V prípade, že M má väznosť +7, potom oxid M 2 O 7 by byť kyslé, a nie základné.
Amphotericism
Oxidy kovov sú zásadité, avšak všetky nemajú rovnaký kovový charakter. Ako vieš? Umiestnenie kovu M na periodickej tabuľke. Čím ďalej ste naľavo od nej a v nízkych periódach, tým bude kovovejšia a preto bude tým oxidickejší zásaditejší.
Na hranici medzi zásaditými a kyslými oxidmi (nekovovými oxidmi) sú amfotérne oxidy. Výraz „amfotérny“ tu znamená, že oxid pôsobí ako báza aj ako kyselina, ktorá je rovnaká ako vo vodnom roztoku a môže tvoriť hydroxid alebo vodný komplex M (OH 2 ) 6 2+ .
Vodná komplex nie je nič iné ako koordináciu n molekúl vody s kovovým stredu M. pre M (OH 2 ) 6 2+ komplex , kov M 2+ je obklopený šiestimi molekulami vody, a môže byť považovaný za hydratovaný katión. Mnohé z týchto komplexov vykazujú intenzívne sfarbenie, ako napríklad farbenie pozorované pre meď a kobalt.
názvoslovie
Ako sa nazývajú oxidy kovov? Existujú tri spôsoby, ako to urobiť: tradičný, systematický a stavový.
Tradičná nomenklatúra
Na správne pomenovanie oxidu kovu podľa pravidiel IUPAC je potrebné poznať možné valencie kovu M. Najväčší (najpozitívnejší) je priradený prípona -ico k názvu kovu, zatiaľ čo menší, predpona –oso.
Príklad: vzhľadom k +2 a +4 valencie kovu M, jej zodpovedajúce oxidy sú MO a MO 2 . Ak M z vedenia, Pb, potom oxid PbO Plumb by niesť, a PbO 2 oxid PLUMB ico . Ak má kov iba jednu valenciu, jeho oxid sa nazýva prípona –ico. Tak, Na 2 O je oxid sodný.
Na druhej strane, predpony hypo- a per- sa pridajú, keď sú pre kov k dispozícii tri alebo štyri valencie. To znamená, že Mn 2 O 7 je oxid za Mangán ico , pretože má mangán +7 valenciu, najviac zo všetkých.
Tento druh nomenklatúry však predstavuje určité ťažkosti a zvyčajne sa používa najmenej.
Systematická nomenklatúra
V ňom sa berie do úvahy počet atómov M a kyslíka, ktoré tvoria chemický vzorec oxidu. Z nich je priradená zodpovedajúca predpona mono-, di-, tri-, tetra- atď.
Ak vezmeme ako príklad tri nedávne oxidy kovov, PbO je oxid olovnatý; PbO 2 oxid olovičitý; a Na 2 O je dvojsodná uhoľnatý. V prípade hrdze, Fe 2 O 3 , jeho príslušný názov je di železa oxid.
Skladová nomenklatúra
Na rozdiel od ostatných dvoch nomenklatúr je v tomto prípade dôležitejšia valencia kovu. Valencia je špecifikovaná rímskymi číslicami v zátvorkách: (I), (II), (III), (IV) atď. Oxid kovu sa potom nazýva oxid kovu (n).
Ak použijeme nomenklatúru zásob pre predchádzajúce príklady, máme:
-PbO: oxid olovnatý.
-PbO 2 : olovo (IV) oxidu.
-Na 2 O: oxid sodný. Pretože má jedinečnú mocnosť +1, nie je špecifikovaná.
Fe 2 O 3 : železo (III) kysličník.
-Mn 2 O 7 : mangán (VII) oxid.
Výpočet valenčného čísla
Ale ak nemáte pravidelnú tabuľku s valenciami, ako ich môžete určiť? Z tohto dôvodu je potrebné pamätať na to, že anión O 2 - prispieva k oxidu kovu dvoma zápornými nábojmi. Podľa zásady neutrality musia byť tieto záporné náboje neutralizované kladnými kovmi.
Preto, ak je počet kyslíkov známy z chemického vzorca, valencia kovu môže byť stanovená algebraicky, takže súčet nábojov je nula.
Mn 2 O 7 má sedem atómov kyslíka, takže jeho negatívne náboje sa rovnajú 7x (-2) = -14. Na neutralizáciu záporného náboja -14 musí mangán prispievať +14 (14-14 = 0). Matematická rovnica je potom:
2 x 14 = 0
2 vychádza zo skutočnosti, že existujú dva atómy mangánu. Riešenie a riešenie X, valencia kovu:
X = 14/2 = 7
Inými slovami, každé Mn má valenciu +7.
Ako sa formujú?
Vlhkosť a pH priamo ovplyvňujú oxidáciu kovov na ich zodpovedajúce oxidy. Prítomnosť CO 2 , oxid kyslé, môže rozpustiť dostatočne vo vode, ktorý zahŕňa kovovú časť pre urýchlenie začlenenie kyslíka v aniónové forme do kryštálovej štruktúry kovu.
Táto reakcia sa môže tiež urýchliť zvýšením teploty, najmä ak je žiaduce získať oxid v krátkom čase.
Priama reakcia kovu s kyslíkom
Oxidy kovov sa tvoria ako produkt reakcie medzi kovom a okolitým kyslíkom. Môže to predstavovať chemická rovnica uvedená nižšie:
2 M (s) + O 2 (g) => 2Mo (y)
Táto reakcia je pomalá, pretože kyslík má silnú dvojitú väzbu O = O a elektronický prenos medzi ním a kovom je neúčinný.
Výrazne sa však zrýchľuje so zvyšovaním teploty a plochy povrchu. Je to spôsobené skutočnosťou, že je poskytnutá potrebná energia na prerušenie dvojitej väzby O = O, a keďže existuje väčšia plocha, kyslík prechádza rovnomerne celým kovom a súčasne sa zráža s atómami kovu.
Čím väčšie množstvo reagujúceho kyslíka, tým väčšie výsledné valenčné alebo oxidačné číslo pre kov. Prečo? Pretože kyslík berie z kovu stále viac elektrónov, kým nedosiahne najvyššie oxidačné číslo.
Toto je viditeľné napríklad pre meď. Keď je kus kovovej medi a reaguje s obmedzeným množstvom kyslíka, Cu 2 O je tvorený (meď (I), oxid meďný alebo dicobre uhoľnatý):
4Cu (y) + O 2 (g) + Q (teplo) => 2Cu 2 O (y) (červená pevná látka)
Ak však reaguje v ekvivalentných množstvách, získa sa oxid meďnatý, oxid meďnatý alebo oxid meďnatý:
2Cu (y) + O 2 (g) + Q (teplo) => 2CuO (y) (čierne pevné látky)
Reakcia solí kovov s kyslíkom
Oxidy kovov sa môžu tvoriť tepelným rozkladom. Aby to bolo možné, musí sa z východiskovej zlúčeniny (soľ alebo hydroxid) uvoľniť jedna alebo dve malé molekuly:
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Všimnite si, že H 2 O, CO 2 , NO 2 a O 2 , sú uvoľnené molekuly.
aplikácia
Kvôli bohatému zloženiu kovov v zemskej kôre a kyslíku v atmosfére sa oxidy kovov nachádzajú v mnohých mineralogických zdrojoch, z ktorých možno získať pevný základ na výrobu nových materiálov.
Každý oxid kovu zistí veľmi špecifická použitie, od nutričné (ZnO a MgO) ako prísad do cementu (CaO), alebo jednoducho, ako sú anorganické pigmenty, (CR 2 O 3 ).
Niektoré oxidy sú také husté, že kontrolovaný rast vrstvy môže chrániť zliatinu alebo kov pred ďalšou oxidáciou. Štúdie dokonca odhalili, že oxidácia ochrannej vrstvy pokračuje, akoby išlo o kvapalinu, ktorá pokrýva všetky praskliny alebo povrchové defekty kovu.
Oxidy kovov môžu mať fascinujúce štruktúry, buď ako nanočastice alebo ako veľké polymérne agregáty.
Táto skutočnosť ich robí predmetom štúdií na syntézu inteligentných materiálov z dôvodu ich veľkej povrchovej plochy, ktorá sa používa na navrhovanie zariadení, ktoré reagujú na najmenšie fyzické podnety.
Oxidy kovov sú navyše surovinou pre mnoho technologických aplikácií, od zrkadiel a keramiky s jedinečnými vlastnosťami pre elektronické zariadenia až po solárne panely.
Príklady
Oxidy železa
2FE (y) + O 2 oxid (g) => 2FeO (y), železo (II).
6FeO (y) + O 2 (g) => 2FE 3 O 4 (s) magnetického oxidu železa.
Fe 3 O 4 , známy tiež ako magnetit, je zmiešaný oxid; To znamená, že sa skladá z pevnej zmesi FeO a Fe 2 O 3 .
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (y), železa (III) kysličník.
Oxidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín
Alkalické kovy aj kovy alkalických zemín majú iba jedno oxidačné číslo, takže ich oxidy sú „jednoduchšie“:
-Na 2 O: oxid sodný.
-Li 2 O: oxid lítny.
-K 2 O: oxid draselný.
-CaO: oxid vápenatý.
-MgO: oxid horečnatý.
-BeO: oxid berylia (čo je amfotérny oxid)
Oxidy skupiny IIIA (13)
Prvky skupiny IIIA (13) môžu tvoriť oxidy iba s oxidačným číslom +3. Tak majú chemický vzorec M 2 O 3 a ich oxidy, sú nasledujúce:
-Al 2 O 3 : oxid hlinitý.
GA 2 O 3 : oxid gálium.
-V 2 O 3 : oxid india.
A nakoniec
-TL 2 O 3 : oxid tália.
Referencie
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, s. 237.
- AlonsoFormula. Oxidy kovov. Prevzaté z: alonsoformula.com
- Regents z University of Minnesota. (2018). Kyslé vlastnosti oxidov kovov a nekovov. Prevzaté z: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3. apríla 2018). Samovoľné oxidy kovov môžu chrániť pred koróziou. Prevzaté z: news.mit.edu
- Fyzikálne stavy a štruktúry oxidov. Prevzaté z: wou.edu
- Quimitube. (2012). Oxidácia železa. Prevzaté z: quimitube.com
- Chémia LibreTexts. Oxidy. Prevzaté z: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Nanostruktúry oxidov kovov: rast a aplikácie. In: Husain M., Khan Z. (eds) Pokroky v nanomateriáloch. Advanced Structured Materials, zv. 79. Springer, New Delhi