- A nemfémes oxidok tulajdonságai
- lúgosság
- Anfoterismo
- Elnevezéstan
- Hagyományos nómenklatúra
- Rendszeres nómenklatúra
- Készlet-nómenklatúra
- A valenciaszám kiszámítása
- Hogyan alakulnak ki?
- A fém közvetlen reakciója az oxigénnel
- Fémsók reakciója oxigénnel
- Alkalmazások
- Példák
- Vas-oxidok
- Lúgos és alkáliföldfém-oxidok
- IIIA csoport oxidjai (13)
- Irodalom
A fém- oxidok szervetlen vegyületek, amelyek fémkationokból és oxigénből állnak. Általában nagy számú ionos szilárd anyagot tartalmaznak, amelyekben az oxid-anion (O 2–) elektrosztatikusan kölcsönhatásba lép az M + fajokkal.
Az M + olyan, mint bármely kation, amely a tiszta fémből származik: az alkálifémekből és az átmeneti fémekből, néhány nemesfémet (például arany, platina és palládium) kivéve, a táblázat p blokkjának legnehezebb elemeihez periodikus (például ólom és bizmut).
Forrás: Pixabay.
A fenti képen egy vöröses kéreggel borított vasfelület látható. Ezek a "rákok" az úgynevezett rozsda vagy rozsda, amelyek viszont szemléltetik a fém oxidációját a környezeti körülmények miatt. A rozsda kémiailag a vas (III) -oxidok hidratált keveréke.
Miért vezet a fém oxidációja a felületének romlásához? Ennek oka az oxigén beépülése a fém kristályszerkezetébe.
Amikor ez megtörténik, a fém térfogata növekszik, és az eredeti kölcsönhatások gyengülnek, ami a szilárd anyag szakadását okozza. Hasonlóképpen, ezek a repedések lehetővé teszik, hogy több oxigénmolekula behatoljon a belső fémrétegekbe, és teljesen eltávozza a darabot belülről.
Ez a folyamat azonban különböző sebességgel zajlik, és függ a fém természetétől (reakcióképessége) és a körülvevő fizikai körülményektől. Ezért vannak olyan tényezők, amelyek felgyorsítják vagy lelassítják a fém oxidációját; ezek közül kettő a páratartalom és a pH jelenléte.
Miért? Mivel a fém oxidációja fém-oxiddá történő előállításához az elektronok átadását vonja maga után. Ezek az egyik kémiai fajból a másikba „utaznak”, mindaddig, amíg a környezet megkönnyíti az ionok jelenlétében (H +, Na +, Mg 2+, Cl - stb.), Amelyek módosítják a pH-t, vagy a vízmolekulák, amelyek biztosítják a szállítást.
Elemzésképpen a fém hajlandósága a megfelelő oxid képződésére tükröződik a redukciós potenciáljában, amely felfedi, hogy melyik fém reagál gyorsabban egy másikhoz képest.
Például az aranynak sokkal nagyobb redukciós képessége van, mint a vasnak, ezért az jellegzetes arany fényével oxid nélkül megvilágítja.
A nemfémes oxidok tulajdonságai
Magnézium-oxid, fém-oxid.
A fém-oxidok tulajdonságai a fémetől és az O 2- anionnal való kölcsönhatás módjától függnek. Ez azt jelenti, hogy egyes oxidok nagyobb sűrűséggel vagy oldhatósággal rendelkeznek a vízben, mint mások. Mindegyiküknek azonban közös a fémes jellege, ami elkerülhetetlenül tükröződik alapvetőségükben.
Más szavakkal: bázikus anhidridként vagy bázikus oxidként is ismertek.
lúgosság
A fém-oxidok lúgossága kísérletileg igazolható egy sav-bázis indikátor segítségével. Hogyan? Egy kis darab oxidot adunk hozzá egy vizes oldathoz valamilyen oldott indikátorral; Ez lehet a lila káposzta cseppfolyósított lé.
Ha ezután a pH-tól függően a színskálát választja, az oxid a lé kékesszínűvé válik, amely megfelel az alapvető pH-értéknek (az értékek 8 és 10 között vannak). Ennek oka az a tény, hogy az oxid feloldott része kibocsátja az OH - ionokat a közegbe, ezek felelősek a pH változásáért az említett kísérletben.
Így egy vízben szolubilizált MO-oxidra fémhidroxiddá (hidratált oxiddá) alakul a következő kémiai egyenletek szerint:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
A szegmentált eljárás és az egyensúly megteremtése a hidróxido M (OH) 2-ban. Nótese que el metal tiene carga 2+, lo que también nozīm que su valencia es +2. A fém fémből való közvetlen irányítás a ganar elektronok irányába mutat.
De este modo, mientras más positiva sea la valencia, polgármester será su acidez. En el caso de que M tuviera valencia de +7, bevezető az óxido M 2 O 7 sorozat ácido y no básico.
Anfoterismo
Los óxidos metálicos fia básicos, sin embargo, no todos tienen el mismo carácter metálico. Ó Cómo saberlo? Ubicando el metal M en la tabla periódica. Mientras más néven a misma, y en los períodos bajos, más metálico será y por tanto más básico será su óxido.
A bázikus és a savas oxidok (nemfémes oxidok) határán amfoter oxidok vannak. Az „amfoter” szó azt jelenti, hogy az oxid bázisként és savasként egyaránt működik, amely megegyezik a vizes oldatban képezve hidroxidot vagy M (OH 2) 6 2+ vizes komplexet.
A vizes komplex nem más, mint egy n vízmolekula összehangolása az M fém középpontjával. Az M (OH 2) 6 2+ komplexhez az M 2+ fém hat vízmolekulával van körülvéve, és hidratált kation. Ezen komplexek közül sok intenzív színeződéseket mutat, például a réz és a kobalt esetében.
Elnevezéstan
Hogyan nevezik fém-oxidokat? Három módon lehet ezt megtenni: hagyományos, szisztematikus és készlet.
Hagyományos nómenklatúra
A fém-oxidnak az IUPAC által szabályozott szabályok szerinti helyes megnevezéséhez meg kell ismerni az M fém lehetséges vegyértékét. A legnagyobb (a legpozitívabb) a -ico utótag a fém névhez, míg a kicsi, az előtag –az
Példa: Tekintettel az M fém +2 és +4 vegyértékére, megfelelő oxidjai MO és MO 2. Ha M le a vezetést, Pb, majd oxid PbO Plumb lenne viseli, és PbO 2 -oxid PLUMB ico. Ha a fémnek csak egy vegyessége van, akkor az oxidját –ico utótaggal kell megnevezni. Így, Na 2 O nátrium-oxidot.
Másrészt a hypo- és perf előtagok hozzáadásra kerülnek, ha a fémhez három vagy négy valencia áll rendelkezésre. Tehát az Mn 2 O 7 oxid per Mangan ico, mivel az Mn leginkább +7 vegyértékű.
Ez a fajta nómenklatúra azonban bizonyos nehézségeket okoz, és általában a legkevésbé használt.
Rendszeres nómenklatúra
Ebben figyelembe vesszük az oxid kémiai képletét alkotó M és oxigénatomok számát. Ezek közül hozzárendelik a megfelelő előtagokat mono-, di-, tri-, tetra-, stb.
Például a közelmúlt három fém-oxidját, a PbO ólom-monoxid; PbO 2 ólom-dioxid; és Na 2 O dinátrium-monoxid. Rozsda, Fe 2 O 3 esetében annak neve di vas-trioxid.
Készlet-nómenklatúra
A másik két nómenklatúrától eltérően, ebben az egyikben a fém érzékenysége fontosabb. A valenciát a zárójelben lévő római számok határozzák meg: (I), (II), (III), (IV) stb. A fém-oxidot ezután fém (n) -oxidnak nevezik.
Az állomány-nómenklatúrát az előző példákra alkalmazva:
-PbO: ólom (II) -oxid.
-PbO 2: ólom (IV) -oxid.
-Na 2 O: nátrium-oxidot. Mivel egyedülálló valenciája +1, ez nincs megadva.
-Fe 2 O 3: vas (III) -oxid.
-Mn 2 O 7: mangán (VII) -oxid.
A valenciaszám kiszámítása
De ha nincs periódusos táblája az értékekkel, hogyan lehet meghatározni azokat? Ehhez nem szabad elfelejtenünk, hogy az O 2 anion két negatív töltést járul hozzá a fém-oxidhoz. A semlegesség elvét követve ezeket a negatív töltéseket semlegesíteni kell a fém pozitívjaival.
Ezért ha az oxigének száma a kémiai képletből ismert, a fém vegyértékét algebrai módon lehet meghatározni úgy, hogy a töltések összege nulla.
Mn 2 O 7 hét oxigének, így annak negatív töltések egyenlő 7x (-2) = -14. A -14 negatív töltésének semlegesítéséhez a mangánnak +14-nek (14-14 = 0) kell hozzájárulnia. A matematikai egyenlet eloszlása:
2X - 14 = 0
A 2 abból a tényből származik, hogy két mangánatom van. Megoldás és megoldás X-re, a fém valenciája:
X = 14/2 = 7
Más szavakkal, minden Mn valenciája +7.
Hogyan alakulnak ki?
A nedvesség és a pH közvetlenül befolyásolja a fémek oxidációját a megfelelő oxidokká. A CO 2, savas-oxid, feloldja kielégítően a vízben, amely magában foglalja a fém alkatrész, hogy gyorsítsa az oxigén beépítése anionos formában, hogy a kristályszerkezet a fém.
Ezt a reakciót a hőmérséklet emelkedésével is felgyorsíthatjuk, különösen akkor, ha az oxid rövid idő alatt kívánatos.
A fém közvetlen reakciója az oxigénnel
Fém-oxidok képződnek a fém és a környező oxigén közötti reakció eredményeként. Ezt az alábbi kémiai egyenlettel reprezentálhatjuk:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Ez a reakció lassú, mivel az oxigén erős O = O kettős kötéssel rendelkezik, és az elektron és a fém közötti elektronikus átvitel nem hatékony.
A hőmérséklet és a felület növekedésével azonban jelentős mértékben felgyorsul. Ennek oka az a tény, hogy az O = O kettős kötés megszakításához szükséges energiát biztosítják, és mivel nagyobb a terület, az oxigén egyenletesen halad a fém egészében, és ezzel egyidejűleg ütközik a fém atomokkal.
Minél nagyobb a reagáló oxigén mennyisége, annál nagyobb a kapott fém valencia- vagy oxidációs száma. Miért? Mivel az oxigén egyre több elektronot vesz a fémből, amíg el nem éri a legnagyobb oxidációs számot.
Ez látható például a réz esetében. Amikor egy darab fémréz reagál egy korlátozott mennyiségű oxigén, Cu 2 O képződik (réz (I) oxid, réz-oxid vagy dicobre-monoxid):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (hő) => 2Cu 2 O (s) (piros szilárd anyag)
Amikor azonban egyenértékű reakcióban reagál, CuO-t (réz (II) -oxidot, réz-oxidot vagy réz-monoxidot) kapunk:
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (hő) => 2CuO (s) (fekete szilárd anyag)
Fémsók reakciója oxigénnel
Fém-oxidok keletkezhetnek hőbomlás útján. Ahhoz, hogy ez lehetséges, egy vagy két kis molekulát fel kell szabadítani a kiindulási vegyületből (só vagy hidroxid):
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Vegye figyelembe, hogy H 2 O, CO 2, NO 2 és O 2 a felszabadult molekulák.
Alkalmazások
A földkéregben található fémek gazdag összetétele és a légkörben található oxigén miatt a fém-oxidokat számos ásványtani forrásban találják, amelyekből szilárd alapot lehet előállítani új anyagok előállításához.
Minden fém-oxid nagyon specifikus felhasználást talál, a táplálkozástól (ZnO és MgO), cement-adalékanyagokig (CaO) vagy egyszerűen szervetlen pigmentekként (Cr 2 O 3).
Néhány oxid annyira sűrű, hogy a szabályozott rétegnövekedés megvédi az ötvözetet vagy a fémet a további oxidációtól. A kutatások azt is kiderítették, hogy a védőréteg oxidációja folytatódik, mintha folyadék lenne, amely fedezi a fém összes repedését vagy felületi hibáját.
A fém-oxidok lenyűgöző szerkezeteket képezhetnek, akár nanorészecskék, akár nagy polimer aggregátumok formájában.
Ez a tény teszi őket intelligens anyagok szintézisének tanulmányozására, nagy felületük miatt, amelyet olyan eszközök tervezésére használnak, amelyek reagálnak a legkevesebb fizikai ingerre.
Ezenkívül a fém-oxidok számos technológiai alkalmazás alapanyaga, kezdve az tükrökkel és a kerámiákkal, amelyek különleges tulajdonságai vannak az elektronikus berendezésekben, a napelemekig.
Példák
Vas-oxidok
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) vas (II) oxid.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) mágneses vas-oxid.
Fe 3 O 4, más néven magnetit, egy vegyes oxid; Ez azt jelenti, hogy FeO és Fe 2 O 3 szilárd keverékéből áll.
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) vas (III) oxid.
Lúgos és alkáliföldfém-oxidok
Mind az alkáliföld, mind az alkáliföldfémeknek csak egy oxidációs száma van, így oxidjaik „egyszerűbbek”:
-Na 2 O: nátrium-oxidot.
-Li 2 O: lítium-oxid.
-K 2 O: kálium-oxid.
-CaO: kalcium-oxid.
-MgO: magnézium-oxid.
-BeO: berillium-oxid (ami egy amfoter oxid)
IIIA csoport oxidjai (13)
A IIIA csoport (13) elemei csak +3 oxidációs számú oxidokat képezhetnek. Így kémiai képletük M 2 O 3, oxidjaik a következők:
-Al 2 O 3: alumínium-oxid.
-Ga 2 O 3: gallium-oxid.
-In 2 O 3: indium-oxid.
És végül
-Tl 2 O 3: tallium-oxid.
Irodalom
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE tanulás, 237. o.
- AlonsoFormula. Fém-oxidok. Forrás: alonsoformula.com
- A Minnesotai Egyetem ügynökei (2018). A fém- és nem fém-oxidok sav-bázis tulajdonságai. Forrás: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (2018. április 3). Az öngyógyító fém-oxidok védelmet nyújthatnak a korrózió ellen. Feltöltve: news.mit.edu
- Az oxidok fizikai állapota és szerkezete. Forrás: wou.edu
- Quimitube. (2012). Vas oxidáció. Forrás: quimitube.com
- Kémia LibreTexts. Oxidokat. Forrás: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Fém-oxid nanoszerkezetek: növekedés és alkalmazások. In: Husain M., Khan Z. (edds) Advances in Nanomaterials. Advanced Structured Materials, vol. 79. Springer, Újdelhi