Vlastnosti oxidov kovov, názvoslovie, použitia a príklady

oxidy kovov sú to anorganické zlúčeniny tvorené kovovými katiónmi a kyslíkom. Vo všeobecnosti obsahujú obrovské množstvo iónových pevných látok, v ktorých oxidový anión (O^2-) elektrostaticky interaguje s druhmi M⁺.

M⁺ toto je akýkoľvek katión, ktorý pochádza z čistého kovu: od alkalických a prechodných kovov, s výnimkou niektorých ušľachtilých kovov (ako je zlato, platina a paládium), až po ťažšie prvky bloku p periodickej tabuľky ( ako olovo a bizmut).

Horný obrázok zobrazuje železný povrch pokrytý načervenalými krustami. Tieto "kôry" sú to, čo je známe ako hrdza alebo hrdza, čo zase predstavuje vizuálny test oxidácie kovu v dôsledku podmienok jeho prostredia. Chemicky je hrdza hydratovanou zmesou oxidov železa (III)..

Prečo oxidácia kovu vedie k degradácii jeho povrchu? Je to spôsobené zabudovaním kyslíka do kryštálovej štruktúry kovu.

Keď sa to stane, objem kovu sa zvýši a pôvodné interakcie sa zoslabia, čo spôsobí prasknutie pevnej látky. Tieto praskliny tiež umožňujú preniknutiu väčšieho množstva molekúl kyslíka do vnútorných kovových vrstiev, pričom odoberajú celý kus zvnútra..

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; dve z nich sú prítomnosť vlhkosti a pH.

Prečo? Pretože oxidácia kovu na oxid kovu predpokladá prenos elektrónov. Tieto "cestujú" z jedného chemického druhu do druhého, pokiaľ to médium uľahčuje, buď prítomnosťou iónov (H⁺, na⁺, mg²⁺, 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 odhaľujú, ktorý kov reaguje rýchlejšie v porovnaní s iným kovom..

Napríklad zlato má omnoho väčší redukčný potenciál ako železo, preto svieti svojou charakteristickou zlatou žiarou bez oxidu, ktorý ho rozmazáva..

index

• 1 Vlastnosti nekovových oxidov
  • 1.1 Zásadnosť
  • 1.2 Amfotericizmus
• 2 Nomenklatúra
  • 2.1 Tradičná nomenklatúra
  • 2.2 Systematická nomenklatúra
  • 2.3 Názvoslovie zásob
  • 2.4 Výpočet počtu valencií
• 3 Ako sa tvoria?
  • 3.1 Priama reakcia kovu s kyslíkom
  • 3.2 Reakcia solí kovov s kyslíkom
• 4 Použitie
• 5 Príklady
  • 5.1 Oxidy železa
  • 5.2 Oxidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín
  • 5.3 Oxidy skupiny IIIA (13)
• 6 Referencie

Vlastnosti nekovových oxidov

Vlastnosti oxidov kovov sa líšia v závislosti od kovu a jeho interakcie s aniónom O^2-. To znamená, že niektoré oxidy majú vyššie hustoty alebo rozpustnosti vo vode ako iné. Všetky však majú spoločný kovový charakter, ktorý sa nevyhnutne odráža v jeho zásaditosti.

Inými slovami: sú tiež známe ako zásadité anhydridy alebo zásadité oxidy.

zásaditosť

Zásaditosť oxidov kovov sa môže kontrolovať experimentálne pomocou indikátora kyslej bázy. Ako? Pridanie malého kusa oxidu do vodného roztoku s určitým rozpusteným indikátorom; môže to byť skvapalnená šťava z fialovej kapusty.

Potom, čo má rozsah farieb v závislosti od pH, oxid zmení šťavu na modrasté farby, zodpovedajúce základnému pH (s hodnotami medzi 8 a 10). Je to preto, že rozpustená časť oxidu uvoľňuje ióny OH^- v prostredí, ktoré je zodpovedné za zmenu pH.

Teda pre MO oxid, ktorý je rozpustený vo vode, sa transformuje na hydroxid kovu ("hydratovaný oxid") podľa nasledujúcich chemických rovníc:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Druhá rovnica je bilancia rozpustnosti 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.

Čím je valencia pozitívnejšia, tým väčšia je jej kyslosť. V prípade, že M mal valenciu +7, potom M oxid₂O₇ bolo by kyslé a nie základné.

amfoterita

Oxidy kovov sú základné, avšak nie všetky majú rovnaký kovový charakter. Ako to zistiť? Umiestnenie kovu M v periodickej tabuľke. Čím viac je naľavo od neho a v nižších obdobiach, tým viac bude kovový a preto bude bázickejší jeho oxid.

Na hranici medzi oxidmi báz a kyselín (oxidy nekovov) sú amfotérne oxidy. Výraz „amfotérny“ tu znamená, že oxid pôsobí ako báza aj kyselina, ktorá je rovnaká ako vo vodnom roztoku a môže tvoriť hydroxid alebo vodný komplex M (OH).₂)₆²⁺.

Vodný komplex nie je nič viac ako koordinácia n molekuly vody s kovovým stredom M. Pre komplex M (OH₂)₆²⁺, kov M²⁺ Je obklopený šiestimi molekulami vody a môže byť považovaný za hydratovaný katión. Mnohé z týchto komplexov vykazujú intenzívne sfarbenie, ako napríklad tie, ktoré sa pozorovali pri medi a kobalte.

názvoslovie

Ako sa nazývajú oxidy kovov? Existujú tri spôsoby, ako to urobiť: tradičné, systematické a zásoby.

Tradičná nomenklatúra

Na správne pomenovanie oxidu kovu podľa pravidiel IUPAC je potrebné poznať možné valencie metalu M. Najväčší (najpozitívnejší) je priradený k kovovému názvu prípona -ico, zatiaľ čo minor, prefix -oso.

Príklad: dané valencie +2 a +4 kovu M, jeho zodpovedajúce oxidy sú MO a MO₂. Ak by M boli olovo, Pb, potom PbO by bolo oxidové olovomedveď, a PbO₂ oxidovej slivkyico. Ak má kov len jednu valenciu, je pomenovaný jeho oxid s príponou -ico. Tak, Na₂Alebo je to oxid sodný.

Na druhej strane sú hypo- a per-prefixy pridané, keď sú pre kov k dispozícii tri alebo štyri valencie. Týmto spôsobom, Mn₂O₇ je to oxid zaMANGANico, pretože Mn má valenciu +7, najvyššiu zo všetkých.

Tento typ nomenklatúry však predstavuje určité ťažkosti a zvyčajne sa používa najmenej.

Systematická nomenklatúra

Zaoberá sa počtom atómov M a kyslíkom, ktoré tvoria chemický vzorec oxidu. Z nich sú priradené zodpovedajúce predpony mono-, di-, tri-, tetra-, atď..

Ak vezmeme do úvahy tri nedávne oxidy kovov ako príklad, PbO je oxid olovnatý; PbO₂ oxid olovnatý; a Na₂Alebo kysličník dvojsodný. Pre prípad hrdze, Fe₂O₃, jej príslušný názov je trioxid dihierro.

Skladová nomenklatúra

Na rozdiel od ostatných dvoch názvov má valencia kovu väčší význam. Valencia je špecifikovaná rímskymi číslicami v zátvorkách: (I), (II), (III), (IV) atď. Oxid kovu sa potom označuje ako oxid kovu (n).

Aplikácia nomenklatúry akcií pre predchádzajúce príklady máme:

-PbO: oxid olovnatý (II).

-PbO₂: oxid olovnatý (IV).

-na₂O: oxid sodný. Keďže má jedinečnú mocnosť +1, nie je špecifikovaná.

-viera₂O₃: oxid železitý (III).

-Mn₂O₇: oxid manganičitý (VII).

Výpočet počtu valencií

Ak však nemáte pravidelnú tabuľku s valenciami, ako ich môžete určiť? Na to musíme pamätať, že anión O^2- na oxid kovu prispieva dvoma zápornými nábojmi. Podľa princípu neutrality musia byť tieto negatívne náboje neutralizované pozitívnymi nábojmi kovu.

Ak je teda počet oxygénov známy chemickým vzorcom, valencia kovu môže byť určená algebraicky tak, že súčet nábojov dáva nulovú hodnotu..

Mn₂O₇ má sedem kyslíkov, potom ich záporné náboje sa rovnajú 7x (-2) = -14. Na neutralizáciu záporného náboja -14 musí mangán poskytnúť +14 (14-14 = 0). Uvedenie matematickej rovnice je potom:

2X - 14 = 0

2 pochádza zo skutočnosti, že existujú dva atómy mangánu. Riešenie a čistenie X, valencia kovu:

X = 14/2 = 7

To znamená, že každý Mn má valenciu +7.

Ako sa tvoria?

Vlhkosť a pH priamo ovplyvňujú oxidáciu kovov v ich príslušných oxidoch. Prítomnosť CO₂, Kyslé oxidy môžu byť dostatočne rozpustné vo vode, ktorá kryje kovovú časť, aby sa urýchlila inkorporácia kyslíka v aniónovej forme do kryštálovej štruktúry kovu..

Táto reakcia môže byť tiež urýchlená so zvýšením teploty, najmä ak je žiaduce získať oxid v krátkom čase.

Priama reakcia kovu s kyslíkom

Oxidy kovov sú tvorené ako produkt reakcie medzi kovom a okolitým kyslíkom. Toto môže byť reprezentované chemickou rovnicou uvedenou nižšie:

2 M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Táto reakcia je pomalá, pretože kyslík má silnú dvojitú O = O väzbu a elektronický prenos medzi ním a kovom je neefektívny.

Výrazne sa však zrýchľuje so zvyšovaním teploty a plochy povrchu. Je to spôsobené tým, že je poskytnutá energia potrebná na rozbitie dvojitej väzby O = O, a keďže je tu väčšia oblasť, kyslík sa rovnomerne pohybuje v celom kove a súčasne sa koliduje s atómami kovu..

Čím väčšie je množstvo reaktantu kyslíka, tým väčšie je valenčné alebo oxidačné číslo pre kov. Prečo? Pretože kyslík zachytáva viac a viac elektrónov z kovu, až kým nedosiahne najvyššie číslo oxidácie.

To je možné vidieť napríklad pri medi. Keď kus kovovej medi reaguje s obmedzeným množstvom kyslíka, vzniká Cu₂O (oxid meďnatý (I), oxid meďnatý alebo oxid dicobrečný):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (teplo) => 2Cu₂O (s) (červená pevná látka)

Keď však reaguje v ekvivalentných množstvách, získa sa CuO (oxid meďnatý (II), oxid meďnatý alebo oxid meďnatý):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (teplo) => 2CuO (s) (plné čierne)

Reakcia solí kovov s kyslíkom

Oxidy kovov sa môžu tvoriť tepelným rozkladom. Aby bolo možné, jedna alebo dve malé molekuly sa musia uvoľniť z východiskovej zlúčeniny (soli alebo hydroxidu):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Všimnite si, že H₂O, CO₂, NO₂ a O₂ sú molekuly uvoľnené.

aplikácie

V dôsledku bohatého zloženia kovov v zemskej kôre a kyslíka v atmosfére sa oxidy kovov nachádzajú v mnohých mineralogických zdrojoch, z ktorých je možné získať pevný základ na výrobu nových materiálov..

Každý oxid kovu má veľmi špecifické použitie, od nutričných (ZnO a MgO) až po cementové aditíva (CaO), alebo jednoducho ako anorganické pigmenty (Cr).₂O₃).

Niektoré oxidy sú tak husté, že riadený rast ich vrstiev môže chrániť zliatinu alebo kov pred ďalšou oxidáciou. Aj štúdie ukázali, že oxidácia ochrannej vrstvy prebieha tak, ako keby išlo o kvapalinu, ktorá pokrýva všetky trhliny alebo povrchové chyby kovu..

Oxidy kovov môžu prijať fascinujúce štruktúry, buď ako nanočastice alebo ako veľké polymérne agregáty.

Táto skutočnosť z nich robí štúdiá pre syntézu inteligentných materiálov, vďaka svojej veľkej ploche povrchu, ktorá sa používa na navrhovanie zariadení, ktoré reagujú na najmenej fyzický podnet..

Rovnako oxidy kovov sú surovinou mnohých technologických aplikácií, od zrkadiel a keramiky s jedinečnými vlastnosťami pre elektronické zariadenia až po solárne panely..

Príklady

Oxidy železa

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

6FeO + O₂(g) => 2Fe₃O₄s) Magnetický oxid železitý.

Viera₃O₄, tiež známy ako magnetit, je to zmesný oxid; To znamená, že pozostáva z pevnej zmesi FeO a Fe₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃s) oxid železitý (III).

Oxidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín

Tak alkalické kovy, ako aj kovy alkalických zemín majú jedno oxidačné číslo, takže ich oxidy sú "jednoduchšie":

-na₂O: oxid sodný.

-Li₂O: oxid lítny.

-K₂O: oxid draselný.

-CaO: oxid vápenatý.

-MgO: oxid horečnatý.

-BeO: oxid berylnatý (čo je amfoterný oxid)

Oxidy skupiny IIIA (13)

Prvky skupiny IIIA (13) môžu tvoriť oxidy len s oxidačným číslom +3. Majú teda chemický vzorec M₂O₃ a jeho oxidy sú nasledovné: \ t

-na₂O₃: oxid hlinitý.

-ga₂O₃: oxid gália.

-v₂O₃: oxid india.

A konečne

-hr₂O₃: oxid tália.

referencie

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str.
2. AlonsoFormula. Kovové oxidy. Prevzaté z: alonsoformula.com
3. Regentov z University of Minnesota (2018). Acidobázické vlastnosti kovových a nekovových oxidov. Prevzaté z: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3. apríla 2018). Samohoľné oxidy kovov by mohli chrániť pred koróziou. Prevzaté z: news.mit.edu
5. Fyzikálne stavy a štruktúry oxidov. Prevzaté z: wou.edu
6. Quimitube. (2012). Oxidácia železa. Prevzaté z: quimitube.com
7. Chémia LibreTexts. Oxidy. Prevzaté z: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Nanostruktúry oxidov kovov: rast a aplikácie. In: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in Nanomaterials. Advanced Structured Materials, zv. 79. Springer, New Delhi