- Lastnosti nekovinskih oksidov
- Osnovnost
- Amfoterika
- Nomenklatura
- Tradicionalna nomenklatura
- Sistematična nomenklatura
- Nomenklatura zalog
- Izračun valenčnega števila
- Kako nastajajo?
- Neposredna reakcija kovine s kisikom
- Reakcija kovinskih soli s kisikom
- Prijave
- Primeri
- Železovi oksidi
- Alkalijski in zemeljsko-zemeljski oksidi
- Oksidi skupine IIIA (13)
- Reference
Kovinski oksidi so anorganske spojine, ki jih sestavljajo kovinski kationi in kisik. Na splošno vsebujejo veliko ionskih trdnih snovi, v katerih oksidni anion (O 2– ) elektrostatično deluje z M + vrstami .
M + je takšen kot vsak kation, ki izhaja iz čiste kovine: od alkalij in prehodnih kovin, razen nekaterih plemenitih kovin (kot so zlato, platina in paladij), do najtežjih elementov p bloka mize periodično (kot sta svinec in bizmut).
Vir: Pixabay.
Zgornja slika prikazuje železno površino, ki jo prekrivajo rdečkaste skorje. Te "kraste" so tako imenovane rje ali rje, ki predstavljajo vizualne dokaze oksidacije kovine kot posledice pogojev njenega okolja. Kemično je rja hidrirana mešanica železovih (III) oksidov.
Zakaj oksidacija kovine vodi do degradacije njene površine? To je posledica vključitve kisika v kristalno strukturo kovine.
Ko se to zgodi, se količina kovine poveča in izvirne interakcije oslabijo, kar povzroči, da se trdno telo poruši. Prav tako te razpoke omogočajo več molekul kisika, da prodrejo v notranje kovinske plasti, pri čemer se košček od znotraj poje.
Vendar se ta postopek dogaja z različnimi hitrostmi in je odvisen od narave kovine (njene reaktivnosti) in fizičnih pogojev, ki jo obdajajo. Zato obstajajo dejavniki, ki pospešijo ali upočasnijo oksidacijo kovine; dva od njih sta prisotnost vlage in pH.
Zakaj? Ker pri oksidaciji kovine nastane kovinski oksid, gre za prenos elektronov. Ta "potovanja" iz ene kemične vrste v drugo, dokler jim okolje olajša, bodisi s prisotnostjo ionov (H + , Na + , Mg 2+ , Cl - itd.), Ki spreminjajo pH, ali molekule vode, ki zagotavljajo prevozno sredstvo.
Analitično se težnja kovine, da tvori ustrezen oksid, odraža v njegovih redukcijskih potencialih, ki razkrivajo, katera kovina reagira hitreje v primerjavi z drugo.
Zlato ima na primer veliko večji redukcijski potencial kot železo, zato sveti s svojim značilnim zlatim sijajem brez oksida, da bi ga zadušilo.
Lastnosti nekovinskih oksidov
Magnezijev oksid, kovinski oksid.
Lastnosti kovinskih oksidov spreminjajo glede na kovino in kako je povezana z O 2- anion . To pomeni, da imajo nekateri oksidi večjo gostoto ali topnost v vodi kot drugi. Vsemu pa ima skupno kovinski značaj, kar se neizogibno odraža v njihovi osnovnosti.
Z drugimi besedami: znani so tudi kot bazični anhidridi ali bazični oksidi.
Osnovnost
Osnovnost kovinskih oksidov je mogoče eksperimentalno preveriti z uporabo kislinsko-baznega indikatorja. Kako? Dodajanje majhnega kosa oksida v vodno raztopino z nekaj raztopljenega indikatorja; To je lahko utekočinjeni sok škrlatnega zelja.
Potem bo razpon barv, odvisno od pH, oksid pretvoril sok v modrikasto barvo, ki ustreza osnovnemu pH (z vrednostmi med 8 in 10). To je posledica dejstva, da raztopljeni del oksida sprošča OH - ione v medij, ki so odgovorni za spremembo pH v omenjenem poskusu.
Tako se za MO oksid, ki se topi v vodi, pretvori v kovinski hidroksid ("hidrirani oksid") v skladu z naslednjimi kemijskimi enačbami:
Mo + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Druga enačba je topnostno ravnovesje hidroksida M (OH) 2 . Upoštevajte, da ima kovina naboj 2+, kar pomeni tudi, da je njegova valenca +2. Valenca kovine je neposredno povezana s težnjo po pridobivanju elektronov.
Na ta način, bolj pozitivna je valenca, večja je njena kislost. V primeru, da je M z valenco +7, potem oksid P 2 O 7 bi kisla in ne osnovne.
Amfoterika
Kovinski oksidi so bazični, vendar nimajo vseh kovinskih lastnosti. Kako veš? Iskanje kovine M na periodični tabeli. Dlje ko boste levo od njega in v nizkih obdobjih bo kovinski in zato bolj osnoven bo vaš oksid.
Na meji med bazičnimi in kislimi oksidi (nekovinskimi oksidi) so amfoterni oksidi. Tu beseda „amfoterna“ pomeni, da oksid deluje kot baza in kislina, ki je enaka kot v vodni raztopini, lahko tvori hidroksid ali vodni kompleks M (OH 2 ) 6 2+ .
Vodni kompleks ni nič drugega kot koordinacija n molekule vode s kovinskim središčem M. Za kompleks M (OH 2 ) 6 2+ je kovinski M2 + obdan s šestimi vodnimi molekulami in ga lahko štejemo za hidratirani kation. Mnogi od teh kompleksov kažejo intenzivno obarvanje, kot so opazili baker in kobalt.
Nomenklatura
Kako se imenujejo kovinski oksidi? Obstajajo trije načini: tradicionalna, sistematična in zaloga.
Tradicionalna nomenklatura
Za pravilno poimenovanje kovinskega oksida po pravilih, ki jih ureja IUPAC, je treba poznati možne valencije kovine M. Največjemu (najbolj pozitivnemu) je kovinsko ime dodeljeno pripono -ico, medtem ko manjši, predpona –oso.
Primer: glede na + 2 in + 4 valenco kovine M sta njena oksida MO in MO 2 . Če je M od svinca, Pb, potem bi nosil oksid PbO Plumb in PbO 2 oksid PLUMB ico . Če ima kovina samo eno valenco, se njen oksid poimenuje s pripono –ico. Tako je Na 2 O natrijev oksid.
Po drugi strani pa sta predponi hipo- in per- dodana, kadar so za kovino na voljo tri ali štiri valencije. Tako je Mn 2 O 7 je oksida na mangan ico , saj ima Mn +7 valenco, predvsem.
Vendar ta vrsta nomenklature predstavlja določene težave in se običajno najmanj uporablja.
Sistematična nomenklatura
Upošteva število atomov M in kisika, ki sestavljajo kemično formulo oksida. Iz njih se dodelijo ustrezne predpone mono-, di-, tri-, tetra- itd.
Vzemimo za primer tri nove kovinske okside, saj je PbO svinčev monoksid; PbO 2 svinčevega dioksida; in Na 2 O je dinatrijev monoksida. V primeru rje, Fe 2 O 3 , je njegovo ime di železov trioksid.
Nomenklatura zalog
Za razliko od drugih dveh nomenklatur je pri tej pomembnejša valenca kovine. V oklepajih je valenca določena z rimskimi številkami: (I), (II), (III), (IV) itd. Kovinski oksid se potem imenuje kovinski (n) oksid.
Če uporabimo nomenklaturo za prejšnje primere, imamo:
-PbO: svinčev (II) oksid.
-PbO 2 : svinec (IV) oksid.
-Na 2 O: natrijev oksid. Ker ima edinstveno valence +1, ni naveden.
-Fe 2 O 3 : železov (III) oksid.
-Mn 2 O 7 : mangan (VII) oksid.
Izračun valenčnega števila
Če pa nimate periodične tabele z valencami, kako jih lahko določite? Za to si moramo zapomniti, da anion O 2 - prispeva dva negativna naboja do kovinskega oksida. Po načelu nevtralnosti je treba te negativne naboje nevtralizirati s kovinskimi pozitivnimi.
Če je torej število kemikalij znano iz kemijske formule, lahko valenco kovine določimo algebraično, tako da je vsota nabojev enaka nič.
Mn 2 O 7 ima sedem oksigenov, zato so njegovi negativni naboji enaki 7x (-2) = -14. Za nevtralizacijo negativnega naboja -14 mora mangan prispevati +14 (14-14 = 0). Potem smo imeli matematično enačbo:
2X - 14 = 0
2 izhaja iz dejstva, da obstajata dva atoma mangana. Reševanje in reševanje za X, valenca kovine:
X = 14/2 = 7
Z drugimi besedami, vsaka Mn ima valenco +7.
Kako nastajajo?
Vlaga in pH neposredno vplivata na oksidacijo kovin v ustrezne okside. Prisotnost CO 2 , kislega oksida, se lahko dovolj raztopi v vodi, ki pokriva kovinski del, da pospeši vgradnjo kisika v anionski obliki v kristalno strukturo kovine.
To reakcijo lahko pospešimo tudi s povišanjem temperature, zlasti kadar želimo, da se oksid pridobi v kratkem času.
Neposredna reakcija kovine s kisikom
Kovinski oksidi nastajajo kot produkt reakcije med kovino in okoliškim kisikom. To je lahko predstavljeno s kemijsko enačbo spodaj:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Ta reakcija je počasna, saj ima kisik močno dvojno vez O = O, elektronski prenos med njim in kovino pa je neučinkovit.
Vendar pa se znatno poveča s povečanjem temperature in površine. To je posledica dejstva, da je zagotovljena potrebna energija za prekinitev dvojne vezi O = O in ker je večje območje, se kisik enakomerno premika po kovini in hkrati trči z atomi kovine.
Večja kot je reakcija kisika, večja je zaradi tega kovina valenčna ali oksidacijska številka. Zakaj? Ker kisik vzame iz kovine vse več elektronov, dokler ne doseže najvišje oksidacijske številke.
To lahko vidimo na primer za baker. Ko kos kovinskega bakra reagira z omejeno količino kisika, nastane Cu 2 O (bakreni (I) oksid, bakrov oksid ali dikorbrov monoksid):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (toplota) => 2Cu 2 O (s) (rdeča trdna snov)
Ko pa reagiramo v enakovrednih količinah, dobimo CuO (bakreni (II) oksid, kurikov oksid ali bakrov monoksid):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (toplota) => 2CuO (s) (črna trdna snov)
Reakcija kovinskih soli s kisikom
Kovinski oksidi se lahko tvorijo s toplotno razgradnjo. Da bi to bilo mogoče, je treba iz izhodne spojine (sol ali hidroksid) sprostiti eno ali dve majhni molekuli:
M (OH) 2 + Q => Mo + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => Mo + 4NO 2 + O 2
Upoštevajte, da H 2 O, CO 2 , NO 2 in O 2 so sproščene molekule.
Prijave
Zaradi bogate sestave kovin v zemeljski skorji in kisika v atmosferi kovinski oksidi najdemo v številnih mineraloških virih, iz katerih je mogoče dobiti trdno osnovo za izdelavo novih materialov.
Vsak kovinski oksid ugotovi zelo specifične uporabe, od prehranskega (ZnO in MgO) kot cement dodatkov (CaO), ali enostavno kot anorganski pigmenti (Cr 2 O 3 ).
Nekateri oksidi so tako gosti, da lahko nadzorovana rast plasti zaščiti zlitino ali kovino pred nadaljnjo oksidacijo. Študije so celo razkrile, da se oksidacija zaščitne plasti nadaljuje, kot da gre za tekočino, ki pokriva vse razpoke ali površinske napake kovine.
Kovinski oksidi lahko prevzamejo očarljive strukture, bodisi kot nanodelce ali kot velike polimerne agregate.
Zaradi tega dejstva so zaradi velikih površin predmet predmet raziskav za sintezo inteligentnih materialov, ki se uporabljajo za načrtovanje naprav, ki se odzovejo na najmanj fizične dražljaje.
Poleg tega so kovinski oksidi surovina za številne tehnološke aplikacije, od ogledal in keramike z edinstvenimi lastnostmi elektronske opreme, do solarnih panelov.
Primeri
Železovi oksidi
2Fe (y) + O 2 (g) => 2FeO (y) železov (II) oksidom.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) magnetni železov oksid.
Fe 3 O 4 , znan tudi kot magnetita, je mešana oksid; To pomeni, da je sestavljena iz trdne mešanice FeO in Fe 2 O 3 .
4Fe 3 O 4 (y) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (i) železov (III) oksid.
Alkalijski in zemeljsko-zemeljski oksidi
Tako alkalne kot zemeljsko-zemeljske kovine imajo samo eno oksidacijsko številko, zato so njihovi oksidi bolj "preprosti":
-Na 2 O: natrijev oksid.
-Li 2 O: litijev oksid.
-K 2 O: kalijev oksid.
-CaO: kalcijev oksid.
-MgO: magnezijev oksid.
-BeO: berilijev oksid (ki je amfoterni oksid)
Oksidi skupine IIIA (13)
Elementi IIIA skupine (13) lahko tvorijo okside le z oksidacijskim številom +3. Tako imajo kemijsko formulo M 2 O 3 in njihovi oksidi so:
-Al 2 O 3 : aluminijev oksid.
-Ga 2 O 3 : galijev oksid.
-V 2 O 3 : indijev oksid.
In končno
-Tl 2 O 3 : talijev oksid.
Reference
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 237.
- AlonsoFormula. Kovinski oksidi. Vzeto iz: alonsoformula.com
- Regents University of Minnesota. (2018). Značilnosti kislinskih in kovinskih oksidov. Vzeto iz: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3. april 2018). Kovinski oksidi s samozdravljenjem bi lahko zaščitili pred korozijo. Vzeto iz: news.mit.edu
- Fizikalna stanja in strukture oksidov. Vzeto iz: wou.edu
- Quimitube. (2012). Oksidacija železa. Vzeto iz: quimitube.com
- Kemija LibreTexts. Oksidi. Izvedeno iz: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Nanostrukture kovinskih oksidov: rast in aplikacije. V: Husain M., Khan Z. (eds) Napredki v nanomaterialih. Napredni strukturirani materiali, letnik 79. Springer, New Delhi