Tlenki metali

Wygląd tlenku metalicznego

Co to są tlenki metali?

Tlenki metali Są to związki nieorganiczne utworzone przez kationów metalowych i tlen. Zasadniczo zawierają one ogromną liczbę jonowych ciał stałych, w których anion tlenku (lub^2-) Współdziała elektrostatycznie z gami⁺. Mówiąc prosto, są to związki chemiczne, które wynikają z połączenia metalu z tlenem.

M⁺ Jest to zatem każdy kation, który wywodzi się z czystego metalu: z metali alkalicznych i przejściowych, z wyjątkiem niektórych metali szlachetnych (takich jak złoto, platyna i palad), po najcięższe elementy bloku P stolika okresowego (takie jak ołów i ołów i bizmut).

Na górnym obrazie pokazano żelazną powierzchnię pokrytą czerwonawymi strupami. Te „strup” są tak zwanymi jako rdza lub urin, co z kolei reprezentują wizualny test utleniania metalu po warunkach ich środowiska. Chemicznie rdza jest uwodnioną mieszaniną tlenków żelaza (III).

Dlaczego utlenianie metalu powoduje degradację jego powierzchni? Wynika to z włączenia tlenu do krystalicznej struktury metalu.

Kiedy tak się dzieje, objętość metalu wzrasta, a pierwotne interakcje są osłabione, powodując pęknięcie ciała stałego. Podobnie pęknięcia te pozwalają większej liczbie cząsteczek tlenu w penetracji wewnętrznych warstw metali, całkowicie jedząc kawałek od wewnątrz.

Jednak proces ten występuje przy różnych prędkościach i zależy od charakteru metalu (jego reaktywności) i otaczających go warunków fizycznych. Dlatego istnieją czynniki, które przyspieszają lub spowalniają utlenianie metalu; Dwa z nich to obecność wilgoci i pH.

Ponieważ? Ponieważ utlenianie metalu do wytwarzania tlenku metalicznego implikuje transfer elektronów. Te „podróżowanie” z jednej substancji chemicznej do drugiej, o ile środowisko je ułatwia, albo przez obecność jonów (h⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, itp.), które modyfikują pH lub przez cząsteczki wody, które zapewniają środki transportu.

Analitycznie trend metalu z wytworzeniem odpowiedniego tlenku znajduje odzwierciedlenie w jego potencjałach redukcyjnych, co ujawnia, który metal reaguje szybciej w porównaniu z innym.

Na przykład złoto ma znacznie większy potencjał redukcji niż żelazo, dlatego świeci z charakterystycznym złotym blaskiem bez tlenku, który go licytuje.

Właściwości tlenków metali

Właściwości tlenków metali różnią się w zależności od metalu i interakcji z anionem lub^2-. Oznacza to, że niektóre tlenki mają większą gęstość lub rozpuszczalność w wodzie niż inne. Jednak każdy ma wspólną metaliczną naturę, która nieuchronnie jest odzwierciedlona w ich zasadności.

Innymi słowy: są również znane jako podstawowe bezwodne lub podstawowe tlenki.

Zasadowość

Zasadowość tlenków metali można weryfikować eksperymentalnie za pomocą wskaźnika kwasowo-zasadowego. Jak? Dodanie małego kawałka tlenku do wodnego roztworu o niewielkim rozpuszczonym wskaźniku; Może to być skroplony sok z Colorad.

Mając zakres kolorów w zależności od pH, tlenek sprawi, że sok będzie na niebieskawe kolory, odpowiadające podstawowe pH (z wartościami od 8 do 10). Wynika to z faktu, że rozpuszczona część tlenku wołu wołu^- W środku, że są to wspomniane eksperyment osoby odpowiedzialne za zmianę pH.

Może ci służyć: azotan magnezu (Mg (NO3) 2): Struktura, właściwości, zastosowania

Zatem dla tlenku MO, który jest rozpuszczony w wodzie, jest on przekształcany w hydroksyd metalowy („podwodniony tlenek”) zgodnie z następującymi równaniami chemicznymi:

MO + H₂O => m (OH)₂

M (OH)₂ M²⁺ + 2oh^-

Drugim równaniem jest równowaga rozpuszczalności wodorotlenku M (OH)₂. Zauważ, że metal ma obciążenie 2+, co oznacza również, że jego wartościowość wynosi +2. Metalowa Walencja jest bezpośrednio związana z jej tendencją do zdobywania elektronów.

W ten sposób im bardziej dodatnia jest Walencja, tym większa jej kwasowość. W przypadku, gdy M miał walencję +7, a następnie tlenek M₂ALBO₇ Byłoby kwaśne i nie podstawowe.

Anfoteryzm

Tlenki metali są podstawowe, jednak nie każdy ma ten sam metalowy charakter. Jak wiedzieć? Umieszczenie metalu M w stole okresowym. Tym bardziej po lewej stronie tego samego i w niskich okresach, tym bardziej metaliczny będzie i dlatego bardziej podstawowy będzie jego tlenek.

Na granicy między tlenkami podstawowymi i kwasowymi (tlenki niemetaliczne) są tlenki Amphoteros. Tutaj słowo „amphoter” oznacza, że ​​tlenek działa tak samo jak zasada i kwas, co jest równe faktowi, że w roztworze wodnym może tworzyć wodorotlenek lub kompleks wodny M (OH₂)₆²⁺.

Kompleks wodny jest niczym więcej niż koordynacją N Cząsteczki wody z metalowym środkiem m. Dla kompleksu M (och₂)₆²⁺, Metal m²⁺ Jest otoczony sześcioma cząsteczkami wody i można je uznać za nawodnienie kation. Wiele z tych kompleksów przejawia intensywne zabarwienia, takie jak obserwowane dla miedzi i kobaltu.

Nomenklatura tlenków metali

Istnieją trzy sposoby na nazwanie tlenków metali: tradycyjne, systematyczne i zapasowe.

Tradycyjna nomenklatura

Aby prawidłowo nazwać tlenek metaliczny zgodnie z zasadami rządzonymi przez IUPAC, konieczne jest znanie możliwych ważności metalu M. Największy (najbardziej pozytywny) jest przypisany do nazwy metalu sufiks -ico, podczas gdy dziecko, prefiks -ooso.

Przykład: Biorąc pod uwagę wartościowość +2 i +4 metalu M, odpowiadające im tlenki to MO i MO₂. Gdyby M był ołowianem, pb, to PBO byłby tlenkiem pikowymniedźwiedź, i PBO₂ Tlenek PLúmbi co. Jeśli metal ma tylko jedną Walencję, nazywa się ją tlenek z sufiksem -ico. Tak więc na₂Lub jest tlenek sodu.

Z drugiej strony dodawane są hipo- i perfiks. W ten sposób MN₂ALBO₇ To jest tlenek zaMangani co, Ponieważ MN ma Walencję +7, największy ze wszystkich.

Jednak ten rodzaj nomenklatury przedstawia pewne trudności i jest zwykle najmniej używane.

Nomenklatura systematyczna

Uważa się, że liczba m i atomów tlenu tworzą chemiczny wzór tlenku. Od nich odpowiednie prefiks mono są przypisane, di-, tri-, tetra- itp.

Biorąc jako przykład trzy ostatnie tlenki metali, PBO to tlenek ołowiu; PBO₂ Dwutlenek ołowiu; i Na₂O Dysodio tlenku. W przypadku rdzy wiara₂ALBO₃, Jego odpowiednia nazwa to trójtlenek Dihierro.

Może ci służyć: piknometr

Nomenklatura zapasowa

W przeciwieństwie do pozostałych dwóch nomenklatury, w tym metalowym Walencja jest ważniejsza. Walencja jest określona przez liczby rzymskie w nawiasach: (i), (ii), (iii), (iv) itp. Tlenek metaliczny jest następnie nazwany tlenkiem metalu (N).

Stosowanie nomenklatury zapasowej do poprzednich przykładów:

-PBO: Tlenek ołowiu (ii).

-PBO₂: Tlenek ołowiu (IV).

-Na₂O: Tlenek sodu. Jak ma unikalna wartościowość +1, nie jest określona.

-Wiara₂ALBO₃: tlenek żelaza (iii).

-Mn₂ALBO₇: tlenek manganu (vii).

Obliczenie liczby Valencia

Ale jeśli nie ma okresowej tabeli z wartościami, jak można je ustalić? W tym celu musimy pamiętać, że anion lub^2- Przynosi dwa obciążenia ujemne do tlenku metalicznego. Zgodnie z zasadą neutralności, te ujemne ładunki muszą być zneutralizowane.

Dlatego jeśli liczba tlenu jest znana w formule chemicznej, metalową walencję można określić algebraicznie, tak że suma ładunków zerowych.

Mn₂ALBO₇ Ma siedem tlenu, a następnie jego obciążenia ujemne są równe 7x (-2) = -14. Aby zneutralizować obciążenie ujemne -14, manganesses muszą przyczynić się +14 (14-14 = 0). Podniesienie równania matematycznego jest zatem:

2x - 14 = 0

2 pochodzi z faktu, że istnieją dwa atomy manganu. Rozwiązanie i rozliczenie X, metalowa Walencja:

X = 14/2 = 7

To znaczy, że każdy MN ma Walencję +7.

Jak powstają tlenki metali?

Wilgoć i pH bezpośrednio wpływają na utlenianie metali w odpowiednich tlenkach. Obecność CO₂, Tlenek kwasu, może rozpuścić wystarczająco dużo w wodzie, która pokrywa metalowy kawałek, aby przyspieszyć włączenie tlenu anionowego do krystalicznej struktury metalu.

Ta reakcja można również przyspieszyć ze wzrostem temperatury, zwłaszcza gdy chcesz uzyskać tlenek w krótkim czasie.

Bezpośrednia reakcja metalu z tlenem

Tlenki metali powstają jako produkt reakcji między metalem a otaczającym tlenem. Można to przedstawić z równaniem chemicznym poniżej:

2M (s) + o₂(g) => 2mo (s)

Ta reakcja jest powolna, ponieważ tlen ma silne podwójne wiązanie lub = O, a transfer elektroniczny między nim a metalem jest nieefektywny.

Jednak znacznie przyspiesza wraz ze wzrostem temperatury i powierzchni. Wynika to z faktu, że niezbędna energia jest zapewniana do przerwania podwójnego wiązania lub = o większym obszarze, tlen porusza się równomiernie w całym metalu, jednocześnie zderzając się z atomami metali.

Im większa ilość tlenu reakcyjnego, tym większa walencja lub wynikająca z tego liczba utleniania metalu. Ponieważ? Ponieważ tlen chwyta coraz więcej elektronów do metalu, aż osiągnie najwyższą liczbę utleniania.

Może ci służyć: pirydyna: struktura, właściwości, zastosowania, toksyczność, synteza

Na przykład można to zobaczyć w przypadku miedzi. Kiedy metalowa miedzi reaguje z ograniczoną ilością tlenu, powstaje Cu₂O (tlenek miedzi (I), Dicobre Bupos lub tlenk:

4CU (s) + o₂(g) + q (ciepło) => 2CU₂O (s) (czerwony stał)

Ale kiedy reaguje w równoważnych ilościach, uzyskuje się CUO (tlenek miedzi (II), tlenek miedzi lub miedzi):

2CU (s) + o₂(g) + q (ciepło) => 2Cuo (s) (czarny stał)

Reakcja soli metali z tlenem

Tlenki metali można tworzyć poprzez rozkład termiczny. Aby być możliwym, jedna lub dwie małe cząsteczki muszą być uwalniane z początkowego związku (sól lub wodorotlenku):

M (OH)₂ + Q => mo + h₂ALBO

MCO₃ + Q => mo + co₂

2m (nie₃)₂ + Q => mo + 4no₂ + ALBO₂

Zwróć uwagę, że h₂Lub, co₂, NIE₂ I₂ Są uwolnionymi cząsteczkami.

Zastosowanie tlenków metali

Ze względu na bogaty skład metali kory ziemnej i tlenu atmosfery, tlenki metali występują w wielu źródłach mineralogicznych, z których można uzyskać solidną podstawę do produkcji nowych materiałów.

Każdy metalowy tlenek znajduje bardzo specyficzne zastosowania, od odżywczego (ZnO i MGO) po dodatki cementowe (CAO) lub po prostu jako pigmenty nieorganiczne (CR₂ALBO₃).

Niektóre tlenki są tak gęste, że kontrolowany wzrost ich warstw może chronić stop lub metal przed utlenianiem tylnych. Nawet badania wykazały, że utlenianie warstwy ochronnej trwa tak, jakby była ciecz, która obejmuje wszystkie powierzchnie lub wady metalu powierzchniowego.

Tlenki metali mogą przyjmować fascynujące struktury, albo jako nanocząstki, albo jako duże agregaty polimerowe.

Fakt ten czyni je przedmiotem badań nad syntezą inteligentnych materiałów, ze względu na ich duży powierzchowny obszar, który służy do projektowania urządzeń reagujących na niższy bodziec fizyczny.

Podobnie tlenki metali są surowcem wielu zastosowań technologicznych, od luster i ceramiki z unikalnymi właściwościami sprzętu elektronicznego, po panele słoneczne.

Przykłady tlenków metali

Tlenki żelaza

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

6feo (s) + o₂(g) => 2fe₃ALBO₄(s) magnetyczny tlenek żelaza.

Wiara₃ALBO₄, Znany również jako magnetyt, jest to mieszany tlenek; Oznacza to, że składa się z solidnej mieszanki brzydkiej i wiary₂ALBO₃.

4fe₃ALBO₄(s) + lub₂(g) => 6fe₂ALBO₃(s) Tlenek żelaza (iii).

Tlenki alkaliczne i alkaliczne

Zarówno metale alkaliczne, jak i alkalistyczne mają tylko jedną liczbę utleniania, więc ich tlenki są bardziej „proste”:

-Na₂O: Tlenek sodu.

-Li₂O: Tlenek litu.

-K₂O: Tlenek potasu.

-CAO: tlenek wapnia.

-MGO: Tlenek magnezu.

-Beeo: tlenek berylowy (który jest tlenek amfoteryczny).

Tlenki grupy IIIA (13)

Elementy grupy IIIA (13) mogą tworzyć tlenki tylko z liczbą utleniania +3. Zatem mają wzór chemiczny M₂ALBO₃ a ich tlenki są następujące:

-Do₂ALBO₃: tlenek glinu.

-Ga₂ALBO₃: Tlenek galu.

-W₂ALBO₃: Tlenek indyjski.

I w końcu:

-Tl₂ALBO₃: Tlenek talium.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Chemia (wydanie 8.). Cengage Learning, s. 237.
2. Alonsoformula. Metal oksydowy. Zaczerpnięte z: alonsoformula.com
3. Regents of University of Minnesota (2018). Charakterystyka kwasowo-zasadowa tlenków metali i niemetalowych. Zaczerpnięte z: chem.Umn.Edu