Vlastnosti oxidů kovů, názvosloví, použití a příklady

oxidy kovů jsou to anorganické sloučeniny tvořené kovovými kationty a kyslíkem. Obecně obsahují velké množství iontových pevných látek, ve kterých je anion oxidů (O^2-) elektrostaticky interaguje s druhem M⁺.

M⁺ toto je nějaký kationt, který pochází z čistého kovu: od alkalických a přechodných kovů, s výjimkou některých ušlechtilých kovů (takový jako zlato, platina a palladium), k těžším prvkům bloku p periodické tabulky ( jako olovo a vizmut).

Horní obrázek ukazuje povrch železa pokrytý načervenalými krustami. Tyto "krusty" jsou to, co je známé jako rez nebo rez, které zase představují vizuální test oxidace kovu v důsledku podmínek jeho prostředí. Chemicky, rez je hydratovaná směs oxidů železa (III).

Proč má oxidace kovu za následek degradaci jeho povrchu? To je způsobeno zabudováním kyslíku do krystalické struktury kovu.

Když se to stane, objem kovu se zvětší a původní interakce oslabí, což způsobí prasknutí pevné látky. Tyto praskliny také umožňují pronikání více molekul kyslíku do vnitřních kovových vrstev, které odnášejí celý kus zvenčí..

Tento proces však probíhá při různých rychlostech a závisí na povaze kovu (jeho reaktivitě) a fyzikálních podmínkách, které ho obklopují. Proto existují faktory, které urychlují nebo zpomalují oxidaci kovu; dvě z nich jsou přítomnost vlhkosti a pH.

Proč? Protože oxidace kovu za vzniku oxidu kovu znamená přenos elektronů. Tyto "cestování" od jednoho chemického druhu k druhému, pokud to médium usnadňuje, buď přítomností iontů (H⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, atd.), které upravují pH, nebo molekulami vody, které poskytují dopravní prostředek.

Analyticky se tendence kovu tvořit odpovídající oxid se odráží v jeho redukčním potenciálu, který odhaluje, který kov reaguje rychleji ve srovnání s jiným kovem..

Například zlato má mnohem větší redukční potenciál než železo, a proto svítí svým charakteristickým zlatým zářením bez oxidu, který ho rozmazává..

Index

• 1 Vlastnosti nekovových oxidů
  • 1.1 Zásadnost
  • 1.2 Amfotericismus
• 2 Nomenklatura
  • 2.1 Tradiční názvosloví
  • 2.2 Systematická nomenklatura
  • 2.3 Skladová nomenklatura
  • 2.4 Výpočet počtu valencí
• 3 Jak se tvoří?
  • 3.1 Přímá reakce kovu s kyslíkem
  • 3.2 Reakce solí kovů s kyslíkem
• 4 Použití
• 5 Příklady
  • 5.1 Oxidy železa
  • 5.2 Oxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin
  • 5.3 Oxidy skupiny IIIA (13)
• 6 Odkazy

Vlastnosti nekovových oxidů

Vlastnosti oxidů kovů se liší podle kovu a způsobu interakce s aniontem O^2-. To znamená, že některé oxidy mají vyšší hustotu nebo rozpustnost ve vodě než jiné. Všichni však mají společný kovový charakter, který se nevyhnutelně promítá do jeho zásaditosti.

Jinými slovy: jsou také známé jako základní anhydridy nebo bazické oxidy.

Zásadnost

Zásaditost oxidů kovů může být kontrolována experimentálně pomocí acidobazického indikátoru. Jak? Přidání malého kusu oxidu do vodného roztoku s určitým rozpuštěným indikátorem; to může být zkapalněná šťáva z fialového zelí.

Oxid pak bude mít rozsah barev v závislosti na pH a změní šťávu na modravé barvy, odpovídající základnímu pH (s hodnotami mezi 8 a 10). Je to proto, že rozpuštěná část oxidu uvolňuje OH ionty^- prostředí, které je v experimentu zodpovědné za změnu pH.

Tudíž, pro MO oxid, který je solubilizován ve vodě, je transformován na hydroxid kovu ("hydratovaný oxid") podle následujících chemických rovnic:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

Druhá rovnice je rovnováha rozpustnosti hydroxidu M (OH)₂. Všimněte si, že kov má náboj 2+, což také znamená, že jeho valence je +2. Valence kovu přímo souvisí s jeho tendencí získat elektrony.

Čím pozitivnější je valence, tím větší je její kyselost. V případě, že M měl valenci +7, pak M oxid₂O₇ bylo by kyselé a ne bazické.

Anfoterismo

Oxidy kovů jsou základní, ale ne všechny mají stejný kovový charakter. Jak to vědět? Umístění kovu M v periodické tabulce. Čím více je nalevo a v nižších obdobích, tím více bude kovový, a proto bude základnější jeho oxid.

Na hranici mezi základními oxidy a oxidy kyselin (oxidy nekovů) jsou amfoterní oxidy. Zde slovo „amfoterní“ znamená, že oxid působí jako báze i kyselina, která je stejná jako ve vodném roztoku a může tvořit hydroxid nebo vodný komplex M (OH₂)₆²⁺.

Vodný komplex není ničím jiným než koordinací n molekuly vody s kovovým středem M. Pro M komplex (OH₂)₆²⁺, kov M²⁺ Je obklopen šesti molekulami vody a může být považován za hydratovaný kation. Mnohé z těchto komplexů vykazují intenzivní zbarvení, jako jsou barviva pozorovaná pro měď a kobalt.

Nomenklatura

Jak se jmenují oxidy kovů? Existují tři způsoby, jak to udělat: tradiční, systematické a skladové.

Tradiční názvosloví

K správnému pojmenování oxidu kovu podle pravidel IUPAC je nutné znát možné valence kovu M. Největší (nejpozitivnější) je přiřazeno kovovému názvu přípona -ico, zatímco menší, prefix -oso.

Příklad: dané valence +2 a +4 kovu M, jeho odpovídající oxidy jsou MO a MO₂. Pokud by M byl olovo, Pb, pak by PbO byl oxid olovnatýmedvěd, a PbO₂ oxidové švestkyico. Pokud má kov pouze jednu valenci, je pojmenován jeho oxid s příponou -ico. Takže, Na₂Nebo je to oxid sodný.

Na druhé straně, hypo- a per-prefixy jsou přidány, když jsou pro kov k dispozici tři nebo čtyři valence. Tímto způsobem, Mn₂O₇ je to oxid zamanganico, protože Mn má valenci +7, nejvyšší ze všech.

Tento typ nomenklatury však představuje určité potíže a je obvykle nejméně využíván.

Systematická nomenklatura

Zvažuje počet atomů M a kyslíku, které tvoří chemický vzorec oxidu. Z nich jsou přiřazeny odpovídající předpony mono-, di-, tri-, tetra-, atd..

S ohledem na tři poslední oxidy kovů jako příklad, PbO je oxid olovnatý; PbO₂ oxid olovnatý; a Na₂Nebo oxid dusný. Pro případ rzi, Fe₂O₃, jeho příslušný název je trioxid dihierro.

Burzovní nomenklatura

Na rozdíl od ostatních dvou názvů má valence kovu větší význam. Valence je specifikována římskými číslicemi v závorkách: (I), (II), (III), (IV), atd. Oxid kovu je pak pojmenován jako oxid kovu (n).

Použitím nomenklatury akcií pro předchozí příklady máme:

-PbO: oxid olovnatý (II).

-PbO₂: oxid olovnatý (IV).

-Na₂O: oxid sodný. Protože má jedinečnou valenci +1, není specifikována.

-Víra₂O₃: oxid železitý (III).

-Mn₂O₇: oxid manganičitý (VII).

Výpočet počtu valencí

Pokud však nemáte periodickou tabulku s valencemi, jak je můžete určit? Musíme si uvědomit, že anion O^2- k oxidu kovu přispívá dvěma zápornými náboji. Podle zásady neutrality musí být tyto záporné náboje neutralizovány kladnými náboji kovu.

Proto, jestliže množství oxygens je znáno chemickým vzorcem, valence kovu může být určena algebraically tak že součet poplatků dá nulu..

Mn₂O₇ má sedm kyslíků, pak jeho záporné náboje se rovnají 7x (-2) = -14. Pro neutralizaci záporného náboje -14 musí mangan poskytnout +14 (14-14 = 0). Uvedení matematické rovnice je pak:

2X - 14 = 0

2 pochází ze skutečnosti, že existují dva manganové atomy. Řešení a čištění X, valence kovu:

X = 14/2 = 7

To znamená, že každý Mn má valenci +7.

Jak se tvoří?

Vlhkost a pH přímo ovlivňují oxidaci kovů v odpovídajících oxidech. Přítomnost CO₂, Oxid kyseliny může být rozpuštěn dostatečně ve vodě, která pokrývá kovovou část, aby urychlila inkorporaci kyslíku v aniontové formě do krystalové struktury kovu..

Tato reakce může být také urychlena se zvýšením teploty, zejména když je žádoucí získat oxid v krátkém čase.

Přímá reakce kovu s kyslíkem

Oxidy kovů jsou vytvořeny jako produkt reakce mezi kovem a okolním kyslíkem. Toto může být reprezentováno chemickou rovnicí níže:

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Tato reakce je pomalá, protože kyslík má silnou dvojnou vazbu O = O a elektronický přenos mezi ním a kovem je neefektivní.

Výrazně se však zvyšuje s nárůstem teploty a povrchu. Toto je kvůli skutečnosti, že energie nutná rozbít O = O dvojná vazba je poskytována, a jak tam je větší oblast, kyslík se pohybuje jednotně skrz kov, srazit se současně s atomy kovu..

Čím větší je množství kyslíkového reaktantu, tím větší je valence nebo oxidační číslo, které je výsledkem kovu. Proč? Vzhledem k tomu, že kyslík pohlcuje více a více elektronů z kovu, dokud nedosáhne nejvyššího oxidačního čísla.

To lze vidět například u mědi. Když kus kovové mědi reaguje s omezeným množstvím kyslíku, Cu se tvoří₂O (oxid měďnatý (I), oxid měďný nebo oxid uhelnatý):

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

Když však reaguje v ekvivalentním množství, získá se CuO (oxid měďnatý (II), oxid měďnatý nebo oxid měďnatý):

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

Reakce solí kovů s kyslíkem

Oxidy kovů se mohou tvořit tepelným rozkladem. Aby bylo možné, musí být jedna nebo dvě malé molekuly uvolněny z výchozí sloučeniny (soli nebo hydroxidu):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Všimněte si, že H₂O, CO₂, NE₂ a O₂ jsou molekuly uvolněny.

Použití

Vzhledem k bohatému složení kovů v zemské kůře a kyslíku v atmosféře se oxidy kovů nacházejí v mnoha mineralogických zdrojích, z nichž lze získat pevný základ pro výrobu nových materiálů..

Každý oxid kovu má velmi specifická použití, od nutričních (ZnO a MgO) až po cementové přísady (CaO), nebo jednoduše jako anorganické pigmenty (Cr).₂O₃).

Některé oxidy jsou tak husté, že řízený růst jejich vrstev může chránit slitinu nebo kov před další oxidací. Dokonce studie ukázaly, že oxidace ochranné vrstvy probíhá tak, jako by se jednalo o kapalinu, která pokrývá všechny praskliny nebo povrchové vady kovu..

Oxidy kovů mohou přijmout fascinující struktury, buď jako nanočástice nebo jako velké polymerní agregáty.

Tato skutečnost z nich činí studii pro syntézu inteligentních materiálů, a to díky své velké ploše, která se používá k návrhu zařízení, která reagují na nejméně fyzický podnět..

Stejně tak jsou oxidy kovů surovinou mnoha technologických aplikací, od zrcadel a keramiky s jedinečnými vlastnostmi pro elektronická zařízení až po solární panely..

Příklady

Oxidy železa

2Fe (s) + O₂g) => 2FeO (s) oxid železitý (II).

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

Víra₃O₄, také známý jako magnetit, je to směsný oxid; To znamená, že se skládá z pevné směsi FeO a Fe₂O₃.

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

Oxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin

Oba alkalické kovy a kovy alkalických zemin mají jedno oxidační číslo, takže jejich oxidy jsou více „jednoduché“:

-Na₂O: oxid sodný.

-Li₂O: oxid lithný.

-K₂O: oxid draselný.

-CaO: oxid vápenatý.

-MgO: oxid hořečnatý.

-BeO: oxid berylnatý (což je amfoterní oxid)

Oxidy skupiny IIIA (13)

Prvky skupiny IIIA (13) mohou tvořit oxidy pouze s oxidačním číslem +3. Mají tedy chemický vzorec M₂O₃ a jeho oxidy jsou následující:

-Al₂O₃: oxid hlinitý.

-Ga₂O₃: oxid galia.

-In₂O₃: oxid india.

A konečně

-Tl₂O₃: oxid thalnatý.

Odkazy

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie (8. vydání). CENGAGE Learning, str. 237.
2. AlonsoFormula. Kovové oxidy. Převzato z: alonsoformula.com
3. Regents University of Minnesota (2018). Acidobazické vlastnosti kovových a nekovových oxidů. Převzato z: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3. dubna 2018). Samohojivé oxidy kovů by mohly chránit před korozí. Převzato z: news.mit.edu
5. Fyzikální stavy a struktury oxidů. Převzato z: wou.edu
6. Quimitube (2012). Oxidace železa. Převzato z: quimitube.com
7. Chemie LibreTexts. Oxidy Převzato z: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Nanostruktury oxidů kovů: růst a aplikace. In: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in Nanomaterials. Advanced Structured Materials, sv. 79. Springer, New Delhi