- Vlastnosti nekovových oxidů
- Zásaditost
- Amfotericismus
- Nomenklatura
- Tradiční nomenklatura
- Systematická nomenklatura
- Skladová nomenklatura
- Výpočet valenčního čísla
- Jak se formují?
- Přímá reakce kovu s kyslíkem
- Reakce solí kovů s kyslíkem
- Aplikace
- Příklady
- Oxidy železa
- Oxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin
- Oxidy skupiny IIIA (13)
- Reference
Kovové oxidy jsou anorganické sloučeniny, skládající se z kationtů kovů a kyslík. Obecně obsahují velké množství iontových pevných látek, ve kterých oxidový anion (O 2–) elektrostaticky interaguje s M + druhy.
M + je jako každý kation, který pochází z čistého kovu: z alkalických a přechodných kovů, s výjimkou některých ušlechtilých kovů (jako je zlato, platina a palladium), k nejtěžším prvkům bloku p tabulky periodický (například olovo a bizmut).
Zdroj: Pixabay.
Obrázek nahoře ukazuje železný povrch pokrytý načervenalými krustami. Tyto „chrasty“ jsou tzv. Rezy nebo rezy, které zase představují vizuální důkaz oxidace kovu v důsledku podmínek jeho prostředí. Chemicky je rzí hydratovaná směs oxidů železa (III).
Proč oxidace kovu vede k degradaci jeho povrchu? To je způsobeno začleněním kyslíku do krystalové struktury kovu.
Když k tomu dojde, zvětší se objem kovu a oslabí se původní interakce, což způsobí prasknutí pevné látky. Stejně tak tyto trhliny umožňují pronikání více molekul kyslíku do vnitřních kovových vrstev, přičemž se celý kus z vnitřku pohltí.
K tomuto procesu však dochází při různých rychlostech a závisí na povaze kovu (jeho reaktivitě) a fyzických podmínkách, které jej obklopují. Proto existují faktory, které urychlují nebo zpomalují oxidaci kovu; dva z nich jsou přítomnost vlhkosti a pH.
Proč? Protože oxidace kovu za vzniku oxidu kovu zahrnuje přenos elektronů. Tyto „cesty“ z jednoho chemického druhu do druhého, pokud to prostředí usnadňuje, buď přítomností iontů (H +, Na +, Mg 2+, Cl - atd.), Které upravují pH, nebo molekuly vody, které poskytují dopravní prostředek.
Analyticky se tendence kovu tvořit odpovídající oxid odráží v jeho redukčních potenciálech, které ukazují, který kov reaguje rychleji ve srovnání s jiným.
Například zlato má mnohem větší redukční potenciál než železo, a proto svítí svou charakteristickou zlatou žárou bez oxidace, která ho otupuje.
Vlastnosti nekovových oxidů
Oxid hořečnatý, oxid kovu.
Vlastnosti oxidů kovů se liší podle kovu a toho, jak interaguje s aniontem O 2. To znamená, že některé oxidy mají vyšší hustotu nebo rozpustnost ve vodě než jiné. Všichni však mají společný kovový charakter, což se nevyhnutelně odráží v jejich zásaditosti.
Jinými slovy: jsou také známé jako bazické anhydridy nebo bazické oxidy.
Zásaditost
Bázičnost oxidů kovů může být experimentálně ověřena pomocí indikátoru kyselé báze. Jak? Přidání malého kousku oxidu do vodného roztoku s nějakým rozpuštěným indikátorem; Může to být zkapalněná šťáva z fialového zelí.
Poté, co pak rozsah barev závisí na pH, oxid změní šťávu na namodralé barvy odpovídající základnímu pH (s hodnotami mezi 8 a 10). Důvodem je skutečnost, že rozpuštěná část oxidu uvolňuje OH - ionty do média, které jsou odpovědné za změnu pH v uvedeném experimentu.
Pro oxid MO MO, který je rozpuštěn ve vodě, se tedy přeměňuje na hydroxid kovu („hydratovaný oxid“) podle následujících chemických rovnic:
Mo + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Druhou rovnicí 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.
Tímto způsobem, čím pozitivnější je valence, tím větší je její kyselost. V případě, že M má vaznost +7, pak oxid M 2 O 7 by být kyselé, a ne základní.
Amfotericismus
Oxidy kovů jsou základní, avšak všechny nemají stejný kovový charakter. Jak to víš? Umístění kovu M na periodické tabulce. Čím dále jste nalevo od ní a v nízkých obdobích, tím více bude kovový, a proto bude tím oxidem zásaditější.
Na hranici mezi bazickými a kyselými oxidy (nekovovými oxidy) jsou amfoterní oxidy. Zde slovo „amfoterní“ znamená, že oxid působí jak jako báze, tak jako kyselina, což je stejné jako ve vodném roztoku, že může tvořit hydroxid nebo vodný komplex M (OH 2) 6 2+.
Vodná komplex není nic jiného než koordinaci n molekul vody s kovovým středu M. pro M (OH 2) 6 2+ komplex, kov M 2+ je obklopen šesti molekulami vody, a může být považován za hydratovaný kation. Mnoho z těchto komplexů vykazuje intenzivní zbarvení, jako jsou ta pozorovaná pro měď a kobalt.
Nomenklatura
Jak se jmenují oxidy kovů? Existují tři způsoby, jak to udělat: tradiční, systematický a skladový.
Tradiční nomenklatura
Pro správné pojmenování oxidu kovu podle pravidel IUPAC je nutné znát možné valence kovu M. Největší (nejpozitivnější) je přiřazena přípona -ico ke jménu kovu, zatímco menší, předpona -oso.
Příklad: vzhledem k +2 a +4 valence kovu M, její odpovídající oxidy jsou MO a MO 2. Pokud je M mimo vedení, Pb, pak by oxid PbO Plumb nesl a PbO 2 oxid PLUMB ico. Pokud má kov pouze jednu valenci, je jeho oxid pojmenován s příponou --ico. Tak, Na 2 O je oxid sodný.
Na druhé straně jsou předpony hypo- a per- přidány, když jsou pro kov k dispozici tři nebo čtyři valence. To znamená, že Mn 2 O 7 je oxid za Mangan ico, protože má mangan +7 valenci, nejvíce ze všech.
Tento druh nomenklatury však představuje určité obtíže a obvykle se používá nejméně.
Systematická nomenklatura
V něm je uvažován počet atomů M a kyslíku, které tvoří chemický vzorec oxidu. Z nich je přiřazena odpovídající předpona mono-, di-, tri-, tetra- atd.
Jako příklad lze uvést tři nedávné oxidy kovů, PbO je oxid olovnatý; PbO 2 oxid olovičitý; a Na 2 O je dvojsodná uhelnatý. V případě rzi, Fe 2 O 3, je jeho příslušným názvem oxid železitý.
Skladová nomenklatura
Na rozdíl od ostatních dvou nomenklatur je v tomto případě důležitější valence kovu. Valence je specifikována římskými číslicemi v závorkách: (I), (II), (III), (IV) atd. Oxid kovu je pak pojmenován oxid kovu (n).
Použitím skladové nomenklatury pro předchozí příklady máme:
-PbO: oxid olovnatý (II).
-PbO 2: oxid olovnatý.
-Na 2 O: oxid sodný. Protože má jedinečnou valenci +1, není specifikována.
Fe 2 O 3: železo (III) kysličník.
-Mn 2 O 7: mangan (VII) oxid.
Výpočet valenčního čísla
Ale pokud nemáte periodickou tabulku s valencemi, jak je můžete určit? Z tohoto důvodu musíme mít na paměti, že anion O 2 - přispívá dvěma kovům k zápornému náboji. Podle principu neutrality musí být tyto záporné náboje neutralizovány pozitivními kovy.
Proto, pokud je počet kyslíků znám z chemického vzorce, valence kovu může být stanovena algebraicky, takže součet nábojů je nulový.
Mn 2 O 7 má sedm atomů kyslíku, takže jeho negativní náboje se rovnají 7x (-2) = -14. K neutralizaci záporného náboje -14 musí mangan přispívat +14 (14-14 = 0). Představujeme matematickou rovnici, kterou máme:
2X - 14 = 0
2 pochází ze skutečnosti, že existují dva atomy manganu. Řešení a řešení pro X, valence kovu:
X = 14/2 = 7
Jinými slovy, každé Mn má valenci +7.
Jak se formují?
Vlhkost a pH přímo ovlivňují oxidaci kovů na jejich odpovídající oxidy. Přítomnost CO 2, kyselý oxid, může rozpustit dostatečně ve vodě, který zahrnuje kovovou část pro urychlení začlenění kyslíku v aniontové formě do krystalové struktury kovu.
Tuto reakci lze také urychlit zvýšením teploty, zejména pokud je žádoucí získat oxid v krátkém čase.
Přímá reakce kovu s kyslíkem
Oxidy kovů se vytvářejí jako produkt reakce mezi kovem a okolním kyslíkem. Toto může být reprezentováno chemickou rovnicí dole:
2 M (s) + O 2 (g) => 2Mo (y)
Tato reakce je pomalá, protože kyslík má silnou dvojnou vazbu O = O a elektronický přenos mezi ním a kovem je neúčinný.
S nárůstem teploty a plochy povrchu se však výrazně zrychluje. To je způsobeno skutečností, že je poskytována nezbytná energie pro přerušení O = O dvojné vazby, a protože existuje větší plocha, kyslík se pohybuje rovnoměrně v celém kovu a současně se střetává s atomy kovu.
Čím větší množství reakčního kyslíku, tím větší výsledné valenční nebo oxidační číslo pro kov. Proč? Protože kyslík bere z kovu stále více elektronů, dokud nedosáhne nejvyššího oxidačního čísla.
To lze vidět například u mědi. Když část kovové mědi reaguje s omezeným množstvím kyslíku, vzniká Cu 2 O (oxid měďný, oxid měďný nebo oxid dvojsytný):
4Cu (y) + O 2 (g) + Q (teplo) => 2Cu 2 O (y) (červená pevná látka)
Pokud však reaguje v ekvivalentním množství, získá se CuO (oxid měďnatý, oxid měďnatý nebo oxid měďnatý):
2Cu (y) + O 2 (g) + Q (teplo) => 2CuO (y) (černé pevné látky)
Reakce solí kovů s kyslíkem
Oxidy kovů se mohou tvořit tepelným rozkladem. Aby to bylo možné, musí se z výchozí sloučeniny (sůl nebo hydroxid) uvolnit jedna nebo dvě malé molekuly:
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Všimněte si, že H 2 O, CO 2, NO 2 a O 2, jsou uvolněné molekuly.
Aplikace
Kvůli 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 zjistí velmi specifická použití, od nutriční (ZnO a MgO) jako přísad do cementu (CaO), nebo jednoduše, jako jsou anorganické pigmenty, (CR 2 O 3).
Některé oxidy jsou tak husté, že řízený růst vrstvy může chránit slitinu nebo kov před další oxidací. Studie dokonce odhalily, že oxidace ochranné vrstvy pokračuje, jako by to byla kapalina, která pokrývá všechny praskliny nebo povrchové vady kovu.
Oxidy kovů mohou zaujmout fascinující struktury, buď jako nanočástice nebo jako velké polymerní agregáty.
Tato skutečnost z nich dělá předmět studií pro syntézu inteligentních materiálů díky jejich velké ploše, která se používá k navrhování zařízení, která reagují na nejméně fyzický podnět.
Oxidy kovů jsou navíc surovinou pro mnoho technologických aplikací, od zrcadel a keramiky s jedinečnými vlastnostmi pro elektronická zařízení až po solární panely.
Příklady
Oxidy železa
2Fe (y) + O 2 oxid (g) => 2FeO (y), železo (II).
6FeO (y) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) magnetického oxidu železa.
Fe 3 O 4, známý také jako magnetit, je směsný oxid; To znamená, že se skládá z pevné směsi FeO a Fe 2 O 3.
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (y), železa (III) kysličník.
Oxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin
Alkalické kovy i kovy alkalických zemin mají pouze jedno oxidační číslo, takže jejich oxidy jsou „jednodušší“:
-Na 2 O: oxid sodný.
-Li 2 O: oxid lithný.
-K 2 O: 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. Tak mají chemický vzorec M 2 O 3 a jejich oxidy, jsou následující:
-Al 2 O 3: oxid hlinitý.
GA 2 O 3: oxid gallium.
-V 2 O 3: oxid india.
A nakonec
-TL 2 O 3: oxid thalia.
Reference
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Learning, s. 237.
- AlonsoFormula. Oxidy kovů. Převzato z: alonsoformula.com
- Vladaři University of Minnesota. (2018). Kyslé vlastnosti kovových a nekovových oxidů. Převzato z: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3. dubna 2018). Samovyhojující se oxidy kovů by mohly chránit před korozí. Převzato z: news.mit.edu
- Fyzikální stavy a struktury oxidů. Převzato z: wou.edu
- Quimitube. (2012). Oxidace železa. Převzato z: quimitube.com
- Chemie LibreTexts. Oxidy. Převzato z: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Nanostruktury oxidů kovů: Růst a aplikace. In: Husain M., Khan Z. (eds) Pokroky v nanomateriálech. Advanced Structured Materials, svazek 79. Springer, New Delhi