Metalloxide

Metallisches Oxid -Aussehen

Was sind Metalloxide?

Der Metalloxide Sie sind anorganische Verbindungen, die durch Metallkationen und Sauerstoff gebildet werden. Sie umfassen im Allgemeinen eine große Anzahl von ionischen Feststoffen, bei denen Oxidanion (oder^2-) Elektrostatisch mit M -Spezies interagieren⁺. In einfacheren Worten sind sie die chemischen Verbindungen, die sich aus der Kombination eines Metalls mit Sauerstoff ergeben.

M⁺ Es ist daher jedes Kation, das aus reinem Metall stammt: aus alkalischen und Übergangsmetallen, mit Ausnahme einiger edler Metalle (wie Gold, Platin und Paladium) bis zu den schwersten Elementen des Blocks P der Tabelle periodisch (z. B. Blei und Blei und Wismut).

Im oberen Bild wird eine Eisenoberfläche gezeigt. Diese "Schorf" sind das, was als Rost oder Urin bezeichnet wird, was wiederum einen visuellen Test der Metalloxidation darstellt, gemäß den Bedingungen ihrer Umgebung. Chemisch ist der Rost eine hydratisierte Mischung aus Eisenoxiden (III).

Warum führt die Oxidation des Metalls zum Abbau seiner Oberfläche? Dies ist auf den Einbau von Sauerstoff in die kristalline Struktur von Metall zurückzuführen.

In diesem Fall nimmt das Volumen des Metalls zu und die ursprünglichen Wechselwirkungen werden geschwächt, wodurch das Bruch des Feststoffs verursacht wird. Ebenso ermöglichen diese Risse mehr Sauerstoffmoleküle in die inneren Metallschichten und essen das Stück vollständig von innen.

Dieser Prozess tritt jedoch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf und hängt von der Art des Metalls (seiner Reaktivität) und den physikalischen Bedingungen ab, die es umgeben. Daher gibt es Faktoren, die die Oxidation des Metalls beschleunigen oder verlangsamen; Zwei von ihnen sind das Vorhandensein von Feuchtigkeit und pH.

Weil? Weil die Metalloxidation zur Herstellung eines Metalloxids einen Elektronentransfer impliziert. Diese "reisen" von einer Chemikalie zum anderen, solange die Umwelt dies erleichtert, entweder durch das Vorhandensein von Ionen (h⁺, N / A⁺, Mg²⁺, Cl^-, usw.), die den pH -Wert oder durch die Wassermoleküle modifizieren, die die Transportmittel liefern.

Analytisch spiegelt sich der Trend eines Metalls zur Bildung des entsprechenden Oxids in seinen Reduktionspotentialen wider, die zeigen, welches Metall im Vergleich zu einem anderen schneller reagiert.

Gold hat zum Beispiel ein viel größeres Reduktionspotential als Eisen, weshalb es mit seinem charakteristischen goldenen Glühen ohne ein Oxid, das es bietet.

Metalloxideigenschaften

Die Eigenschaften von Metalloxiden variieren je nach Metall und wie es mit Anion interagiert oder^2-. Dies impliziert, dass einige Oxide in Wasser mehr Dichten oder Lösungen haben als andere. Jeder hat jedoch gemeinsam die metallische Natur, die sich unweigerlich in seiner Basizität widerspiegelt.

Mit anderen Worten: Sie sind auch als Basisanhydride oder Basisoxide bekannt.

Basizität

Die Basizität von Metalloxiden kann experimentell unter Verwendung eines Säure-Base-Indikators verifiziert werden. Als? Hinzufügen eines kleinen Stücks des Oxids zu einer wässrigen Lösung mit etwas gelöstem Indikator; Dies kann der verflüssige Saft der Colorade sein.

Mit dem Farbbereich abhängig vom pH -Wert wird das Oxid den Saft zu bläulichen Farben erzeugt, die dem einfachen pH -Wert entsprechen (mit Werten zwischen 8 und 10). Dies liegt daran, dass der gelöste Teil des Ochsenoxids^- In der Mitte experimentieren diese, die für die Änderung des pH -Werts verantwortlich sind.

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Somit wird es für ein in Wasser solubilisiertes MO -Oxid in metallische Hydroxid (ein "hydratisiertes Oxid") gemäß den folgenden chemischen Gleichungen umgewandelt:

Mo + h₂O => m (OH)₂

M (OH)₂ M²⁺ + 2OH^-

Die zweite Gleichung ist der Gleichgewicht der Löslichkeit von Hydroxid M ​​(OH)₂. Beachten Sie, dass das Metall 2+ Last hat, was auch bedeutet, dass seine Valenz +2 beträgt. Metallvalencia hängt direkt mit seiner Tendenz zusammen, Elektronen zu gewinnen.

Auf diese Weise ist die valencia auf diese Weise, desto größer ist ihre Säure. Für den Fall, dass M Valencia von +7 und dann das M -Oxid hatte₂ENTWEDER₇ Es wäre sauer und nicht grundlegend.

Anfoterismus

Metalloxide sind grundlegend, aber nicht jeder hat den gleichen metallischen Charakter. Wie zu wissen? METAL M IN DEN Periodenzüchttisch platzieren. Je mehr links von gleich und in den niedrigen Perioden ist es, je mehr Metallic es sein wird und daher grundlegender sein wird sein Oxid.

An der Grenze zwischen Basis- und Säuroxiden (nicht metallische Oxide) sind Amphoterosoxide. Hier bedeutet das Wort "Amphoter", dass Oxid genauso viel wirkt wie eine Base und Säure, was gleich der Tatsache ist₂)₆²⁺.

Der wässrige Komplex ist nichts anderes als die Koordination von N Wassermoleküle mit dem Metallzentrum m. Für den M -Komplex (OH₂)₆²⁺, Das Metall m²⁺ Es ist von sechs Wassermolekülen umgeben und kann als hydratisiertes Kation betrachtet werden. Viele dieser Komplexe manifestieren intensiv.

Metalloxid -Nomenklatur

Es gibt drei Möglichkeiten, um Metallicoxide zu nennen: das traditionelle, systematische und Lagerbestand.

Traditionelle Nomenklatur

Um das metallische Oxid nach den vom IUPAC regierten Regeln korrekt zu benennen, ist es notwendig, die möglichen Validitäten des Metalls m zu kennen. Das größte (das positivste) wird dem Namen des Metalls, das Suffix -ICO, zugeordnet, während das Kind, das Präfix -ooso.

Beispiel: Angesichts der Valences +2 und +4 des Metalls M sind ihre entsprechenden Oxide Mo und MO₂. Wenn m Blei, PB, dann wäre PBO Lotleiteroxidtragen, und pbo₂ Plúmb OxidICO. Wenn das Metall nur eine Valencia hat, heißt es sein Oxid mit dem Suffix -ICO. So na₂Oder ist Natriumoxid.

Andererseits werden Hypo- und Perfixen hinzugefügt, wenn drei oder vier Valences für Metall verfügbar sind. Auf diese Weise die MN₂ENTWEDER₇ Es ist Oxid proManganICO, Weil die MN Valencia +7 hat, die größte von allen.

Diese Art von Nomenklatur zeigt jedoch bestimmte Schwierigkeiten und ist normalerweise die am wenigsten verwendete.

Systematische Nomenklatur

Es wird als die Anzahl der M- und Sauerstoffatome angesehen, aus denen die chemische Formel des Oxids besteht. Von ihnen werden die entsprechenden Mono-Präfixe zugewiesen, di-, tri-, tetra-, usw.

Als Beispiel für die drei kürzlich erschienenen Metalloxide ist das PBO Bleimonoxid; Der pbo₂ Bleidioxid; und die na₂O Dysodio -Monoxid. Im Fall von Rost, Glaube₂ENTWEDER₃, Sein jeweiliger Name ist Dihierro Trioxid.

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Stock Nomenklatur

Im Gegensatz zu den beiden anderen Nomenklaturen ist das Metall Valencia wichtiger. Valencia wird durch römische Zahlen in Klammern angegeben: (i), (ii), (iii), (iv) usw. Metallicoxid wird dann als Metalloxid (N) bezeichnet.

Anwendung der Aktiennomenklatur für die vorherigen Beispiele, die Sie haben:

-PBO: Bleioxid (II).

-Pbo₂: Bleioxid (iv).

-N / A₂O: Natriumoxid. Wie die einzigartige Valenz von +1 nicht angegeben ist.

-Glaube₂ENTWEDER₃: Eisenoxid (III).

-Mn₂ENTWEDER₇: Manganoxid (vii).

Valencia -Zahlberechnung

Aber wenn es keine periodische Tabelle mit Valences gibt, wie können sie dann bestimmt werden? Dafür müssen wir uns daran erinnern, dass Anion oder^2- Es bringt zwei negative Belastungen in metallisches Oxid mit. Nach dem Neutralitätsprinzip müssen diese negativen Ladungen mit Metallpositivität neutralisiert werden.

Wenn die Anzahl der Sauerstoff durch die chemische Formel bekannt ist, kann die Metallvalencia algebraisch bestimmt werden, damit die Summe der Nullladungen.

Die mn₂ENTWEDER₇ Es hat sieben Sauerstoff, dann sind seine negativen Lasten gleich 7x (-2) = -14. Um die negative Belastung von -14 zu neutralisieren, müssen Manganinnen +14 beitragen (14-14 = 0). Die mathematische Gleichung erhöhen dann:

2x - 14 = 0

Die 2 stammen aus der Tatsache, dass es zwei Manganatome gibt. Lösen und Löschen von X, die Metall Valencia:

X = 14/2 = 7

Das heißt, dass jeder Mn Valencia von +7 hat.

Wie werden Metalloxide gebildet??

Feuchtigkeit und pH beeinflussen direkt die Oxidation von Metallen in ihren entsprechenden Oxiden. Das Vorhandensein von CO₂, Säureoxid kann sich im Wasser genug auflösen, das das Metallstück bedeckt, um den Einbau von anionischer Sauerstoff in die kristalline Struktur von Metall zu beschleunigen.

Diese Reaktion kann auch mit einem Temperaturanstieg beschleunigt werden, insbesondere wenn Sie das Oxid in kurzer Zeit erhalten möchten.

Direktmetallreaktion mit Sauerstoff

Metalloxide werden als Produkt der Reaktion zwischen Metall und umgebender Sauerstoff gebildet. Dies kann mit der folgenden chemischen Gleichung dargestellt werden:

2m (s) + o₂(g) => 2Mo (s)

Diese Reaktion ist langsam, da Sauerstoff eine starke Doppelbindung aufweist oder die elektronische Übertragung zwischen ihm und dem Metall ineffizient ist.

Es beschleunigt jedoch erheblich mit einer Zunahme von Temperatur und Oberfläche. Dies liegt daran.

Je größer die Menge an reaktionärem Sauerstoff ist, desto größer die Valencia oder die resultierende Oxidationszahl für das Metall. Weil? Weil Sauerstoff immer mehr Elektronen zum Metall schnappt, bis er die höchste Oxidationszahl erreicht.

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Dies ist beispielsweise für Kupfer zu sehen. Wenn ein Metallkupferstück mit einer begrenzten Menge Sauerstoff reagiert, wird es Cu gebildet₂O (Kupferoxid (I), DiCobre Cupos oder Monoxid:

4cu (s) + o₂(g) + q (Hitze) => 2Cu₂O (s) (roter Feststoff)

Wenn es jedoch in äquivalenten Größen reagiert, wird CUO (Kupferoxid (II), Kupprikoxid oder Kupfermonoxid) erhalten:

2cu (s) + o₂(g) + q (Hitze) => 2Cuo (s) (schwarzer Feststoff)

Reaktion von Metallsalzen mit Sauerstoff

Metalloxide können durch thermische Zersetzung gebildet werden. Um möglich zu sein, müssen ein oder zwei kleine Moleküle aus der anfänglichen Verbindung (ein Salz oder ein Hydroxid) freigesetzt werden:

M (OH)₂ + Q => mo + h₂ENTWEDER

Mco₃ + Q => mo + co₂

2m (Nr₃)₂ + Q => mo + 4no₂ + ENTWEDER₂

Beachten Sie, dass h₂Oder co₂, NEIN₂ ICH₂ Sie sind die freigesetzten Moleküle.

Verwendung von Metalloxiden

Aufgrund der reichen Zusammensetzung von Erdkortexmetallen und des Sauerstoffs der Atmosphäre finden sich Metalloxide in vielen mineralogischen Quellen, aus denen eine feste Basis für die Herstellung neuer Materialien erhalten werden kann.

Jedes metallische Oxid findet sehr spezifische Verwendungszwecke, von Ernährung (ZnO und MGO) bis hin zu Zement Additiven (CAO) oder einfach als anorganische Pigmente (CR₂ENTWEDER₃).

Einige Oxide sind so dicht, dass das kontrollierte Wachstum ihrer Schichten eine Legierung oder Metall vor hinteren Oxidationen schützen kann. Sogar Studien haben gezeigt, dass die Oxidation der Schutzschicht so anhält, als wäre es eine Flüssigkeit, die alle Oberflächen oder Oberflächenmetalldefekte bedeckt.

Metalloxide können faszinierende Strukturen entweder als Nanopartikel oder als große polymere Aggregate einnehmen.

Diese Tatsache macht sie zu einem Studienobjekt für die Synthese von intelligenten Materialien, da ihr großer oberflächlicher Bereich verwendet wird, der zum Entwerfen von Geräten verwendet wird, die auf den niedrigeren physischen Reiz reagieren.

Ebenso sind Metalloxide der Rohstoff vieler technologischer Anwendungen, von Spiegeln und Keramik mit einzigartigen Eigenschaften für elektronische Geräte bis hin zu Sonnenkollektoren.

Beispiele für Metalloxide

Eisenoxide

2Fe (s) + o₂(g) => 2Feo (s) Eisenoxid (ii).

6Feo (s) + o₂(g) => 2Fe₃ENTWEDER₄(s) Magnetisches Eisenoxid.

Glaube₃ENTWEDER₄, Auch als Magnetit bekannt, handelt es sich um ein gemischtes Oxid; Dies bedeutet, dass es aus einer soliden Mischung aus hässlichem und Glauben besteht₂ENTWEDER₃.

4FE₃ENTWEDER₄(s) + oder₂(g) => 6FE₂ENTWEDER₃(s) Eisenoxid (III).

Alkalische und alkalische Oxide

Sowohl alkalische als auch alkalistische Metalle haben nur eine Oxidationszahl, sodass ihre Oxide "einfacher" sind:

-N / A₂O: Natriumoxid.

-Li₂O: Lithiumoxid.

-K₂O: Kaliumoxid.

-CAO: Calciumoxid.

-MGO: Magnesiumoxid.

-Beeo: Beryloxid (ein amphoteres Oxid).

Gruppe IIIA Oxide (13)

Die Elemente der Gruppe IIIa (13) können nur mit einer Oxidationszahl von +3 Oxide bilden. So haben sie eine chemische Formel m₂ENTWEDER₃ und ihre Oxide sind wie folgt:

-Zum₂ENTWEDER₃: Aluminiumoxid.

-Ga₂ENTWEDER₃: Galliumoxid.

-In₂ENTWEDER₃: Indisches Oxid.

Und schlussendlich:

-Tl₂ENTWEDER₃: Taliumoxid.

Verweise

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie (8. Aufl.). Cengage Learning, S. 237.
2. Alonsoformula. Oxidmetall. Entnommen aus: Alonsoformula.com
3. Regenten der Universität von Minnesota (2018). Säure-Base-Eigenschaften von Metall und Nichtmetalloxiden. Genommen von: Chem.Umn.Edu