De metaaloxiden Het zijn anorganische verbindingen die bestaan uit metaalkationen en zuurstof. Ze bevatten over het algemeen een groot aantal ionische vaste stoffen, waarin het oxide-anion (Otwee-) interageert elektrostatisch met soort M+.
M.+ Elk kation dat afkomstig is van het zuivere metaal is als volgt: van de alkali- en overgangsmetalen, met uitzondering van enkele edelmetalen (zoals goud, platina en palladium), tot de zwaarste elementen van het p-blok van het periodiek systeem (zoals lood en bismut).
De afbeelding hierboven toont een ijzeren oppervlak bedekt met roodachtige korsten. Deze "korstjes" zijn wat bekend staat als roest of roest, die op hun beurt een visueel bewijs vormen van de oxidatie van het metaal als gevolg van de omstandigheden in de omgeving. Chemisch gezien is roest een gehydrateerd mengsel van ijzeroxiden (III).
Waarom leidt de oxidatie van het metaal tot degradatie van het oppervlak? Dit komt door de opname van zuurstof in de kristallijne structuur van het metaal..
Wanneer dit gebeurt, neemt het volume van het metaal toe en verzwakken de oorspronkelijke interacties, waardoor de vaste stof scheurt. Evenzo laten deze scheuren toe dat meer zuurstofmoleculen de interne metalen lagen binnendringen, waardoor het stuk van binnenuit volledig wordt weggevreten..
Dit proces vindt echter plaats met verschillende snelheden en is afhankelijk van de aard van het metaal (zijn reactiviteit) en de fysieke omstandigheden eromheen. Daarom zijn er factoren die de oxidatie van het metaal versnellen of vertragen; twee daarvan zijn de aanwezigheid van vochtigheid en pH.
Waarom? Omdat de oxidatie van metaal om een metaaloxide te produceren, een overdracht van elektronen met zich meebrengt. Deze 'reizen' van de ene chemische soort naar de andere zolang de omgeving dit mogelijk maakt, hetzij door de aanwezigheid van ionen (H+, Na+, Mgtwee+, Cl-, etc.), die de pH wijzigen, of door de watermoleculen die het transportmedium vormen.
Analytisch gezien wordt de neiging van een metaal om het overeenkomstige oxide te vormen weerspiegeld in zijn reductiepotentieel, die onthullen welk metaal sneller reageert in vergelijking met een ander..
Goud heeft bijvoorbeeld een veel hoger reductiepotentieel dan ijzer, daarom schijnt het met zijn karakteristieke gouden gloed zonder een oxide dat het dof maakt..
Artikel index
De eigenschappen van metaaloxiden variëren naargelang het metaal en hoe het interageert met het anion Otwee-. Dit betekent dat sommige oxiden een hogere dichtheid of oplosbaarheid in water hebben dan andere. Ze hebben echter allemaal het metaalachtige karakter gemeen, dat onvermijdelijk tot uiting komt in de basiciteit ervan..
Met andere woorden: ze worden ook wel basische anhydriden of basische oxides genoemd.
De basiciteit van metaaloxiden kan experimenteel worden getest met behulp van een zuur-base-indicator. Hoe? Een klein stukje van het oxide toevoegen aan een waterige oplossing met wat opgeloste indicator; dit kan het vloeibaar gemaakte sap van paarse kool zijn.
Met dan het kleurengamma afhankelijk van de pH, verandert het oxide het sap in blauwachtige kleuren, overeenkomend met de basische pH (met waarden tussen 8 en 10). Dit komt doordat het opgeloste deel van het oxide OH-ionen afgeeft.- aan het medium, aangezien deze in genoemd experiment verantwoordelijk zijn voor de verandering in pH.
Dus voor een oxide MO dat oplosbaar is gemaakt in water, wordt het omgezet in metaalhydroxide (een "gehydrateerd oxide") volgens de volgende chemische vergelijkingen:
MO + HtweeO => M (OH)twee
M (OH)twee <=> M.twee+ + 2OH-
De tweede vergelijking is het oplosbaarheidsevenwicht van het hydroxide M (OH)twee. Merk op dat het metaal een lading van 2+ heeft, wat ook betekent dat de valentie +2 is. De valentie van het metaal houdt rechtstreeks verband met de neiging om elektronen op te nemen.
Op deze manier geldt: hoe positiever de valentie, hoe hoger de zuurgraad. In het geval dat M een valentie had van +7, dan was het oxide MtweeOF7 het zou zuur zijn en niet basisch.
Metaaloxiden zijn basisch, maar ze hebben niet allemaal hetzelfde metaalachtige karakter. Hoe weet je dat? Zoek de metalen M op het periodiek systeem. Hoe verder je er links van bent, en in lage periodes, hoe meer metaalachtig het zal zijn en dus hoe basischer je oxide zal zijn..
Op de grens tussen basische en zure oxiden (niet-metaaloxiden) bevinden zich amfotere oxiden. Hier betekent het woord 'amfoteer' dat het oxide fungeert als zowel een base als een zuur, wat hetzelfde is als in waterige oplossing het hydroxide of het waterige complex M (OHtwee6twee+.
Het waterige complex is niets meer dan de coördinatie van n watermoleculen met het metaalcentrum M. Voor het complex M (OHtwee6twee+, metaal Mtwee+ het is omgeven door zes watermoleculen en kan worden gezien als een gehydrateerd kation. Veel van deze complexen vertonen intense kleuringen, zoals die worden waargenomen voor koper en kobalt.
Hoe worden metaaloxiden genoemd? Er zijn drie manieren om dit te doen: traditioneel, systematisch en voorraad.
Om het metaaloxide correct te benoemen volgens de regels van de IUPAC, is het noodzakelijk om de mogelijke valenties van het metaal M te kennen. De grootste (de meest positieve) krijgt het achtervoegsel -ico toegewezen aan de metaalnaam, terwijl de kleine, voorvoegsel -oso.
Voorbeeld: gegeven de +2 en +4 valenties van het metaal M, zijn de overeenkomstige oxiden MO en MOtwee. Als M lood was, Pb, dan zou PbO loodoxide zijnbeer, en PbOtwee loodoxideico. Als het metaal maar één valentie heeft, wordt het oxide genoemd met het achtervoegsel -ico. Dus, NatweeOf is het natriumoxide.
Aan de andere kant worden de voorvoegsels hypo- en per- toegevoegd als er drie of vier valenties beschikbaar zijn voor het metaal. Op deze manier kan de MntweeOF7 het is roest permangaanico, omdat Mn valentie +7 heeft, de hoogste van allemaal.
Dit type nomenclatuur levert echter bepaalde problemen op en wordt meestal het minst gebruikt.
Het houdt rekening met het aantal M- en zuurstofatomen waaruit de chemische formule van het oxide bestaat. Van hen worden de overeenkomstige voorvoegsels mono-, di-, tri-, tetra-, etc. toegewezen..
Als we de drie recente metaaloxiden als voorbeeld nemen, is PbO loodmonoxide; de PbOtwee looddioxide; en de NatweeOf dinatriummonoxide. Voor het geval van roest, FetweeOF3, zijn respectieve naam is dihierrotrioxide.
In tegenstelling tot de andere twee nomenclaturen, is in deze de valentie van het metaal belangrijker. Valentie wordt gespecificeerd door Romeinse cijfers tussen haakjes: (I), (II), (III), (IV), etc. Het metaaloxide wordt dan genoemd als metaaloxide (n).
Als we de voorraadnomenclatuur toepassen op de vorige voorbeelden, hebben we:
-PbO: lood (II) oxide.
-PbOtwee: lood (IV) oxide.
-NatweeO: natriumoxide. Omdat het een unieke valentie van +1 heeft, is het niet gespecificeerd.
-GelooftweeOF3: ijzer (III) oxide.
-MntweeOF7: mangaan (VII) oxide.
Maar als u geen periodiek systeem met de valenties heeft, hoe kunt u ze dan bepalen? Hiervoor moet eraan worden herinnerd dat het anion Otwee- draagt twee negatieve ladingen bij aan het metaaloxide. Volgens het neutraliteitsprincipe moeten deze negatieve ladingen worden geneutraliseerd met de positieve van het metaal.
Daarom, als het aantal zuurstofatomen bekend is uit de chemische formule, kan de valentie van het metaal algebraïsch worden bepaald, zodat de som van de ladingen nul oplevert..
De MntweeOF7 het heeft zeven zuurstofatomen, dus zijn negatieve ladingen zijn gelijk aan 7x (-2) = -14. Om de negatieve lading van -14 te neutraliseren, moet mangaan +14 (14-14 = 0) bijdragen. Als we de wiskundige vergelijking verhogen, hebben we dan:
2X - 14 = 0
De 2 komt van het feit dat er twee mangaanatomen zijn. Oplossen en oplossen voor X, de valentie van het metaal:
X = 14/2 = 7
Met andere woorden, elke Mn heeft een valentie van +7.
Vocht en pH hebben een directe invloed op de oxidatie van metalen tot hun overeenkomstige oxiden. De aanwezigheid van COtwee, zuur oxide, het kan voldoende worden opgelost in het water dat het metaaldeel bedekt om de opname van zuurstof in anionische vorm in de kristalstructuur van het metaal te versnellen.
Deze reactie kan ook worden versneld met een temperatuurstijging, vooral als u het oxide in korte tijd wilt verkrijgen..
Metaaloxiden worden gevormd als een product van de reactie tussen het metaal en de omringende zuurstof. Dit kan worden weergegeven door de onderstaande chemische vergelijking:
2 M (s) + Otwee(g) => 2MO ('s)
Deze reactie is traag, aangezien zuurstof een sterke O = O dubbele binding heeft en de elektronische overdracht tussen het en het metaal inefficiënt is..
Het versnelt echter aanzienlijk met een toename van temperatuur en oppervlakte. Dit komt door het feit dat de nodige energie wordt geleverd om de O = O dubbele binding te verbreken, en aangezien er een groter gebied is, reist de zuurstof gelijkmatig door het metaal en botst tegelijkertijd met de metaalatomen..
Hoe groter de hoeveelheid reagerende zuurstof, hoe groter het resulterende valentie- of oxidatiegetal voor het metaal. Waarom? Omdat zuurstof steeds meer elektronen uit het metaal haalt, totdat het het hoogste oxidatiegetal bereikt.
Dit is bijvoorbeeld te zien bij koper. Wanneer een stuk metallisch koper reageert met een beperkte hoeveelheid zuurstof, wordt Cu gevormdtweeO (koper (I) oxide, koper (II) oxide of dicobre monoxide):
4Cu ('s) + Otwee(g) + Q (warmte) => 2CutweeO (s) (rode vaste stof)
Maar als het in equivalente hoeveelheden reageert, wordt CuO (koper (II) oxide, koperoxide of kopermonoxide) verkregen:
2Cu ('s) + Otwee(g) + Q (warmte) => 2CuO (s) (zwarte vaste stof)
Metaaloxiden kunnen worden gevormd door thermische ontleding. Om dit mogelijk te maken, moeten een of twee kleine moleculen worden vrijgemaakt uit de uitgangsverbinding (een zout of een hydroxide):
M (OH)twee + Q => MO + HtweeOF
MCO3 + Q => MO + COtwee
2 M (GEEN3twee + Q => MO + 4NOtwee + OFtwee
Merk op dat HtweeO, COtwee, NIETtwee metwee zijn de moleculen die vrijkomen.
Door de rijke samenstelling van metalen in de aardkorst en de zuurstof in de atmosfeer worden in veel mineralogische bronnen metaaloxiden aangetroffen, waaruit een solide basis kan worden verkregen voor de vervaardiging van nieuwe materialen..
Elk metaaloxide vindt heel specifieke toepassingen, van nutritioneel (ZnO en MgO) tot cementadditieven (CaO), of gewoon als anorganische pigmenten (CrtweeOF3.
Sommige oxiden zijn zo dicht dat gecontroleerde laaggroei een legering of metaal kan beschermen tegen verdere oxidatie. Studies hebben zelfs aangetoond dat de oxidatie van de beschermende laag doorgaat alsof het een vloeistof is die alle scheuren of oppervlakkige defecten van het metaal bedekt..
Metaaloxiden kunnen fascinerende structuren aannemen, hetzij als nanodeeltjes, hetzij als grote polymeeraggregaten..
Dit feit maakt ze het onderwerp van studies voor de synthese van intelligente materialen, vanwege hun grote oppervlak, dat wordt gebruikt om apparaten te ontwerpen die reageren op de minste fysieke stimulus..
Evenzo zijn metaaloxiden de grondstof voor veel technologische toepassingen, van spiegels en keramiek met unieke eigenschappen voor elektronische apparatuur tot zonnepanelen..
2Fe (s) + Otwee(g) => 2FeO (s) ijzer (II) oxide.
6FeO (s) + Otwee(g) => 2Fe3OF4magnetische ijzeroxide (n).
Geloof3OF4, ook bekend als magnetiet, het is een gemengd oxide; Dit betekent dat het bestaat uit een vast mengsel van FeO en FetweeOF3.
4Fe3OF4(s) + Otwee(g) => 6FetweeOF3ijzer (III) oxide (s).
Zowel alkalimetalen als aardalkalimetalen hebben slechts één oxidatiegetal, dus hun oxiden zijn 'eenvoudiger':
-NatweeO: natriumoxide.
-LitweeO: lithiumoxide.
-KtweeO: kaliumoxide.
-CaO: calciumoxide.
-MgO: magnesiumoxide.
-BeO: berylliumoxide (dat is een amfoteer oxide)
Elementen van groep IIIA (13) kunnen alleen oxiden vormen met een oxidatiegetal van +3. Ze hebben dus de chemische formule MtweeOF3 en zijn oxiden zijn de volgende:
-Naar detweeOF3: aluminiumoxide.
-GatweeOF3: galliumoxide.
-IntweeOF3: indiumoxide.
En tenslotte
-TltweeOF3: thalliumoxide.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.