Metalloxide Eigenschaften, Nomenklatur, Anwendungen und Beispiele

Die Metalloxide sie sind anorganische Verbindungen, die durch metallische Kationen und Sauerstoff gebildet werden. Sie umfassen im Allgemeinen eine große Anzahl von ionischen Feststoffen, in denen das Oxidanion (O^2-) wechselwirkt elektrostatisch mit der M-Spezies⁺.

M⁺ dies ist jedes Kation, das sich von reinem Metall ableitet: von Alkali- und Übergangsmetallen, mit Ausnahme einiger Edelmetalle (wie Gold, Platin und Palladium), bis zu den schwereren Elementen des Blocks p des Periodensystems ( wie Blei und Wismut).

Das obere Bild zeigt eine Eisenoberfläche, die von rötlichen Krusten bedeckt ist. Diese "Krusten" sind sogenannter Rost oder Rost, die wiederum einen visuellen Test der Oxidation des Metalls aufgrund seiner Umweltbedingungen darstellen. Chemisch ist der Rost eine hydratisierte Mischung von Eisenoxiden (III).

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

Wenn dies geschieht, nimmt das Volumen des Metalls zu und die ursprünglichen Wechselwirkungen schwächen sich, wodurch der Feststoff zerfällt. Diese Risse lassen auch mehr Sauerstoffmoleküle in die inneren Metallschichten eindringen und das gesamte Stück von innen wegfressen.

Dieser Prozess findet jedoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten statt 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 die Anwesenheit von Feuchtigkeit und pH-Wert.

Warum? Weil die Oxidation des Metalls zur Herstellung eines Metalloxids einen Elektronentransfer beinhaltet. Diese "wandern" von einer chemischen Spezies zu einer anderen, solange das Medium sie erleichtert, entweder durch die Anwesenheit von Ionen (H⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-usw.), die den pH-Wert verändern, oder durch Wassermoleküle, die das Transportmittel bereitstellen.

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

Gold zum Beispiel hat ein viel größeres Reduktionspotential als Eisen, weshalb es mit seinem charakteristischen goldenen Glanz ohne ein Oxyd glänzt, das es verwischt.

Index

• 1 Eigenschaften von nichtmetallischen Oxiden
  • 1.1 Basizität
  • 1.2 Amphibien
• 2 Nomenklatur
  • 2.1 Traditionelle Nomenklatur
  • 2.2 Systematische Nomenklatur
  • 2.3 Bestandsnomenklatur
  • 2.4 Berechnung der Anzahl der Valenzen
• 3 Wie werden sie gebildet?
  • 3.1 Direkte Reaktion des Metalls mit Sauerstoff
  • 3.2 Reaktion von Metallsalzen mit Sauerstoff
• 4 Verwendet
• 5 Beispiele
  • 5.1 Eisenoxide
  • 5.2 Alkali- und Erdalkalioxide
  • 5.3 Oxide der Gruppe IIIA (13)
• 6 Referenzen

Eigenschaften von nichtmetallischen Oxiden

Die Eigenschaften von Metalloxiden variieren je nach Metall und wie es mit dem Anion O interagiert^2-. Dies führt zu einigen Oxiden mit höheren Dichten oder Löslichkeiten in Wasser als andere. Allen gemeinsam ist jedoch der metallische Charakter, der sich zwangsläufig in seiner Basizität widerspiegelt.

Mit anderen Worten: Sie werden auch als basische Anhydride oder basische Oxide bezeichnet.

Basizität

Die Basizität der Metalloxide kann experimentell durch Verwendung eines Säure-Base-Indikators überprüft werden. Wie? Hinzufügen eines kleinen Stücks des Oxids zu einer wässrigen Lösung mit etwas gelöstem Indikator; Dies kann der verflüssigte Saft von Rotkohl sein.

Wenn dann der Farbbereich abhängig vom pH-Wert ist, wird das Oxid den Saft in bläuliche Farben verwandeln, entsprechend dem basischen pH-Wert (mit Werten zwischen 8 und 10). Dies liegt daran, dass der gelöste Anteil des Oxids OH-Ionen freisetzt^- an die Umwelt, wobei diese im Experiment für die pH-Änderung verantwortlich sind.

Für ein MO-Oxid, das in Wasser solubilisiert ist, wird es somit in das Metallhydroxid (ein "hydratisiertes Oxid") gemäß den folgenden chemischen Gleichungen umgewandelt:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2 OH^-

Die zweite Gleichung ist das Löslichkeitsgleichgewicht von Hydroxid M ​​(OH)₂. Beachten Sie, dass das Metall eine 2+ Ladung hat, was auch bedeutet, dass seine Wertigkeit +2 ist. Die Wertigkeit des Metalls hängt direkt mit seiner Neigung zusammen, Elektronen zu gewinnen.

Je positiver die Wertigkeit, desto größer ist ihre Säure. In dem Fall, dass M eine Wertigkeit von +7 hatte, dann das M-Oxid₂O₇ Es wäre sauer und nicht basisch.

Anfoterismo

Metalloxide sind basisch, jedoch haben nicht alle den gleichen metallischen Charakter. Wie zu wissen? Lokalisieren des Metalls M im Periodensystem. Je mehr es links von ihm ist, und je niedriger es ist, desto metallischer wird es sein und desto grundlegender wird sein Oxid sein.

An der Grenze zwischen den basischen und sauren Oxiden (den nichtmetallischen Oxiden) liegen die amphoteren Oxide. Hier bedeutet das Wort "amphoter", dass das Oxid sowohl als Base als auch als Säure wirkt, was dasselbe ist wie in wässriger Lösung, die das Hydroxid oder den wässrigen Komplex M (OH) bilden kann₂)₆²⁺.

Der wässrige Komplex ist nichts anderes als die Koordination von n Wassermoleküle mit dem metallischen Zentrum 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 zeigen intensive Färbungen, wie sie für Kupfer und Kobalt beobachtet werden.

Nomenklatur

Wie werden Metalloxide benannt? Es gibt drei Wege, das zu tun: das Traditionelle, das Systematische und das Lager.

Traditionelle Nomenklatur

Um das Metalloxid korrekt nach den Regeln der IUPAC zu benennen, ist es notwendig, die möglichen Valenzen des Metalls M zu kennen. Der größte (der positivste) ist dem Metallnamen das Suffix -ico zugeordnet, während der Moll, das Präfix -oso.

Beispiel: Bei den Valenzen +2 und +4 des Metalls M sind die entsprechenden Oxide MO und MO₂. Wenn M Blei wäre, Pb, dann wäre PbO oxidisch lotrechtBär, und PbO₂ die Oxidpflaumeico. Wenn das Metall nur eine Valenz hat, heißt es sein Oxid mit dem Suffix -ico. Also, Na₂Oder ist das Natriumoxid.

Auf der anderen Seite werden die Hypo- und Per-Präfixe addiert, wenn für das Metall drei oder vier Valenzen verfügbar sind. Auf diese Weise wird das Mn₂O₇ es ist das Oxid perManganicoweil das Mn die höchste Wertigkeit von +7 hat.

Diese Art von Nomenklatur weist jedoch gewisse Schwierigkeiten auf und wird normalerweise am wenigsten verwendet.

Systematische Nomenklatur

Es berücksichtigt die Anzahl von M-Atomen und Sauerstoff, die die chemische Formel des Oxids ausmachen. Von ihnen werden ihm die entsprechenden Präfixe Mono-, Di-, Tri-, Tetra- etc. zugeordnet.

Nehmen wir die drei jüngsten Metalloxide als Beispiel, PbO ist Bleimonoxid; der PbO₂ Bleidioxid; und das Na₂Oder das Dinatriummonoxid. Für den Fall von Rost, Fe₂O₃Sein Name ist Dihierrotrioxid.

Stock-Nomenklatur

Im Gegensatz zu den anderen beiden Nomenklaturen hat hierbei die Wertigkeit des Metalls eine größere Bedeutung. Die Wertigkeit ist durch römische Ziffern in Klammern angegeben: (I), (II), (III), (IV) usw. Das Metalloxid wird dann als Metalloxid (n) bezeichnet.

Mit der Nomenklatur für die vorherigen Beispiele haben wir:

-PbO: Bleioxid (II).

-PbO₂: Bleioxid (IV).

-Na₂O: Natriumoxid. Da es eine eindeutige Wertigkeit von +1 hat, wird es nicht angegeben.

-Fe₂O₃: Eisenoxid (III).

-Mn₂O₇: Manganoxid (VII).

Berechnung der Anzahl der Valenzen

Aber, wenn Sie kein Periodensystem mit den Valenzen haben, wie können sie bestimmt werden? Dazu müssen wir uns daran erinnern, dass das Anion O^2- es trägt zwei negative Ladungen zu dem Metalloxid bei. Nach dem Prinzip der Neutralität müssen diese negativen Ladungen mit den positiven des Metalls neutralisiert werden.

Wenn die Anzahl der Sauerstoffe durch die chemische Formel bekannt ist, kann daher die Wertigkeit des Metalls algebraisch bestimmt werden, so dass die Summe der Ladungen Null ist.

Das Mn₂O₇ hat sieben Sauerstoffatome, dann sind seine negativen Ladungen gleich 7x (-2) = -14. Um die negative Ladung von -14 zu neutralisieren, muss Mangan +14 (14-14 = 0) liefern. Die mathematische Gleichung ist dann:

2X - 14 = 0

Die 2 kommt von der Tatsache, dass es zwei Manganatome gibt. Lösen und löschen X, die Wertigkeit des Metalls:

X = 14/2 = 7

Das heißt, jedes Mn hat eine Wertigkeit von +7.

Wie sind sie gebildet?

Feuchtigkeit und pH beeinflussen direkt die Oxidation von Metallen in ihren entsprechenden Oxiden. Die Anwesenheit von CO₂B. saures Oxid, kann in dem Wasser, das das Metallstück bedeckt, ausreichend gelöst werden, um den Einbau von Sauerstoff in anionischer Form in die Kristallstruktur des Metalls zu beschleunigen.

Diese Reaktion kann auch mit einer Erhöhung der Temperatur beschleunigt werden, insbesondere wenn es erwünscht ist, das Oxid in kurzer Zeit zu erhalten.

Direkte Reaktion des Metalls mit Sauerstoff

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

2 M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Diese Reaktion ist langsam, da Sauerstoff eine starke doppelte O = O-Bindung aufweist und der elektronische Transfer zwischen ihm und dem Metall ineffizient ist.

Es beschleunigt jedoch erheblich mit einer Zunahme der Temperatur und der Oberfläche. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Energie bereitgestellt wird, die notwendig ist, um die O = O-Doppelbindung aufzubrechen, und da es mehr Fläche gibt, bewegt sich der Sauerstoff gleichmäßig durch das Metall und kollidiert gleichzeitig mit den Metallatomen.

Je größer die Menge an Sauerstoffreaktant ist, desto größer ist die Valenz- oder Oxidationszahl, die für das Metall resultiert. Warum? Weil Sauerstoff mehr und mehr Elektronen aus dem Metall reißt, bis es die höchste Oxidationszahl erreicht.

Dies ist beispielsweise für Kupfer zu sehen. Wenn ein Stück metallisches Kupfer mit einer begrenzten Menge an Sauerstoff reagiert, wird Cu gebildet₂O (Kupferoxid (I), Kupfer (I) -oxid oder Dicobromoxid):

4 Cu (s) + O₂(g) + Q (Wärme) => 2Cu₂O (s) (roter Feststoff)

Wenn es jedoch in äquivalenten Mengen reagiert, wird CuO (Kupferoxid (II), Kupferoxid oder Kupfermonoxid) erhalten:

2Cu (s) + O₂(g) + Q (Wärme) => 2CuO (s) (durchgehend schwarz)

Reaktion von Metallsalzen mit Sauerstoff

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

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NR₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Beachten Sie, dass H₂O, CO₂, NEIN₂ und O₂ Sie sind die freigesetzten Moleküle.

Verwendet

Aufgrund der reichen Zusammensetzung von Metallen in der Erdkruste und des Sauerstoffs in der Atmosphäre sind Metalloxide in vielen mineralogischen Quellen zu finden, aus denen eine feste Basis für die Herstellung neuer Materialien gewonnen werden kann.

Jedes Metalloxid findet sehr spezifische Anwendungen, von Nährstoffen (ZnO und MgO) bis hin zu Zementadditiven (CaO) oder einfach als anorganische Pigmente (Cr).₂O₃).

Einige Oxide sind so dicht, dass das kontrollierte Wachstum ihrer Schichten eine Legierung oder ein Metall vor weiterer Oxidation schützen kann. Selbst Untersuchungen haben ergeben, dass die Oxidation der Schutzschicht so abläuft, als wäre sie eine Flüssigkeit, die alle Risse oder oberflächlichen Defekte des Metalls abdeckt.

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

Diese Tatsache macht sie zum Gegenstand von Studien für die Synthese intelligenter Materialien aufgrund ihrer großen Oberfläche, die verwendet wird, um Geräte zu konstruieren, die auf den geringsten physikalischen Reiz reagieren.

Ebenso sind Metalloxide der Rohstoff für viele technologische Anwendungen, von Spiegeln und Keramiken mit einzigartigen Eigenschaften für elektronische Geräte bis hin zu Solarzellen.

Beispiele

Eisenoxide

2 Fe (s) + O₂(g) => 2 FeO (s) Eisenoxid (II).

6 Fe (s) + O₂(g) => 2 Fe₃O₄(s) Magnetisches Eisenoxid.

Der Glaube₃O₄, auch bekannt als Magnetit, ist ein Mischoxid; das bedeutet, dass es aus einer festen Mischung von FeO und Fe besteht₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6 Fe₂O₃(s) Eisenoxid (III).

Alkali- und Erdalkalioxide

Sowohl die Alkali- als auch die Erdalkalimetalle haben eine einzige Oxidationszahl, daher sind ihre Oxide "einfacher":

-Na₂O: Natriumoxid.

-Li₂O: Lithiumoxid.

-K₂O: Kaliumoxid.

-CaO: Calciumoxid.

-MgO: Magnesiumoxid.

-BeO: Berylliumoxid (welches ein amphoteres Oxid ist)

Oxide der Gruppe IIIA (13)

Die Elemente der Gruppe IIIA (13) können Oxide nur mit einer Oxidationszahl von +3 bilden. Daher haben sie eine chemische Formel M₂O₃ und seine Oxide sind die folgenden:

-Al₂O₃: Aluminiumoxid.

-Ga₂O₃: Galliumoxid.

-In₂O₃: Indiumoxid.

Und schließlich

-Tl₂O₃: Thalliumoxid.

Referenzen

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