Plik tlenki metali Są to związki nieorganiczne złożone z kationów metali i tlenu. Zwykle zawierają ogromną liczbę jonowych ciał stałych, w których anion tlenkowy (Odwa-) oddziałuje elektrostatycznie z gatunkiem M+.
M+ Każdy kation pochodzący z czystego metalu wygląda następująco: od metali alkalicznych i przejściowych, z wyjątkiem niektórych metali szlachetnych (takich jak złoto, platyna i pallad), do najcięższych elementów bloku p układu okresowego pierwiastków (np. ołów i bizmut).
Zdjęcie powyżej pokazuje żelazną powierzchnię pokrytą czerwonawą skórką. Te „strupy” to tak zwana rdza lub rdza, które z kolei stanowią wizualny dowód utleniania metalu w wyniku warunków panujących w jego otoczeniu. Chemicznie rdza jest uwodnioną mieszaniną tlenków żelaza (III).
Dlaczego utlenianie metalu prowadzi do degradacji jego powierzchni? Wynika to z włączenia tlenu do struktury krystalicznej metalu..
Kiedy tak się dzieje, objętość metalu wzrasta, a pierwotne interakcje słabną, powodując pęknięcie ciała stałego. Podobnie, te pęknięcia pozwalają większej ilości cząsteczek tlenu na penetrację wewnętrznych warstw metalicznych, całkowicie zjadając element od wewnątrz..
Jednak proces ten zachodzi z różnymi prędkościami i zależy od natury metalu (jego reaktywności) i warunków fizycznych, które go otaczają. Dlatego istnieją czynniki, które przyspieszają lub spowalniają utlenianie metalu; dwa z nich to obecność wilgoci i pH.
Dlaczego? Ponieważ utlenianie metalu w celu wytworzenia tlenku metalu wiąże się z przenoszeniem elektronów. Te „przemieszczają się” od jednego gatunku chemicznego do drugiego, o ile pozwala na to środowisko, albo przez obecność jonów (H+, Na+, Mgdwa+, Cl-, itp.), które modyfikują pH lub przez cząsteczki wody, które zapewniają medium transportowe.
Z analitycznego punktu widzenia skłonność metalu do tworzenia odpowiedniego tlenku znajduje odzwierciedlenie w jego potencjałach redukcyjnych, które pokazują, który metal reaguje szybciej w porównaniu z innym..
Na przykład złoto ma znacznie większy potencjał redukcyjny niż żelazo, dlatego świeci charakterystycznym złotym blaskiem bez tlenku, który go matuje..
Indeks artykułów
Właściwości tlenków metali różnią się w zależności od metalu i jego interakcji z anionem O.dwa-. Oznacza to, że niektóre tlenki mają wyższą gęstość lub rozpuszczalność w wodzie niż inne. Jednak wszystkie mają wspólny metaliczny charakter, który nieuchronnie znajduje odzwierciedlenie w jego zasadowości..
Innymi słowy: znane są również jako zasadowe bezwodniki lub zasadowe tlenki.
Zasadowość tlenków metali można zbadać eksperymentalnie przy użyciu wskaźnika kwasowo-zasadowego. W jaki sposób? Dodanie małego kawałka tlenku do wodnego roztworu z pewnym rozpuszczonym wskaźnikiem; może to być płynny sok z kapusty purpurowej.
Mając wtedy gamę kolorów zależną od pH, tlenek zmieni kolor soku na niebieskawe, odpowiadające zasadowemu pH (o wartościach od 8 do 10). Dzieje się tak, ponieważ rozpuszczona część tlenku uwalnia jony OH.- do pożywki, będąc tymi we wspomnianym eksperymencie odpowiedzialnymi za zmianę pH.
W związku z tym tlenek MO, który jest rozpuszczany w wodzie, przekształca się w wodorotlenek metalu („uwodniony tlenek”) zgodnie z następującymi równaniami chemicznymi:
MO + HdwaO => M (OH)dwa
M (OH)dwa <=> Mdwa+ + 2OH-
Drugie równanie to równowaga rozpuszczalności wodorotlenku M (OH)dwa. Zauważ, że metal ma ładunek 2+, co oznacza również, że jego wartościowość wynosi +2. Wartościowość metalu jest bezpośrednio związana z jego tendencją do pozyskiwania elektronów.
W ten sposób im bardziej dodatnia wartościowość, tym wyższa jego kwasowość. W przypadku, gdy M ma wartościowość +7, to tlenek MdwaLUB7 byłby kwaśny, a nie zasadowy.
Tlenki metali są podstawowymi, jednak nie wszystkie mają ten sam metaliczny charakter. Skąd wiesz? Lokalizowanie metalowego M w układzie okresowym pierwiastków. Im dalej jesteś na lewo od niego iw niskich okresach, tym bardziej będzie metaliczny, a zatem tym bardziej podstawowy będzie twój tlenek..
Na pograniczu tlenków zasadowych i kwaśnych (niemetalicznych) znajdują się tlenki amfoteryczne. Tutaj słowo `` amfoteryczny '' oznacza, że tlenek działa zarówno jako zasada, jak i kwas, czyli tak samo, jak w roztworze wodnym może tworzyć wodorotlenek lub wodny kompleks M (OHdwa)6dwa+.
Wodny kompleks to nic innego jak koordynacja n cząsteczki wody z metalowym centrum M. Dla kompleksu M (OHdwa)6dwa+, metalowy Mdwa+ jest otoczony przez sześć cząsteczek wody i można go traktować jako uwodniony kation. Wiele z tych kompleksów wykazuje intensywne zabarwienia, takie jak te obserwowane w przypadku miedzi i kobaltu.
Jak nazywa się tlenki metali? Można to zrobić na trzy sposoby: tradycyjny, systematyczny i magazynowy.
Aby poprawnie nazwać tlenek metalu zgodnie z regułami regulowanymi przez IUPAC, konieczne jest poznanie możliwych wartościowości metalu M.Największy (najbardziej pozytywny) ma przyrostek -ico do nazwy metalu, a drugorzędny, przedrostek -oso.
Przykład: biorąc pod uwagę wartościowości +2 i +4 metalu M, odpowiadające mu tlenki to MO i MOdwa. Gdyby M oznaczało ołów, Pb, to PbO byłby tlenkiem ołowiuNiedźwiedź, i PbOdwa tlenek ołowiui co. Jeśli metal ma tylko jedną wartościowość, jego tlenek jest nazywany przyrostkiem -ico. Więc, NadwaCzy jest to tlenek sodu.
Z drugiej strony przedrostki hypo- i per- są dodawane, gdy dla metalu dostępne są trzy lub cztery wartościowości. W ten sposób MndwaLUB7 to rdza zamangani co, ponieważ Mn ma wartościowość +7, najwyższą ze wszystkich.
Jednak ten rodzaj nazewnictwa stwarza pewne trudności i jest zwykle najmniej stosowany.
Bierze pod uwagę liczbę atomów M i tlenu, które składają się na wzór chemiczny tlenku. Od nich przypisuje się odpowiednie przedrostki mono-, di-, tri-, tetra- itp..
Biorąc za przykład trzy najnowsze tlenki metali, PbO to tlenek ołowiu; PbOdwa dwutlenek ołowiu; i NadwaAlbo tlenek disodu. W przypadku rdzy FedwaLUB3, jego odpowiednia nazwa to trójtlenek dihierro.
W przeciwieństwie do dwóch pozostałych nomenklatur, w tej nomenklaturze ważniejsza jest wartościowość metalu. Walencję określają cyfry rzymskie w nawiasach: (I), (II), (III), (IV) itd. Tlenek metalu jest następnie nazywany tlenkiem metalu (n).
Stosując nazewnictwo zapasów w poprzednich przykładach, mamy:
-PbO: tlenek ołowiu (II).
-PbOdwa: tlenek ołowiu (IV).
-NadwaO: tlenek sodu. Ponieważ ma unikalną wartościowość +1, nie jest określony.
-WiaradwaLUB3: tlenek żelaza (III).
-MndwaLUB7: tlenek manganu (VII).
Ale jeśli nie masz układu okresowego z wartościowościami, jak możesz je określić? W tym celu należy pamiętać, że anion Odwa- dodaje dwa ładunki ujemne do tlenku metalu. Zgodnie z zasadą neutralności te ujemne ładunki należy zneutralizować dodatnimi ładunkami metalu.
Dlatego, jeśli liczba atomów tlenu jest znana ze wzoru chemicznego, wartościowość metalu można określić algebraicznie, tak że suma ładunków daje zero.
MndwaLUB7 ma siedem atomów tlenu, więc jego ładunki ujemne są równe 7x (-2) = -14. Aby zneutralizować ujemny ładunek -14, mangan musi dać +14 (14-14 = 0). Podnosząc równanie matematyczne mamy zatem:
2X - 14 = 0
2 pochodzi z faktu, że istnieją dwa atomy manganu. Rozwiązywanie i rozwiązywanie dla X, wartościowości metalu:
X = 14/2 = 7
Innymi słowy, każda Mn ma wartościowość +7.
Wilgoć i pH bezpośrednio wpływają na utlenianie metali do odpowiadających im tlenków. Obecność COdwa, kwaśny tlenek, może być wystarczająco rozpuszczony w wodzie pokrywającej część metalową, aby przyspieszyć włączanie tlenu w postaci anionowej do struktury krystalicznej metalu.
Reakcję tę można również przyspieszyć wraz ze wzrostem temperatury, zwłaszcza gdy chce się otrzymać tlenek w krótkim czasie..
Tlenki metali powstają jako produkt reakcji między metalem a otaczającym tlenem. Można to przedstawić za pomocą poniższego równania chemicznego:
2 M (s) + Odwa(g) => 2MO (s)
Ta reakcja jest powolna, ponieważ tlen ma silne wiązanie podwójne O = O, a transfer elektroniczny między nim a metalem jest nieefektywny..
Jednak znacznie przyspiesza wraz ze wzrostem temperatury i pola powierzchni. Wynika to z faktu, że dostarczana jest energia niezbędna do zerwania podwójnego wiązania O = O, a ponieważ jest większy obszar, tlen przemieszcza się równomiernie w całym metalu, zderzając się w tym samym czasie z atomami metalu..
Im większa ilość reagującego tlenu, tym większa wynikająca wartość wartościowości lub stopnia utlenienia metalu. Dlaczego? Ponieważ tlen pobiera z metalu coraz więcej elektronów, aż osiągnie najwyższy stopień utlenienia.
Widać to na przykład w przypadku miedzi. Kiedy kawałek metalicznej miedzi reaguje z ograniczoną ilością tlenu, tworzy się CudwaO (tlenek miedzi (I), tlenek miedziawy lub tlenek dikobru):
4Cu (s) + Odwa(g) + Q (ciepło) => 2CudwaO (s) (czerwone ciało stałe)
Ale gdy reaguje w równoważnych ilościach, otrzymuje się CuO (tlenek miedzi (II), tlenek miedziowy lub tlenek miedzi):
2 Cu (s) + Odwa(g) + Q (ciepło) => 2CuO (s) (czarne ciało stałe)
Tlenki metali mogą powstawać w wyniku rozkładu termicznego. Aby było to możliwe, ze związku wyjściowego (soli lub wodorotlenku) należy uwolnić jedną lub dwie małe cząsteczki:
M (OH)dwa + Q => MO + HdwaLUB
MCO3 + Q => MO + COdwa
2 M (NIE3)dwa + Q => MO + 4NOdwa + LUBdwa
Zwróć uwagę, że H.dwaO, COdwa, NIEdwa mniedwa to uwolnione cząsteczki.
Ze względu na bogaty skład metali w skorupie ziemskiej oraz tlenu w atmosferze, tlenki metali znajdują się w wielu źródłach mineralogicznych, z których można uzyskać solidną podstawę do produkcji nowych materiałów..
Każdy tlenek metalu ma bardzo specyficzne zastosowania, od odżywczych (ZnO i MgO) po dodatki do cementu (CaO) lub po prostu jako pigmenty nieorganiczne (CrdwaLUB3).
Niektóre tlenki są tak gęste, że kontrolowany wzrost warstwy może chronić stop lub metal przed dalszym utlenianiem. Badania wykazały nawet, że utlenianie warstwy ochronnej trwa tak, jakby była to ciecz, która pokrywa wszystkie pęknięcia lub powierzchowne wady metalu..
Tlenki metali mogą przybierać fascynujące struktury, w postaci nanocząstek lub dużych agregatów polimerowych..
Fakt ten sprawia, że są one przedmiotem badań nad syntezą materiałów inteligentnych, ze względu na ich dużą powierzchnię, na której projektuje się urządzenia reagujące na najmniejszy bodziec fizyczny..
Podobnie tlenki metali są surowcem do wielu zastosowań technologicznych, od luster i ceramiki o wyjątkowych właściwościach do sprzętu elektronicznego po panele słoneczne..
2Fe (s) + Odwa(g) => 2FeO (s) tlenek żelaza (II).
6FeO (s) + Odwa(g) => 2Fe3LUB4magnetyczny (e) tlenek (y) żelaza.
Wiara3LUB4, znany również jako magnetyt, jest tlenkiem mieszanym; Oznacza to, że składa się ze stałej mieszaniny FeO i FedwaLUB3.
4Fe3LUB4(s) + Odwa(g) => 6FedwaLUB3tlenek (y) żelaza (III).
Zarówno metale alkaliczne, jak i metale ziem alkalicznych mają tylko jeden stopień utlenienia, więc ich tlenki są bardziej „proste”:
-NadwaO: tlenek sodu.
-LidwaO: tlenek litu.
-K.dwaO: tlenek potasu.
-CaO: tlenek wapnia.
-MgO: tlenek magnezu.
-BeO: tlenek berylu (który jest tlenkiem amfoterycznym)
Pierwiastki z grupy IIIA (13) mogą tworzyć tlenki tylko o stopniu utlenienia +3. Zatem mają wzór chemiczny M.dwaLUB3 a jego tlenki są następujące:
-DodwaLUB3: tlenek glinu.
-GadwaLUB3: tlenek galu.
-WdwaLUB3: tlenek indu.
I w końcu
-TldwaLUB3: tlenek talu.
Jeszcze bez komentarzy