Ossidi metallici

Aspetto di ossido metallico

Cosa sono gli ossidi metallici?

IL Ossidi metallici Sono composti inorganici formati da cationi metallici e ossigeno. Generalmente comprendono un vasto numero di solidi ionici, in cui l'anione dell'ossido (o^2-) interagire elettrostaticamente con le specie m⁺. In parole più semplici, sono i composti chimici che derivano dalla combinazione di un metallo con ossigeno.

M⁺ È, quindi, qualsiasi catione che deriva dal metallo puro: dai metalli alcalini e di transizione, ad eccezione di alcuni metalli nobili (come oro, platino e paladio), agli elementi più pesanti del blocco P del tavolo periodico (come il piombo e il piombo e bismuto).

Nell'immagine superiore viene mostrata una superficie di ferro coperta da crisi rossastri. Queste "crisi" sono ciò che è noto come ruggine o urine, che a loro volta rappresentano un test visivo dell'ossidazione dei metalli seguendo le condizioni del loro ambiente. Chimicamente, la ruggine è una miscela idratata di ossidi di ferro (III).

Perché l'ossidazione del metallo provoca il degrado della sua superficie? Ciò è dovuto all'incorporazione di ossigeno nella struttura cristallina del metallo.

Quando ciò accade, il volume del metallo aumenta e le interazioni originali sono indebolite, causando la rottura del solido. Allo stesso modo, queste crepe consentono a più molecole di ossigeno di penetrare negli strati di metallo interni, mangiando completamente il pezzo dall'interno.

Tuttavia, questo processo si verifica a velocità diverse e dipende dalla natura del metallo (la sua reattività) e dalle condizioni fisiche che lo circondano. Pertanto, ci sono fattori che accelerano o rallentano l'ossidazione del metallo; Due di loro sono la presenza di umidità e pH.

Perché? Perché l'ossidazione dei metalli per produrre un ossido metallico implica il trasferimento di elettroni. Questi "viaggi" da una sostanza chimica all'altra fintanto che l'ambiente lo facilita, sia dalla presenza di ioni (H⁺, N / a⁺, Mg²⁺, Cl^-, eccetera.), che modificano il pH o dalle molecole d'acqua che forniscono i mezzi di trasporto.

Analiticamente, la tendenza di un metallo per formare l'ossido corrispondente si riflette nei suoi potenziali di riduzione, che rivelano quale metallo reagisce più velocemente rispetto a un altro.

L'oro, ad esempio, ha un potenziale di riduzione molto maggiore del ferro, motivo per cui brilla con il suo caratteristico bagliore dorato senza un ossido che lo offre.

Proprietà degli ossidi di metallo

Le proprietà degli ossidi metallici variano in base al metallo e al modo in cui interagisce con l'anione o^2-. Ciò implica che alcuni ossidi hanno maggiori densità o solubilità in acqua rispetto ad altri. Tuttavia, tutti hanno in comune la natura metallica, che si riflette inevitabilmente nella loro basicità.

In altre parole: sono anche conosciuti come anidridi di base o ossidi di base.

Basicità

La basicità degli ossidi metallici può essere verificata sperimentalmente usando un indicatore a base di acido. COME? Aggiunta di un piccolo pezzo di ossido a una soluzione acquosa con un piccolo indicatore disciolto; Questo può essere il succo liquefatto della colorazione.

Avendo la gamma di colori a seconda del pH, l'ossido renderà il succo ai colori bluastri, corrispondente al pH di base (con valori tra 8 e 10). Questo perché la porzione disciolta dell'ossido di bue^- Nel mezzo, questi sono in detto esperimento i responsabili del cambiamento di pH.

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Pertanto, per un ossido di Mo solubilizzato in acqua, viene trasformato in idrossido metallico (un "ossido idratato") secondo le seguenti equazioni chimiche:

Mo + h₂O => m (oh)₂

M (OH)₂ M²⁺ + 2oh^-

La seconda equazione è l'equilibrio della solubilità dell'idrossido M (OH)₂. Si noti che il metallo ha un carico di 2+, il che significa anche che la sua valenza è +2. Il valencia metallica è direttamente correlato alla sua tendenza a guadagnare elettroni.

In questo modo, più è positivo il Valencia, maggiore è la sua acidità. Nel caso in cui M avesse Valencia di +7, quindi l'ossido M₂O₇ Sarebbe acido e non di base.

Anfoterismo

Gli ossidi metallici sono di base, tuttavia, non tutti hanno lo stesso carattere metallico. Come sapere? Posizionare il metallo M nella tavola periodica. Più a sinistra dello stesso, e nei periodi bassi, più metallico sarà e quindi più di base sarà il suo ossido.

Al confine tra ossidi di base e acidi (ossidi non metallici) sono ossidi di anfoteros. Qui la parola "anfoter" significa che l'ossido agisce tanto quanto una base e acido, che è uguale al fatto che nella soluzione acquosa può formare idrossido o complesso acquoso M (OH₂)₆²⁺.

Il complesso acquoso non è altro che il coordinamento di N Molecole d'acqua con il centro metallico m. Per il complesso m (oh₂)₆²⁺, Il metallo m²⁺ È circondato da sei molecole d'acqua e può essere considerato come un catione idratato. Molti di questi complessi manifestano un'intensa colorazione, come quelle osservate per rame e cobalto.

Nomenclatura degli ossidi di metallo

Esistono tre modi per nominare gli ossidi metallici: il tradizionale, sistematico e lo stock.

Nomenclatura tradizionale

Per nominare correttamente l'ossido metallico in base alle regole governate dall'IUPAC, è necessario conoscere le possibili validità del metallo m. Il più grande (il più positivo) è assegnato al nome del metallo il suffisso -ico, mentre il bambino, il prefisso -ooso.

Esempio: date le valenze +2 e +4 del metallo M, i loro ossidi corrispondenti sono Mo e Mo₂. Se m fosse piombo, Pb, allora PBO sarebbe ossido a piomboorso, e PBO₂ Ossido di PlúmbICO. Se il metallo ha un solo Valencia, si chiama ossido con il suffisso -ico. Quindi, na₂O è ossido di sodio.

D'altra parte, vengono aggiunti ipo- e per i prefissi quando sono disponibili tre o quattro valenze per il metallo. In questo modo, il MN₂O₇ È ossido perManganICO, Perché l'MN ha Valencia +7, il più grande di tutti.

Tuttavia, questo tipo di nomenclatura presenta alcune difficoltà ed è di solito il meno usato.

Nomenclatura sistematica

È considerato il numero di atomi di m e ossigeno che compongono la formula chimica dell'ossido. Da loro vengono assegnati i corrispondenti prefissi mono, di-, tri-, tetra-, ecc.

Prendendo come esempio i tre recenti ossidi metallici, il PBO è il monossido di piombo; Il PBO₂ biossido di piombo; e il na₂O Dysodio monossido. Nel caso della ruggine, fede₂O₃, Il suo rispettivo nome è il triossido di dihierro.

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Nomenclatura di stock

A differenza delle altre due nomenclature, in questo il valencia in metallo è più importante. Valencia è specificata dal numero romano tra parentesi: (i), (ii), (iii), (iv), ecc. L'ossido metallico viene quindi chiamato come ossido di metallo (N).

Applicando la nomenclatura delle azioni per gli esempi precedenti che hai:

-PBO: ossido di piombo (II).

-PBO₂: Ossido di piombo (IV).

-N / a₂O: ossido di sodio. Come ha fatto la valenza unica di +1, non è specificata.

-Fede₂O₃: Ossido di ferro (III).

-Mn₂O₇: ossido di manganese (VII).

Calcolo del numero di Valencia

Ma se non esiste una tavola periodica con valenze, come possono essere determinati? Per questo dobbiamo ricordare quell'anione o^2- Porta due carichi negativi sull'ossido metallico. Seguendo il principio di neutralità, queste cariche negative devono essere neutralizzate con il metallo positivo.

Pertanto, se il numero di ossigeno è noto per la formula chimica, il valencia metallico può essere determinato algebrico in modo che la somma delle cariche zero.

Il Mn₂O₇ Ha sette ossigeno, quindi i suoi carichi negativi sono uguali a 7x (-2) = -14. Per neutralizzare il carico negativo di -14, le mangane devono contribuire +14 (14-14 = 0). Alzare l'equazione matematica è quindi:

2x - 14 = 0

Il 2 viene dal fatto che ci sono due atomi di manganese. Risoluzione e compensazione X, il valencia in metallo:

X = 14/2 = 7

Vale a dire che ogni Mn ha Valencia di +7.

Come si formano gli ossidi di metallo?

L'umidità e il pH influenzano direttamente l'ossidazione dei metalli nei loro ossidi corrispondenti. La presenza di co₂, Ossido acido, può dissolvere abbastanza nell'acqua che copre il pezzo di metallo per accelerare l'incorporazione di ossigeno anionico nella struttura cristallina del metallo.

Questa reazione può anche essere accelerata con un aumento della temperatura, specialmente quando si desidera ottenere l'ossido in breve tempo.

Reazione diretta del metallo con ossigeno

Gli ossidi metallici sono formati come prodotto della reazione tra metallo e ossigeno circostante. Questo può essere rappresentato con l'equazione chimica di seguito:

2m (s) + o₂(g) => 2mo (s)

Questa reazione è lenta, poiché l'ossigeno ha un forte doppio legame o = O e il trasferimento elettronico tra esso e il metallo è inefficiente.

Tuttavia, accelera considerevolmente con un aumento della temperatura e della superficie. Ciò è dovuto al fatto che l'energia necessaria è fornita per rompere il doppio legame o = o e con un'area maggiore, l'ossigeno si muove uniformemente in tutto il metallo, scontrandosi allo stesso tempo con atomi di metallo.

Maggiore è la quantità di ossigeno reazionario, maggiore è il valencia o il numero di ossidazione risultante per il metallo. Perché? Perché l'ossigeno sta strappando sempre più elettroni al metallo, fino a raggiungere il numero di ossidazione più alto.

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Questo può essere visto per il rame, ad esempio. Quando un pezzo di rame in metallo reagisce con una quantità limitata di ossigeno, si forma Cu₂O (ossido di rame (I), dicobre Cupos o monossido:

4cu (s) + o₂(g) + Q (calore) => 2CU₂O (s) (solido rosso)

Ma quando reagisce in quantità equivalenti, si ottengono CUO (ossido di rame (II), ossido cuprico o monossido di rame):

2cu (s) + o₂(g) + q (calore) => 2cuo (s) (solido nero)

Reazione di sali di metallo con ossigeno

Gli ossidi metallici possono essere formati attraverso la decomposizione termica. Per essere possibile, una o due piccole molecole devono essere rilasciate dal composto iniziale (un sale o un idrossido):

M (OH)₂ + Q => Mo + H₂O

MCO₃ + Q => mo + co₂

2m (n₃)₂ + Q => mo + 4no₂ + O₂

Nota che h₂O, co₂, NO₂ IO₂ Sono le molecole rilasciate.

Usi di ossidi metallici

A causa della ricca composizione dei metalli della corteccia di terra e dell'ossigeno dell'atmosfera, gli ossidi di metallo si trovano in molte fonti mineralogiche, da cui è possibile ottenere una base solida per la produzione di nuovi materiali.

Ogni ossido metallico trova usi molto specifici, da nutrizionali (ZnO e MGO) agli additivi in ​​cemento (CAO) o semplicemente come pigmenti inorganici (CR₂O₃).

Alcuni ossidi sono così densi che la crescita controllata dei loro strati può proteggere una lega o un metallo dalle ossidazioni posteriori. Anche gli studi hanno rivelato che l'ossidazione dello strato protettivo continua come se fosse un liquido che copre tutte le superfici o difetti di metallo di superficie.

Gli ossidi metallici possono adottare strutture affascinanti, sia come nanoparticelle che come grandi aggregati polimerici.

Questo fatto li rende un oggetto di studio per la sintesi di materiali intelligenti, grazie alla loro grande area superficiale, che viene utilizzata per progettare dispositivi che rispondono allo stimolo fisico inferiore.

Allo stesso modo, gli ossidi di metallo sono la materia prima di molte applicazioni tecnologiche, da specchi e ceramiche con proprietà uniche per le apparecchiature elettroniche, ai pannelli solari.

Esempi di ossidi metallici

Ossidi di ferro

2fe (s) + o₂(g) => 2feo (s) Ossido di ferro (II).

6feo (s) + o₂(g) => 2fe₃O₄(S) Ossido di ferro magnetico.

Fede₃O₄, Conosciuto anche come magnetite, è un ossido misto; Ciò significa che consiste in una solida miscela di brutta e fede₂O₃.

4fe₃O₄(s) + o₂(g) => 6fe₂O₃(S) Ossido di ferro (III).

Ossidi alcalini e alcalini

Sia i metalli alcalini che alcalisti hanno un solo numero di ossidazione, quindi i loro ossidi sono più "semplici":

-N / a₂O: ossido di sodio.

-Li₂O: ossido di litio.

-K₂O: ossido di potassio.

-CAO: ossido di calcio.

-MGO: ossido di magnesio.

-Beeo: ossido di beryl (che è un ossido anfoterico).

Gruppo IIIA Ossidi (13)

Gli elementi del gruppo IIIA (13) possono formare ossidi solo con un numero di ossidazione di +3. Quindi, hanno una formula chimica M₂O₃ E i loro ossidi sono i seguenti:

-Al₂O₃: ossido di alluminio.

-Ga₂O₃: ossido di gallio.

-In₂O₃: Ossido indiano.

E infine:

-Tl₂O₃: Ossido di taleum.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Chimica (8a ed.). Cengage Learning, p 237.
2. Aloniformula. Metallo ossido. Tratto da: aloniformula.com
3. Regents of the University of Minnesota (2018). Caratteristiche acide-base del metallo e degli ossidi non metal. Tratto da: Chem.Umn.Edu