Tính chất oxit kim loại, danh pháp, cách sử dụng và ví dụ

các oxit kim loại chúng là các hợp chất vô cơ được hình thành bởi các cation kim loại và oxy. Chúng thường chứa một lượng lớn chất rắn ion, trong đó anion oxit (O^2-) tương tác tĩnh điện với loài M⁺.

M⁺ đây là bất kỳ cation nào có nguồn gốc từ kim loại nguyên chất: từ kim loại kiềm và kim loại chuyển tiếp, ngoại trừ một số kim loại quý (như vàng, bạch kim và palađi), đến các nguyên tố nặng hơn của khối p của bảng tuần hoàn ( như chì và bismuth).

Hình trên cho thấy một bề mặt sắt được bao phủ bởi lớp vỏ màu đỏ. Những "lớp vỏ" này là những gì được gọi là rỉ sét hoặc rỉ sét, lần lượt đại diện cho một thử nghiệm trực quan về quá trình oxy hóa của kim loại do các điều kiện của môi trường của nó. Về mặt hóa học, rỉ sét là hỗn hợp ngậm nước của các oxit sắt (III).

Tại sao quá trình oxy hóa kim loại dẫn đến sự xuống cấp của bề mặt của nó? Điều này là do sự kết hợp của oxy trong cấu trúc tinh thể của kim loại.

Khi điều này xảy ra, khối lượng của kim loại tăng lên và các tương tác ban đầu yếu đi, làm cho chất rắn bị phá vỡ. Ngoài ra, các vết nứt này cho phép nhiều phân tử oxy hơn thâm nhập vào các lớp kim loại bên trong, ăn mòn toàn bộ mảnh từ bên trong..

Tuy nhiên, quá trình này xảy ra ở các tốc độ khác nhau và phụ thuộc vào bản chất của kim loại (độ phản ứng của nó) và các điều kiện vật lý bao quanh nó. Do đó, có những yếu tố làm tăng tốc hoặc làm chậm quá trình oxy hóa của kim loại; hai trong số đó là sự hiện diện của độ ẩm và pH.

Tại sao? Bởi vì quá trình oxy hóa kim loại để tạo ra oxit kim loại ngụ ý sự chuyển điện tử. Sự "di chuyển" từ loài hóa học này sang loài khác miễn là môi trường tạo điều kiện cho nó, hoặc bằng sự hiện diện của các ion (H⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, v.v.), điều chỉnh độ pH hoặc bởi các phân tử nước cung cấp phương tiện vận chuyển.

Về mặt phân tích, xu hướng kim loại tạo thành oxit tương ứng được phản ánh trong các thế khử của nó, cho thấy kim loại nào phản ứng nhanh hơn so với kim loại khác.

Vàng, ví dụ, có khả năng khử lớn hơn nhiều so với sắt, đó là lý do tại sao nó tỏa sáng với ánh sáng vàng đặc trưng mà không có oxit làm mờ nó..

Chỉ số

• 1 Tính chất của oxit phi kim
  • 1.1 Cơ bản
  • 1.2 lưỡng tính
• 2 danh pháp
  • 2.1 Danh pháp truyền thống
  • 2.2 Danh pháp hệ thống
  • 2.3 Danh pháp chứng khoán
  • 2.4 Tính toán số hóa trị
• 3 Chúng được hình thành như thế nào?
  • 3.1 Phản ứng trực tiếp của kim loại với oxy
  • 3.2 Phản ứng của muối kim loại với oxy
• 4 công dụng
• 5 ví dụ
  • 5.1 Ôxít sắt
  • 5.2 Ôxit kiềm và kiềm thổ
  • 5.3 Ôxit nhóm IIIA (13)
• 6 tài liệu tham khảo

Tính chất của oxit phi kim

Tính chất của oxit kim loại thay đổi tùy theo kim loại và cách nó tương tác với anion O^2-. Điều này đòi hỏi rằng một số oxit có mật độ hoặc độ hòa tan trong nước cao hơn những loại khác. Tuy nhiên, tất cả đều có điểm chung là tính chất kim loại, điều này chắc chắn được phản ánh trong tính cơ bản của nó.

Nói cách khác: chúng còn được gọi là anhydrid cơ bản hoặc oxit cơ bản.

Cơ bản

Tính cơ bản của các oxit kim loại có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng chất chỉ thị axit-bazơ. Thế nào? Thêm một mẩu oxit nhỏ vào dung dịch nước với một số chỉ thị hòa tan; đây có thể là nước ép hóa lỏng của bắp cải tím.

Khi đó phạm vi màu tùy thuộc vào độ pH, oxit sẽ biến nước ép thành màu hơi xanh, tương ứng với độ pH cơ bản (với các giá trị trong khoảng từ 8 đến 10). Điều này là do phần oxit hòa tan giải phóng các ion OH^- đối với môi trường, là những điều này trong thí nghiệm chịu trách nhiệm cho sự thay đổi độ pH.

Do đó, đối với một oxit MO được hòa tan trong nước, nó được chuyển thành hydroxit kim loại (một "oxit hydrat hóa") theo các phương trình hóa học sau:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2 giờ^-

Phương trình thứ hai là cân bằng độ hòa tan của hydroxit M (OH)₂. Lưu ý rằng kim loại có điện tích 2+, điều đó cũng có nghĩa là hóa trị của nó là +2. Hóa trị của kim loại liên quan trực tiếp đến xu hướng thu được electron.

Theo cách này, hóa trị càng tích cực thì độ axit của nó càng lớn. Trong trường hợp M có hóa trị là +7, thì oxit M₂Ôi₇ Nó sẽ có tính axit và không cơ bản.

Anfoterismo

Các oxit kim loại là cơ bản, tuy nhiên, không phải tất cả đều có cùng tính chất kim loại. Làm sao để biết? Xác định vị trí kim loại M trong bảng tuần hoàn. Nó càng ở bên trái của nó, và trong các thời kỳ thấp hơn, nó sẽ càng có nhiều kim loại và do đó oxit của nó sẽ càng cơ bản hơn.

Ở biên giới giữa các oxit cơ bản và axit (các oxit phi kim loại) là các oxit lưỡng tính. Ở đây, từ 'amphoteric' có nghĩa là oxit hoạt động cả dưới dạng bazơ và axit, giống như trong dung dịch nước, nó có thể tạo thành hydroxit hoặc phức chất nước M (OH₂)₆²⁺.

Sự phức tạp của nước không gì khác hơn là sự phối hợp của n phân tử nước có tâm kim loại M. Cho phức M (OH₂)₆²⁺, kim loại M²⁺ Nó được bao quanh bởi sáu phân tử nước, và có thể được coi là một cation ngậm nước. Nhiều trong số các phức hợp này biểu hiện màu sắc mãnh liệt, chẳng hạn như những phức hợp được quan sát cho đồng và coban.

Danh pháp

Các oxit kim loại được đặt tên như thế nào? Có ba cách để làm điều đó: truyền thống, hệ thống và chứng khoán.

Danh pháp truyền thống

Để đặt tên chính xác cho oxit kim loại theo các quy tắc do IUPAC quản lý, cần phải biết các giá trị có thể có của kim loại M. Số lớn nhất (dương nhất) được gán cho tên kim loại là hậu tố -ico, trong khi nhỏ, tiền tố -oso.

Ví dụ: với các giá trị +2 và +4 của kim loại M, các oxit tương ứng của nó là MO và MO₂. Nếu M là chì, Pb, thì PbO sẽ là oxit plumbchịu, và PbO₂ mận oxitico. Nếu kim loại chỉ có một hóa trị, nó được đặt tên là oxit của nó với hậu tố -ico. Vì vậy, Na₂Hoặc là natri oxit.

Mặt khác, các tiền tố và tiền tố được thêm vào khi có ba hoặc bốn giá trị có sẵn cho kim loại. Theo cách này, Mn₂Ôi₇ đó là oxit mỗimanganico, bởi vì Mn có hóa trị +7, cao nhất trong tất cả.

Tuy nhiên, loại danh pháp này có những khó khăn nhất định và thường được sử dụng ít nhất.

Danh pháp hệ thống

Nó xem xét số lượng nguyên tử M và oxy tạo thành công thức hóa học của oxit. Từ chúng, nó được gán các tiền tố tương ứng mono-, di-, tri-, tetra-, v.v..

Lấy ba oxit kim loại gần đây làm ví dụ, PbO là chì monoxide; PbO₂ chì điôxít; và Na₂Hoặc disodium monoxide. Đối với trường hợp rỉ sét, Fe₂Ôi₃, tên tương ứng của nó là trioxide của dihierro.

Danh pháp chứng khoán

Không giống như hai danh pháp khác, trong đó hóa trị của kim loại có tầm quan trọng lớn hơn. Hóa trị được chỉ định bằng chữ số La Mã trong ngoặc đơn: (I), (II), (III), (IV), v.v. Oxit kim loại sau đó được đặt tên là oxit kim loại (n).

Áp dụng danh pháp chứng khoán cho các ví dụ trước chúng ta có:

-PbO: oxit chì (II).

-PbO₂: oxit chì (IV).

-Na₂O: oxit natri. Vì nó có hóa trị duy nhất là +1, nên nó không được chỉ định.

-Đức tin₂Ôi₃: oxit sắt (III).

-Mn₂Ôi₇: oxit mangan (VII).

Tính toán số hóa trị

Nhưng, nếu bạn không có bảng tuần hoàn với các giá trị, làm thế nào bạn có thể xác định chúng? Đối với điều này, chúng ta phải nhớ rằng anion O^2- nó đóng góp hai điện tích âm cho oxit kim loại. Theo nguyên tắc trung tính, các điện tích âm này phải được trung hòa với các điện tích dương của kim loại.

Do đó, nếu số lượng oxy được biết theo công thức hóa học, hóa trị của kim loại có thể được xác định theo đại số để tổng các điện tích bằng không.

Mn₂Ôi₇ có bảy oxygens, thì điện tích âm của nó bằng 7x (-2) = -14. Để trung hòa điện tích âm của -14, mangan phải cung cấp +14 (14-14 = 0). Đặt phương trình toán học là:

2X - 14 = 0

Cả hai xuất phát từ thực tế là có hai nguyên tử mangan. Giải và xóa X, hóa trị của kim loại:

X = 14/2 = 7

Điều đó có nghĩa là mỗi Mn có hóa trị là +7.

Chúng được hình thành như thế nào?

Độ ẩm và pH ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình oxy hóa kim loại trong các oxit tương ứng của chúng. Sự hiện diện của CO₂, Oxit axit, có thể được hòa tan đủ trong nước bao phủ phần kim loại để tăng tốc độ kết hợp oxy ở dạng anion với cấu trúc tinh thể của kim loại.

Phản ứng này cũng có thể được tăng tốc khi tăng nhiệt độ, đặc biệt là khi muốn thu được oxit trong thời gian ngắn.

Phản ứng trực tiếp của kim loại với oxy

Các oxit kim loại được hình thành như một sản phẩm của phản ứng giữa kim loại và oxy xung quanh. Điều này có thể được biểu diễn với phương trình hóa học dưới đây:

2M (s) + O₂(g) => 2MO

Phản ứng này diễn ra chậm, vì oxy có liên kết O = O mạnh gấp đôi và sự chuyển điện tử giữa nó và kim loại không hiệu quả.

Tuy nhiên, nó tăng tốc đáng kể với sự gia tăng nhiệt độ và diện tích bề mặt. Điều này là do thực tế là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đôi O = O được cung cấp và khi có diện tích lớn hơn, oxy di chuyển đồng đều khắp kim loại, va chạm cùng lúc với các nguyên tử kim loại.

Lượng chất phản ứng oxy càng lớn, hóa trị hoặc số oxy hóa tạo ra cho kim loại càng lớn. Tại sao? Bởi vì oxy đang cướp ngày càng nhiều electron từ kim loại, cho đến khi nó đạt số oxi hóa cao nhất.

Điều này có thể được nhìn thấy cho đồng, ví dụ. Khi một mảnh đồng kim loại phản ứng với một lượng oxy Cu hạn chế được hình thành₂O (oxit đồng (I), oxit cuppy hoặc dicobre monoxide):

4u + s₂(g) + Q (nhiệt) => 2Cu₂O (s) (chất rắn màu đỏ)

Nhưng khi nó phản ứng với số lượng tương đương, CuO (đồng oxit (II), oxit cupric hoặc đồng monoxide) thu được:

2Cu (s) + O₂(g) + Q (nhiệt) => 2CuO (s) (đen đặc)

Phản ứng của muối kim loại với oxy

Các oxit kim loại có thể được hình thành thông qua phân hủy nhiệt. Để có thể, một hoặc hai phân tử nhỏ phải được giải phóng khỏi hợp chất ban đầu (một muối hoặc hydroxit):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂Ôi

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2 triệu (KHÔNG₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + Ôi₂

Lưu ý rằng H₂Ô, CO₂, KHÔNG₂ và O₂ là các phân tử được phát hành.

Công dụng

Do thành phần phong phú của kim loại trong vỏ trái đất và oxy trong khí quyển, các oxit kim loại được tìm thấy trong nhiều nguồn khoáng vật học, từ đó có thể thu được một cơ sở rắn để sản xuất vật liệu mới.

Mỗi oxit kim loại tìm thấy những cách sử dụng rất cụ thể, từ dinh dưỡng (ZnO và MgO) đến phụ gia xi măng (CaO), hoặc đơn giản là các sắc tố vô cơ (Cr).₂Ôi₃).

Một số oxit dày đặc đến mức sự tăng trưởng có kiểm soát của các lớp của chúng có thể bảo vệ một hợp kim hoặc kim loại khỏi quá trình oxy hóa hơn nữa. Ngay cả các nghiên cứu đã tiết lộ rằng quá trình oxy hóa của lớp bảo vệ diễn ra như thể nó là một chất lỏng bao gồm tất cả các vết nứt hoặc khuyết tật bề ngoài của kim loại.

Các oxit kim loại có thể sử dụng các cấu trúc hấp dẫn, như là các hạt nano hoặc là các cốt liệu polyme lớn.

Thực tế này khiến chúng trở thành chủ đề của các nghiên cứu về tổng hợp vật liệu thông minh, do diện tích bề mặt lớn của nó, được sử dụng để thiết kế các thiết bị đáp ứng với kích thích vật lý ít nhất.

Tương tự như vậy, oxit kim loại là nguyên liệu thô của nhiều ứng dụng công nghệ, từ gương và gốm với các đặc tính độc đáo cho thiết bị điện tử, cho đến các tấm pin mặt trời.

Ví dụ

Ôxít sắt

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

6FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃Ôi₄(s) Ôxít sắt từ.

Đức tin₃Ôi₄, còn được gọi là Magnetit, nó là một oxit hỗn hợp; Điều này có nghĩa là nó bao gồm một hỗn hợp rắn FeO và Fe₂Ôi₃.

4Fe₃Ôi₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂Ôi₃(s) oxit sắt (III).

Ôxít kiềm và kiềm thổ

Cả hai kim loại kiềm và kiềm thổ đều có số oxi hóa duy nhất, vì vậy các oxit của chúng "đơn giản" hơn:

-Na₂O: oxit natri.

-Li₂O: oxit liti.

-K₂O: oxit kali.

-CaO: oxit canxi.

-MgO: oxit magiê.

-BeO: oxit beryllium (là một oxit lưỡng tính)

Oxit nhóm IIIA (13)

Các nguyên tố thuộc nhóm IIIA (13) chỉ có thể tạo thành các oxit với số oxi hóa là +3. Vì vậy, chúng có công thức hóa học M₂Ôi₃ và các oxit của nó là như sau:

-Al₂Ôi₃: oxit nhôm.

-Ga₂Ôi₃: oxit gali.

-Trong₂Ôi₃: oxit indi.

Và cuối cùng

-Tl₂Ôi₃: oxit thallium.

Tài liệu tham khảo

1. Whites, Davis, Peck & Stanley. Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập CENGAGE, trang 237.
2. AlonsoFormula. Oxit kim loại. Lấy từ: alonsoformula.com
3. Sự đồng ý của Đại học Minnesota. (2018). Đặc tính axit-bazơ của kim loại và oxit phi kim. Lấy từ: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (Ngày 3 tháng 4 năm 2018). Các oxit kim loại tự phục hồi có thể bảo vệ chống ăn mòn. Lấy từ: news.mit.edu
5. Các trạng thái vật lý và cấu trúc của oxit. Lấy từ: wou.edu
6. Quimitube (2012). Sự oxy hóa của sắt. Lấy từ: quimitube.com
7. Hóa học LibreTexts. Ôxít Lấy từ: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Cấu trúc nano oxit kim loại: Tăng trưởng và ứng dụng. Trong: Husain M., Khan Z. (chủ biên) Những tiến bộ trong vật liệu nano. Vật liệu cấu trúc tiên tiến, tập 79. Springer, New Delhi