- Tính chất của oxit phi kim loại
- Cơ bản
- Lưỡng tính
- Danh pháp
- Danh pháp truyền thống
- Danh pháp hệ thống
- Danh pháp cổ phiếu
- Tính số hoá trị
- Chúng được hình thành như thế nào?
- Phản ứng trực tiếp của kim loại với oxi
- Phản ứng của muối kim loại với oxi
- Các ứng dụng
- Ví dụ
- Oxit sắt
- Kiềm và oxit kiềm thổ
- Oxit nhóm IIIA (13)
- Người giới thiệu
Oxit kim loại là những hợp chất vô cơ được tạo thành từ các cation kim loại và oxi. Nhìn chung, chúng bao gồm một số lượng lớn các chất rắn ion, trong đó anion oxit (O 2– ) tương tác tĩnh điện với các loại M + .
M + giống như thế này bất kỳ cation nào có nguồn gốc từ kim loại nguyên chất: từ kiềm và kim loại chuyển tiếp, ngoại trừ một số kim loại quý (như vàng, bạch kim và paladi), cho đến các nguyên tố nặng nhất của khối p của bảng. định kỳ (chẳng hạn như chì và bitmut).
Nguồn: Pixabay.
Hình ảnh trên cho thấy bề mặt sắt được bao phủ bởi lớp vỏ màu đỏ. Những "vảy" này được gọi là gỉ hoặc gỉ, do đó đại diện cho bằng chứng trực quan về quá trình oxy hóa của kim loại do các điều kiện của môi trường của nó. Về mặt hóa học, gỉ là một hỗn hợp ngậm nước của sắt (III) oxit.
Tại sao quá trình oxi hóa kim loại dẫn đến sự suy giảm 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 vỡ. Tương tự như vậy, những vết nứt này cho phép nhiều phân tử oxy thâm nhập vào các lớp kim loại bên trong, ăn mòn hoàn toàn mảnh từ bên trong.
Tuy nhiên, quá trình này xảy ra với tốc độ khác nhau và phụ thuộc vào bản chất của kim loại (khả năng phản ứng của nó) và các điều kiện vật lý xung quanh nó. Do đó, có những yếu tố làm tăng tốc hoặc làm chậm quá trình oxi hóa kim loại; hai trong số đó là sự hiện diện của độ ẩm và độ pH.
Tại sao? Bởi vì quá trình oxy hóa kim loại để tạo ra một oxit kim loại liên quan đến sự chuyển electron. Những chất này “di chuyển” từ loài hóa học này sang loài hóa học khác miễn là môi trường tạo điều kiện cho nó, hoặc bởi sự hiện diện của các ion (H + , Na + , Mg 2+ , Cl - , v.v.), làm thay đổi độ pH, hoặc bằng cách các phân tử nước cung cấp phương tiện vận chuyển.
Về mặt phân tích, xu hướng của một kim loại tạo thành oxit tương ứng được phản ánh trong các thế khử của nó, cho biết kim loại nào phản ứng nhanh hơn so với kim loại khác.
Ví dụ, vàng có khả năng khử lớn hơn nhiều so với sắt, đó là lý do tại sao nó tỏa sáng với ánh vàng đặc trưng mà không có oxit để làm xỉn màu.
Tính chất của oxit phi kim loại
Magie oxit, một oxit kim loại.
Tính chất của oxit kim loại thay đổi tùy theo kim loại và cách nó tương tác với anion O 2– . Điều này có nghĩa là một số oxit có mật độ hoặc khả năng hòa tan trong nước cao hơn những oxit khác. Tuy nhiên, chúng đều có đặc điểm chung là kim loại, điều này tất yếu được phản ánh ở tính cơ bản của chúng.
Nói cách khác: chúng còn được gọi là anhydrit bazơ hoặc oxit bazơ.
Cơ bản
Tính bazơ của oxit kim loại có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng chất chỉ thị axit-bazơ. Làm sao? Thêm một miếng oxit nhỏ vào dung dịch nước với một số chất chỉ thị hòa tan; Đây có thể là nước ép của bắp cải tím.
Khi đó có phạm vi màu sắc phụ thuộc vào độ pH, oxit sẽ chuyển nước trái cây sang màu hơi xanh, tương ứng với độ pH cơ bản (với giá trị từ 8 đến 10). Điều này là do phần ôxít bị hòa tan giải phóng các ion OH - vào môi trường, những ion này là nguyên nhân gây ra sự thay đổi pH trong thí nghiệm nói trên.
Do đó, đối với một oxit MO hòa tan trong nước, nó được chuyển thành hiđroxit kim loại (một “oxit ngậm nước”) theo các phương trình hóa học sau:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
Phương trình thứ hai là cân bằng độ tan của hydroxit M (OH) 2 . Lưu ý rằng kim loại có điện tích 2+, cũng có nghĩa là hóa trị của nó là +2. Hóa trị của kim loại có liên quan trực tiếp đến xu hướng nhận electron.
Theo cách này, hóa trị càng dương thì tính axit của nó càng lớn. Trong trường hợp M có hóa trị +7 thì oxit M 2 O 7 sẽ có tính axit và không có tính bazơ.
Lưỡng tính
Các oxit kim loại là bazơ, tuy nhiên không phải tất cả chúng đều có đặc tính kim loại giống nhau. Làm sao bạn biết? Xác định vị trí của kim loại M trong bảng tuần hoàn. Bạn càng ở bên trái của nó, và trong khoảng thời gian thấp, nó sẽ có nhiều kim loại hơn và do đó oxit của bạn sẽ càng cơ bản hơn.
Ở ranh giới giữa bazơ và oxit axit (oxit phi kim) là oxit lưỡng tính. Ở đây từ 'lưỡng tính' có nghĩa là oxit vừa đóng vai trò là bazơ vừa là axit, giống như trong dung dịch nước, nó có thể tạo thành hiđroxit hoặc phức chất trong nước M (OH 2 ) 6 2+ .
Phức chất nước chỉ là sự phối trí của n phân tử nước với tâm kim loại M. Đối với phức chất M (OH 2 ) 6 2+ , kim loại M 2+ được bao quanh bởi sáu phân tử nước, và có thể coi là cation ngậm nước. Nhiều phức hợp trong số này có màu sắc đậm, chẳng hạn như những phức hợp quan sát được đối với đồng và coban.
Danh pháp
Oxit kim loại được gọi tên như thế nào? Có ba cách để làm điều đó: truyền thống, hệ thống và cổ phiếu.
Danh pháp truyền thống
Để gọi tên chính xác oxit kim loại theo quy tắc do IUPAC điều chỉnh, cần biết các hóa trị có thể có của kim loại M. Giá trị lớn nhất (dương nhất) được gán hậu tố -ico cho tên kim loại, trong khi nhỏ, tiền tố –oso.
Ví dụ: với hoá trị +2 và +4 của kim loại M, các oxit tương ứng của nó là MO và MO 2 . Nếu M đi ra khỏi chì, Pb, thì oxit PbO Plumb sẽ chịu, và PbO 2 oxit PLUMB ico . Nếu kim loại chỉ có một hóa trị, oxit của nó được đặt tên với hậu tố –ico. Như vậy, Na 2 O là natri oxit.
Mặt khác, các tiền tố hypo- và per- được thêm vào khi có ba hoặc bốn hóa trị có sẵn cho kim loại. Do đó, Mn 2 O 7 là oxit trên Mangan ico , vì Mn có hóa trị +7, hầu hết tất cả.
Tuy nhiên, loại danh pháp này có những khó khăn nhất định và thường ít được sử dụng nhất.
Danh pháp hệ thống
Trong đó, số nguyên tử M và oxi tạo nên công thức hóa học của oxit được coi là. Từ chúng, nó được gán các tiền tố tương ứng mono-, di-, tri-, tetra-, v.v.
Lấy ví dụ về ba oxit kim loại gần đây, PbO là chì monoxit; PbO 2 chì đioxit; và Na 2 O là dinatri monoxit. Trong trường hợp gỉ, Fe 2 O 3 , tên tương ứng của nó là di sắt trioxit.
Danh pháp cổ phiếu
Không giống như hai danh pháp còn lại, trong danh pháp này, hóa trị của kim loại quan trọng hơn. Giá trị được xác định bằng chữ số La Mã trong ngoặc đơn: (I), (II), (III), (IV), v.v. Oxit kim loại sau đó được đặt tên là kim loại (n) oxit.
Áp dụng danh pháp chứng khoán cho các ví dụ trước, chúng ta có:
-PbO: chì (II) oxit.
-PbO 2 : chì (IV) oxit.
-Na 2 O: natri oxit. Vì nó có một hóa trị duy nhất là +1, nó không được chỉ định.
-Fe 2 O 3 : sắt (III) oxit.
-Mn 2 O 7 : mangan (VII) oxit.
Tính số hoá trị
Tuy nhiên, nếu bạn không có bảng tuần hoàn với các hóa trị, làm thế nào bạn có thể xác định chúng? Đối với điều này, chúng ta phải nhớ rằng anion O 2– đóng góp hai điện tích âm vào oxit kim loại. Theo nguyên tắc trung hòa, các điện tích âm này phải được trung hòa với các điện tích dương của kim loại.
Do đó, nếu biết số oxi từ công thức hóa học, thì hóa trị của kim loại có thể được xác định theo phương pháp đại số để tổng các điện tích bằng không.
Mn 2 O 7 có bảy oxy nên điện tích âm của nó bằng 7x (-2) = -14. Để trung hòa điện tích âm -14, mangan phải đóng góp +14 (14-14 = 0). Đặt phương trình toán học sau đó chúng ta có:
2X - 14 = 0
Số 2 xuất phát từ thực tế là có hai nguyên tử mangan. Giải và giải cho X, hóa trị của kim loại:
X = 14/2 = 7
Nói cách khác, mỗi Mn có hóa trị +7.
Chúng được hình thành như thế nào?
Độ ẩm và pH ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình oxy hóa kim loại thành oxit tương ứng của chúng. Sự có mặt của CO 2 , một oxit axit, có thể hòa tan vừa đủ trong nước bao phủ phần kim loại để đẩy nhanh quá trình kết hợp oxy ở dạng anion vào 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 oxi
Oxit kim loại được tạo thành là sản phẩm của phản ứng giữa kim loại với oxi xung quanh. Điều này có thể được biểu diễn bằng phương trình hóa học dưới đây:
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
Phản ứng này diễn ra chậm, vì oxy có liên kết đôi O = O mạnh và sự chuyển giao điện tử giữa nó và kim loại là 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 năng lượng cần thiết được cung cấp để phá vỡ liên kết đôi O = O, và khi có diện tích lớn hơn, oxy di chuyển đồng đều trong kim loại, va chạm đồng thời với các nguyên tử kim loại.
Lượng oxi phản ứng càng lớn thì kim loại có hóa trị hoặc số oxi hóa thu được càng lớn. Tại sao? Vì oxi lấy càng nhiều electron của kim loại, cho đến khi nó đạt số oxi hóa cao nhất.
Ví dụ, điều này có thể được nhìn thấy đối với đồng. Khi một miếng đồng kim loại phản ứng với một lượng ôxy hạn chế, Cu 2 O được tạo thành (đồng (I) oxit, cuprous oxit hoặc dicobre monoxit):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (nhiệt) => 2Cu 2 O (s) (rắn màu đỏ)
Nhưng khi phản ứng với lượng tương đương, CuO (đồng (II) oxit, oxit cupric hoặc đồng monoxit) thu được:
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (nhiệt) => 2CuO (s) (chất rắn màu đen)
Phản ứng của muối kim loại với oxi
Các oxit kim loại có thể được hình thành thông qua sự phân hủy nhiệt. Để có thể thực hiện được điều này, một hoặc hai phân tử nhỏ phải được giải phóng khỏi hợp chất ban đầu (muối hoặc hydroxit):
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Lưu ý rằng H 2 O, CO 2 , NO 2 và O 2 là các phân tử được giải phóng.
Các ứng dụng
Do thành phần kim loại phong phú trong vỏ trái đất và ôxy trong khí quyển, các ôxít kim loại được tìm thấy trong nhiều nguồn khoáng vật, từ đó có được cơ sở vững chắc để chế tạo vật liệu mới.
Mỗi oxit kim loại có những công dụng rất cụ thể, từ dinh dưỡng (ZnO và MgO) đến làm phụ gia xi măng (CaO), hoặc đơn giản là chất màu vô cơ (Cr 2 O 3 ).
Một số oxit quá dày đặc nên sự tăng trưởng lớp được kiểm soát có thể bảo vệ hợp kim hoặc kim loại khỏi bị oxi hóa thêm. Các nghiên cứu thậm chí còn tiết lộ rằng quá trình oxy hóa của lớp bảo vệ tiếp tục như thể nó là một chất lỏng bao phủ tất cả các vết nứt hoặc khuyết tật bề ngoài của kim loại.
Các oxit kim loại có thể có cấu trúc hấp dẫn, ở dạng hạt nano hoặc dạng tập hợp polyme lớn.
Thực tế này khiến chúng trở thành đối tượng nghiên cứu để tổng hợp các vật liệu thông minh, do diện tích bề mặt lớn, được sử dụng để thiết kế các thiết bị phản ứng với kích thích vật lý ít nhất.
Hơn nữa, các oxit kim loại là nguyên liệu cho nhiều ứng dụng công nghệ, từ gương và gốm sứ với các đặc tính độc đáo cho thiết bị điện tử, đến các tấm pin mặt trời.
Ví dụ
Oxit sắt
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) sắt (II) oxit.
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) oxit sắt từ.
Fe 3 O 4 , còn được gọi là magnetit, là một oxit hỗn hợp; Điều này có nghĩa là nó bao gồm một hỗn hợp rắn của FeO và Fe 2 O 3 .
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) sắt (III) oxit.
Kiềm và oxit kiềm thổ
Cả hai kim loại kiềm và kiềm thổ chỉ có một số oxi hóa, vì vậy oxit của chúng “đơn giản” hơn:
-Na 2 O: natri oxit.
-Li 2 O: oxit liti.
-K 2 O: kali oxit.
-CaO: canxi oxit.
-MgO: magie oxit.
-BeO: oxit beri (là một oxit lưỡng tính)
Oxit nhóm IIIA (13)
Các nguyên tố nhóm IIIA (13) chỉ có thể tạo thành oxit với số oxi hóa +3. Do đó, chúng có công thức hóa học là M 2 O 3 và các oxit của chúng là:
-Al 2 O 3 : nhôm oxit.
-Ga 2 O 3 : gali oxit.
-Trong 2 O 3 : oxit indium.
Và cuối cùng
-Tl 2 O 3 : oxit tali.
Người giới thiệu
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập, tr 237.
- AlonsoFormula. Oxit kim loại. Lấy từ: alonsoformula.com
- Regents of University of Minnesota. (2018). Tính axit-bazơ của oxit kim loại và phi kim. Lấy từ: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (Ngày 3 tháng 4 năm 2018). Các oxit kim loại tự phục hồi có thể bảo vệ chống lại sự ăn mòn. Lấy từ: news.mit.edu
- Các trạng thái vật lý và cấu trúc của oxit. Lấy từ: wou.edu
- Quimitube. (2012). Sự oxi hóa sắt. Lấy từ: quimitube.com
- Hóa học LibreTexts. Các oxit. Lấy từ: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Cấu trúc nano oxit kim loại: Tăng trưởng và ứng dụng. Trong: Husain M., Khan Z. (eds) Những tiến bộ trong vật liệu nano. Vật liệu có cấu trúc nâng cao, tập 79. Springer, New Delhi