תחמוצות מתכת תכונות, המינוח, משתמש ודוגמאות

ה תחמוצות מתכת הם תרכובות אנאורגניות שנוצרו על ידי קטיון מתכתי וחמצן. הם בדרך כלל מהווים מספר עצום של מוצקים יוניים, שבו אניון תחמוצת (O^2-) אינטראקציה אלקטרוסטטית עם מינים M⁺.

M⁺ זו כל קטיון הנובע ממתכת טהורה: ממתכות אלקליניות ומתכות מעבר, למעט כמה מתכות אצילות (כגון זהב, פלטינה ופלדיום), אל היסודות הכבדים של בלוק p של הטבלה המחזורית ( כמו עופרת וביסמוט).

התמונה העליונה מראה משטח ברזל מכוסה בקרום אדמדם. אלה "קרום" הם מה שמכונה חלודה או חלודה, אשר בתורו מייצג בדיקה חזותית של חמצון המתכת בשל תנאי הסביבה שלה. מבחינה כימית, חלודה היא תערובת hydrated של תחמוצות ברזל (III).

מדוע החמצון של מתכת לגרום השפלה של פני השטח שלה? זאת בשל שילוב של חמצן בתוך המבנה הגבישי של המתכת.

כאשר זה קורה, נפח המתכת מגביר את יחסי הגומלין המקוריים להחליש, גורם מוצק לשבור. כמו כן, סדקים אלה מאפשרים יותר מולקולות חמצן לחדור את שכבות מתכתי פנימי, לאכול את כל החלק מבפנים..

עם זאת, תהליך זה מתרחש במהירויות שונות, תלוי בטבע המתכת (תגובתיותה) ובתנאים הפיסיים המקיפים אותה. לכן, ישנם גורמים להאיץ או להאט את החמצון של המתכת; שניים מהם הם נוכחות של לחות ו- pH.

למה? בגלל החמצון של המתכת לייצר תחמוצת מתכת מרמז על העברת אלקטרונים. "הנסיעות" האלה ממין כימי אחד למשנהו, כל עוד המדיום מאפשר זאת, בין אם על ידי נוכחות של יונים (H⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, וכו '), אשר לשנות את ה- pH, או על ידי מולקולות מים המספקים את אמצעי התחבורה.

מבחינה אנליטית, הנטייה של מתכת ליצור את המקביל תחמוצת משתקף פוטנציאל הפחתת שלה, אשר חושפים איזה מתכת מגיב מהר יותר בהשוואה.

זהב, למשל, יש פוטנציאל הפחתה הרבה יותר מאשר ברזל, ולכן היא זורחת עם זוהר זהוב אופייני שלה ללא תחמוצת מטשטשת אותו..

אינדקס

• 1 תכונות של תחמוצות לא מתכתיים
  • 1.1 בסיסיות
  • 1.2 אמפוטריזם
• 2 המינוח
  • 2.1 נומנקלטורה מסורתית
  • 2.2 מינוח שיטתי
  • 2.3 מינויי מניות
  • 2.4 חישוב מספר הערכיות
• 3 איך הם נוצרו?
  • 3.1 תגובה ישירה של המתכת עם חמצן
  • 3.2 תגובה של מלחי מתכת עם חמצן
• 4 שימושים
• 5 דוגמאות
  • 5.1 תחמוצות ברזל
  • 5.2 תחמוצות קרקע בסיסיות ואלקליניות
  • 5.3 קבוצת II II תחמוצות (13)
• 6 הפניות

מאפיינים של תחמוצות לא מתכתיים

המאפיינים של תחמוצות מתכת להשתנות בהתאם למתכת ואיך זה אינטראקציה עם אניון אני^2-. זה כרוך כי כמה תחמוצות יש צפיפות גבוהה יותר או solubilities במים יותר מאחרים. עם זאת, לכולם יש את אופי מתכתי, אשר משתקף באופן בלתי נמנע הבסיסי שלה.

במילים אחרות: הם ידועים גם anhydrides בסיסי או תחמוצות בסיסיות.

יסוד

את הבסיס של תחמוצות מתכת ניתן לבדוק באופן ניסיוני על ידי שימוש של מחוון בסיס חומצה. איך? הוספת חתיכה קטנה של תחמוצת לתמיסה מימית עם כמה אינדיקטור מומס; זה יכול להיות מיץ נוזלי של כרוב סגול.

לאחר מכן את טווח הצבעים בהתאם ה- pH, תחמוצת יהפוך את המיץ צבעים כחלחלים, המקביל pH בסיסי (עם ערכים בין 8 ל 10). הסיבה לכך היא כי חלק מומס של תחמוצת משחרר OH יון^- לסביבה, להיות אלה בניסוי אחראי לשינוי ב- pH.

לכן, עבור תחמוצת MO כי הוא solubilized במים, הוא הופך את hydroxide מתכת ("תחמוצת hydrated") על פי המשוואות הכימיות הבאות:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

המשוואה השנייה היא מאזן המסיסות של הידרוקסיד M (OH)₂. שים לב כי המתכת יש 2 + תשלום, כלומר גם הערכיות שלה הוא +2. הערכיות של מתכת קשורה ישירות לנטייה שלה לזכות באלקטרונים.

בדרך זו, חיובי יותר את הערכיות, גדל החומציות שלה. במקרה זה M היה הערכיות של +7, ואז תחמוצת M₂הו₇ זה יהיה חומצי ולא בסיסי.

Anfoterismo

תחמוצות מתכת הם בסיסיים, עם זאת, לא כל יש את אותו אופי מתכתי. איך יודעים? איתור מתכת M בטבלה המחזורית. ככל שזה יותר משמאלה, ובתקופות הנמוכות יותר, כך יהיה יותר מתכתי ולכן הבסיס הבסיסי יותר של תחמוצתו יהיה..

בגבול בין תחמוצות בסיסיות חומצה (תחמוצות שאינם מתכתיים) הם תחמוצות אמפוטריות. כאן המילה "אמפוטרי" פירושו כי תחמוצת מעשים הן כבסיס וחומצה, שהוא זהה ב תמיסה מימית זה יכול ליצור את הידרוקסיד או את מימי מורכב M (OH₂)₆²⁺.

קומפלקס מימי הוא לא יותר מאשר התיאום של n מולקולות מים עם מרכז מתכתי. עבור קומפלקס M (OH₂)₆²⁺, M המתכת²⁺ הוא מוקף בשישה מולקולות מים, והוא יכול להיחשב קטיון hydrated. רבים מתסביכים אלה מפגינים צבעים אינטנסיביים, כגון אלה שנצפו עבור נחושת וקובלט.

המינוח

איך הם תחמוצות מתכת בשם? ישנן שלוש דרכים לעשות זאת: המסורתי, השיטתי והמלאי.

המינוח המסורתי

כדי לתת את השם הנכון של תחמוצת המתכת על פי הכללים שנקבעו על ידי IUPAC, יש צורך לדעת את הערכים האפשריים של המתכת מ '. הגדול ביותר (החיובי ביותר) מוקצה לשם המתכת הסיומת -ico, ואילו קטין, הקידומת.

דוגמה: בהתחשב valances +2 ו +4 של מתכת M, תחמוצות המקביל שלה הם MO ו MO₂. אם M היו להוביל, Pb, אז PbO יהיה פלואור תחמוצתדוב, ו PbO₂ השזיףאיקו. אם המתכת יש רק אחד valance, זה נקרא תחמוצת שלה עם סיומת -ico. אז, נה₂או שזה תחמוצת הנתרן.

מצד שני, ההיפו וקידומות מתווספים כאשר יש שלושה או ארבעה valances זמין עבור המתכת. בדרך זו, Mn₂הו₇ זה תחמוצת perמנגןאיקו, כי Mn יש valence +7, הגבוה מכולם.

עם זאת, סוג זה של המינוח מציג קשיים מסוימים, והוא בדרך כלל פחות בשימוש.

מינוח שיטתי

זה לוקח בחשבון את מספר האטומים M וחמצן המרכיבים את הנוסחה הכימית של תחמוצת. מהם, הוא מוקצה את הקידומות המקביל mono-, di-, tri-, tetra, וכו '.

לוקח את שלושת תחמוצות המתכת האחרונות כדוגמה, PbO הוא חד חמצני עופרת; את PbO₂ דו תחמוצת עופרת; ואת Na₂או חד-חמצן. במקרה של חלודה, Fe₂הו₃, השם שלו הוא trioxide של dihierro.

מניות המינוח

שלא כמו שני המינוחים האחרים, זה הערכיות של המתכת יש חשיבות רבה יותר. הערכים מוגדרים על ידי ספרות רומיות בסוגריים: (I), (II), (III), (IV), וכו '. תחמוצת המתכת נקראת אז תחמוצת מתכת (n).

החלת המינוח המניות עבור הדוגמאות הקודמות לנו:

-PbO: תחמוצת עופרת (II).

-PbO₂: תחמוצת עופרת (IV).

-Na₂O: תחמוצת הנתרן. מכיוון שיש לו ערך ייחודי של +1, הוא לא צוין.

-אמונה₂הו₃: תחמוצת ברזל (III).

-Mn₂הו₇: תחמוצת מנגן (VII).

חישוב מספר הערכיות

אבל, אם אין לך טבלה מחזורית עם valences, איך אתה יכול לקבוע אותם? בשביל זה אנחנו חייבים לזכור כי אניון אני^2- זה תורם שני חיובי שלילי על תחמוצת מתכת. בעקבות עיקרון הנייטרליות, החיובים השליליים האלה חייבים להיות מנוטרלים עם אלה החיוביים של המתכת.

לכן, אם מספר oxygens ידוע על ידי הנוסחה הכימית, את הערכים של המתכת ניתן לקבוע באלגברי כך סכום של מטענים נותן אפס.

Mn₂הו₇ יש שבעה oxygens, אז החיובים השליליים שלה הם 7x (-2) = -14. כדי לנטרל את המטען השלילי של -14, מנגן חייב לספק +14 (14-14 = 0). הצבת המשוואה המתמטית היא:

2X - 14 = 0

2 נובע מהעובדה שיש שני אטומי מנגן. פתרון וניקוי X, העמידות של המתכת:

X = 14/2 = 7

כלומר, לכל Mn יש ערך של +7.

איך הם נוצרו?

לחות pH להשפיע ישירות על חמצון של מתכות תחמוצות המקביל שלהם. הנוכחות של CO₂, תחמוצת חומצה, יכול להיות מומס מספיק במים המכסה את החלק מתכת להאיץ שילוב של חמצן בצורה anionic על המבנה הגבישי של המתכת.

תגובה זו יכולה גם להיות מואצת עם עלייה בטמפרטורה, במיוחד כאשר היא רצויה כדי לקבל את תחמוצת בתוך זמן קצר.

תגובה ישירה של המתכת עם חמצן

תחמוצות המתכת נוצרות כתוצר של התגובה בין המתכת לבין החמצן שמסביב. זה יכול להיות מיוצג עם משוואה כימית להלן:

2M (ים) + O₂(g) => 2MO (s)

תגובה זו היא איטית, שכן לחמצן יש קשר כפול O = O כפול והעברה האלקטרונית בינו לבין המתכת אינה יעילה.

עם זאת, הוא מאיץ באופן משמעותי עם עלייה בטמפרטורה שטח פני השטח. זאת בשל העובדה כי האנרגיה הדרושה כדי לשבור את O = O הקשר הכפול מסופק, וכפי שיש שטח גדול יותר, את המהלכים חמצן אחיד בכל המתכת, מתנגשים באותו זמן עם אטומי המתכת.

ככל שכמות החמצן גבוהה יותר, כך גדל מספר הערכיות או החמצון הנובע ממתכת. למה? בגלל חמצן הוא חוטף יותר ויותר electrons מן המתכת, עד שהוא מגיע למספר החמצון הגבוה ביותר.

זה ניתן לראות עבור נחושת, למשל. כאשר פיסת נחושת מתכתי מגיב עם כמות מוגבלת של חמצן Cu נוצר₂O (תחמוצת הנחושת (אני), תחמוצת נחושת או חד תחמוצת dicobre):

4Cu (ים) + O₂(g) + Q (חום) => 2Cu₂O (ים) (מוצק אדום)

אבל כאשר הוא מגיב בסכומים שווים, CuO (תחמוצת נחושת (II), תחמוצת קאפרי או נחושת חד חמצני) מתקבל:

2Cu + O₂(g) + Q (חום) => 2Co (ים) (מוצק שחור)

תגובה של מלחי מתכת עם חמצן

תחמוצות מתכת יכול להיווצר באמצעות פירוק תרמי. כדי להיות אפשרי, אחד או שניים מולקולות קטנות יש לשחרר מן המתחם הראשוני (מלח או hydroxide):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂הו

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (NO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + הו₂

שים לב כי H₂O, CO₂, לא₂ ו O₂ הן המולקולות שפורסמו.

שימושים

בשל ההרכב העשיר של מתכות בקרום כדור הארץ, וחמצן באטמוספירה, נמצאו תחמוצות מתכת במקורות מינרלוגיים רבים, שמהם ניתן להשיג בסיס מוצק לייצור חומרים חדשים.

כל תחמוצת מתכת מוצאת שימושים ספציפיים מאוד, מ תזונתיים (ZnO ו MgO) כדי מלט תוספים (CaO), או פשוט כמו פיגמנטים אנאורגניים (Cr).₂הו₃).

כמה תחמוצות כל כך צפוף כי צמיחה מבוקרת של השכבות שלהם יכול להגן על סגסוגת או מתכת מפני חמצון נוסף. אפילו מחקרים גילו כי החמצון של שכבת המגן ממשיך כאילו היה נוזל המכסה את כל הסדקים או פגמים שטחיים של המתכת.

תחמוצות מתכת יכול לאמץ מבנים מרתקים, או כמו חלקיקים או כמו אגרגטים פולימריים גדולים.

עובדה זו הופכת אותם לנושא של סינתזה של חומרים אינטליגנטיים, בשל שטח הפנים הגדול שלו, המשמש לתכנון התקנים המגיבים לגירוי הפחות פיזי.

כמו כן, תחמוצות מתכתיים הם חומר הגלם של יישומים טכנולוגיים רבים, מ מראות וקרמיקה עם מאפיינים ייחודיים עבור ציוד אלקטרוני, פאנלים סולאריים.

דוגמאות

תחמוצות ברזל

2 (ים) + O₂(g) => 2FeO (s) תחמוצת ברזל (II).

6FeO (ים) + O₂(g) => 2Fe₃הו₄(ים) תחמוצת ברזל מגנטית.

האמונה₃הו₄, הידוע גם בשם מגנטיט, הוא תחמוצת מעורבת; משמעות הדבר היא שהיא מורכבת מתערובת מוצקה של FeO ו- Fe₂הו₃.

4 ד₃הו₄(ים) + O₂(g) => 6Fe₂הו₃(S) תחמוצת ברזל (III).

תחמוצות קרקע בסיסיות ואלקליניות

הן בסיסי אלקליין אלקליין האדמה יש מספר חמצון אחד, כך תחמוצות שלהם הם יותר "פשוט":

-Na₂O: תחמוצת הנתרן.

-לי₂O: תחמוצת ליתיום.

-K₂O: תחמוצת אשלגן.

-CaO: תחמוצת סידן.

-MGO: תחמוצת מגנזיום.

-BeO: תחמוצת בריליום (שהוא תחמוצת אמפוטרית)

תחמוצות קבוצה IIIA (13)

אלמנטים של קבוצת IIIA (13) יכולים ליצור תחמוצות רק עם מספר חמצון של +3. לכן, יש להם נוסחה כימית M₂הו₃ ואת תחמוצות שלה הן כדלקמן:

-אל₂הו₃תחמוצת אלומיניום.

-גה₂הו₃: תחמוצת גליום.

-ב₂הו₃תחמוצת אינדיום.

ולבסוף

-Tl₂הו₃תחמוצת הטליום.

הפניות

1. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. כימיה (8th ed.). CENGAGE למידה, עמ '237.
2. אלונסו. תחמוצות מתכת. נלקח מ: alonsoformula.com
3. העוצרים של אוניברסיטת מינסוטה (2018). חומצה בסיס מאפיינים של תחמוצות מתכת ו nonmetal. נלקח מ: chem.umn.edu
4. דוד ל. צ'נדלר. (3 באפריל 2018). ריפוי עצמי של תחמוצות מתכת יכול להגן מפני קורוזיה. נלקח מ: news.mit.edu
5. המדינות הפיזיות ומבנים של תחמוצות. נלקח מ: wou.edu
6. קווימיטוב (2012). החמצון של ברזל. נלקח מתוך: quimitube.com
7. כימיה. תחמוצות נלקח מ: chem.libretexts.org
8. קומאר מ (2016) מתכת אוקסיד ננו: מבנים ויישומים. ב: חוסיין מ ', ח' ז (עורכים) התקדמות ננו. חומרים מובנים מתקדמים, כרך 79. ספרינגר, ניו דלהי