- Proprietà degli ossidi non metallici
- basicità
- Anfoterismo
- Nomenclatura
- Nomenclatura tradizionale
- Nomenclatura sistematica
- Nomenclatura azionaria
- Calcolo del numero di valenza
- Come si formano?
- Reazione diretta del metallo con l'ossigeno
- Reazione dei sali metallici con l'ossigeno
- applicazioni
- Esempi
- Ossidi di ferro
- Ossidi alcalini e alcalino terrosi
- Ossidi del gruppo IIIA (13)
- Riferimenti
Gli ossidi metallici sono composti inorganici costituiti da cationi metallici e ossigeno. Generalmente comprendono un vasto numero di solidi ionici, in cui l'anione ossido (O 2– ) interagisce elettrostaticamente con la specie M + .
M + è così ogni catione che deriva dal metallo puro: dagli alcali e metalli di transizione, ad eccezione di alcuni metalli nobili (come oro, platino e palladio), agli elementi più pesanti del blocco p della tabella periodico (come piombo e bismuto).
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L'immagine sopra mostra una superficie di ferro ricoperta da croste rossastre. Queste "croste" sono ciò che è noto come ruggine o ruggine, che a loro volta rappresentano una prova visiva dell'ossidazione del metallo a causa delle condizioni del suo ambiente. Chimicamente, la ruggine è una miscela idratata di ossidi di ferro (III).
Perché l'ossidazione del metallo porta al 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 si indeboliscono, provocando la rottura del solido. Allo stesso modo, queste crepe consentono a più molecole di ossigeno di penetrare negli strati metallici interni, divorando l'intero pezzo dall'interno.
Tuttavia, questo processo avviene a velocità diverse e dipende dalla natura del metallo (la sua reattività) e dalle condizioni fisiche che lo circondano. Esistono quindi fattori che accelerano o rallentano l'ossidazione del metallo; due di loro sono la presenza di umidità e pH.
Perché? Perché l'ossidazione del metallo per produrre un ossido di metallo comporta un trasferimento di elettroni. Questi "viaggiano" da una specie chimica all'altra fintanto che l'ambiente lo facilita, sia per la presenza di ioni (H + , Na + , Mg 2+ , Cl - , ecc.), Che modificano il pH, o per le molecole d'acqua che forniscono il mezzo di trasporto.
Analiticamente, la tendenza di un metallo a formare l'ossido corrispondente si riflette nei suoi potenziali di riduzione, che rivelano quale metallo reagisce più velocemente rispetto ad 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 offuschi.
Proprietà degli ossidi non metallici
Ossido di magnesio, un ossido di metallo.
Le proprietà degli ossidi di metallo variano a seconda del metallo e di come interagisce con l'anione O 2– . Ciò significa che alcuni ossidi hanno densità o solubilità in acqua più elevate rispetto ad altri. Tuttavia, hanno tutti in comune il carattere metallico, che si riflette inevitabilmente nella loro basicità.
In altre parole: sono anche conosciute come anidridi di base o ossidi di base.
basicità
La basicità degli ossidi metallici può essere verificata sperimentalmente utilizzando un indicatore acido-base. Come? Aggiungere un pezzetto di ossido a una soluzione acquosa con qualche indicatore disciolto; Questo può essere il succo liquefatto del cavolo viola.
Avendo poi la gamma di colori dipendente dal pH, l'ossido renderà il succo di colore bluastro, corrispondente al pH basico (con valori compresi tra 8 e 10). Ciò è dovuto al fatto che la porzione disciolta dell'ossido rilascia ioni OH - nel mezzo, responsabili della variazione di pH in detto esperimento.
Pertanto, per un ossido MO che viene solubilizzato in acqua, viene trasformato in idrossido metallico (un "ossido idrato") secondo le seguenti equazioni chimiche:
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
La seconda equazione è l'equilibrio di solubilità dell'idrossido M (OH) 2 . Nota che il metallo ha una carica di 2+, il che significa anche che la sua valenza è +2. La valenza del metallo è direttamente correlata alla sua tendenza a guadagnare elettroni.
In questo modo, più è positiva la valenza, maggiore è la sua acidità. Nel caso in cui M avesse una valenza di +7, allora l'ossido M 2 O 7 sarebbe acido e non basico.
Anfoterismo
Gli ossidi di metallo sono fondamentali, tuttavia non hanno tutti lo stesso carattere metallico. Come lo sai? Individuazione del metallo M sulla tavola periodica. Più sei a sinistra di esso, e nei periodi bassi, più sarà metallico e quindi più basico sarà il tuo ossido.
Al confine tra ossidi basici e acidi (ossidi non metallici) ci sono ossidi anfoteri. Qui la parola "anfotero" significa che l'ossido agisce sia come base che come acido, che è lo stesso che in soluzione acquosa può formare l'idrossido o il complesso acquoso M (OH 2 ) 6 2+ .
Il complesso acquoso non è altro che il coordinamento di n molecole d'acqua con il centro metallico M. Per il complesso M (OH 2 ) 6 2+ , il metallo M 2+ è circondato da sei molecole d'acqua e può essere considerato come un catione idratato. Molti di questi complessi mostrano colorazioni intense, come quelle osservate per rame e cobalto.
Nomenclatura
Come si chiamano gli ossidi di metallo? Ci sono tre modi per farlo: tradizionale, sistematico e stock.
Nomenclatura tradizionale
Per denominare correttamente l'ossido metallico secondo le regole disciplinate dalla IUPAC, è necessario conoscere le possibili valenze del metallo M. Alla più grande (la più positiva) viene assegnato il suffisso -ico al nome del metallo, mentre il minor, il prefisso –oso.
Esempio: date le valenze +2 e +4 del metallo M, i suoi ossidi corrispondenti sono MO e MO 2 . Se M fuori piombo, Pb, quindi ossido PbO Plumb sarebbe sopportare, e PbO 2 ossido PLUMB ico . Se il metallo ha una sola valenza, il suo ossido è chiamato con il suffisso –ico. Pertanto, Na 2 O è ossido di sodio.
D'altra parte, i prefissi hypo- e per- vengono aggiunti quando ci sono tre o quattro valenze disponibili per il metallo. Quindi, il Mn 2 O 7 è ossido per Mangan ico , perché Mn ha valenza +7, soprattutto.
Tuttavia, questo tipo di nomenclatura presenta alcune difficoltà ed è solitamente il meno utilizzato.
Nomenclatura sistematica
In esso viene considerato il numero di atomi di ossigeno e M che compongono la formula chimica dell'ossido. Da essi vengono assegnati i corrispondenti prefissi mono-, di-, tri-, tetra-, ecc.
Prendendo come esempio i tre ossidi di metallo recenti, PbO è monossido di piombo; Diossido di piombo PbO 2 ; e Na 2 O è monossido di disodio. Nel caso della ruggine, Fe 2 O 3 , il suo nome è di triossido di ferro.
Nomenclatura azionaria
A differenza delle altre due nomenclature, in questa la valenza del metallo è più importante. La valenza è specificata da numeri romani tra parentesi: (I), (II), (III), (IV), ecc. L'ossido di metallo viene quindi chiamato ossido di metallo (n).
Applicando la nomenclatura azionaria per gli esempi precedenti, abbiamo:
-PbO: ossido di piombo (II).
-PbO 2 : ossido di piombo (IV).
-Na 2 O: ossido di sodio. Poiché ha una valenza univoca di +1, non è specificato.
-Fe 2 O 3 : ossido di ferro (III).
-Mn 2 O 7 : ossido di manganese (VII).
Calcolo del numero di valenza
Ma, se non hai una tavola periodica con le valenze, come puoi determinarle? Per questo dobbiamo ricordare che l'anione O 2– contribuisce con due cariche negative all'ossido di metallo. Seguendo il principio di neutralità, queste cariche negative devono essere neutralizzate con quelle positive del metallo.
Pertanto, se il numero di ossigeni è noto dalla formula chimica, la valenza del metallo può essere determinata algebricamente in modo che la somma delle cariche sia zero.
Mn 2 O 7 ha sette ossigeni, quindi le sue cariche negative sono pari a 7x (-2) = -14. Per neutralizzare la carica negativa di -14, il manganese deve contribuire con +14 (14-14 = 0). Ponendo l'equazione matematica abbiamo quindi:
2X - 14 = 0
Il 2 deriva dal fatto che ci sono due atomi di manganese. Risolvendo e risolvendo per X, la valenza del metallo:
X = 14/2 = 7
In altre parole, ogni Mn ha una valenza di +7.
Come si formano?
L'umidità e il pH influenzano direttamente l'ossidazione dei metalli nei loro corrispondenti ossidi. La presenza di CO 2 , un ossido acido, può dissolversi sufficientemente nell'acqua che ricopre la parte metallica per accelerare l'incorporazione dell'ossigeno in forma anionica nella struttura cristallina del metallo.
Questa reazione può anche essere accelerata con un aumento della temperatura, soprattutto quando si desidera ottenere l'ossido in breve tempo.
Reazione diretta del metallo con l'ossigeno
Gli ossidi metallici si formano come prodotto della reazione tra il metallo e l'ossigeno circostante. Questo può essere rappresentato dall'equazione chimica seguente:
2 M (s) + O 2 (g) => 2 MO (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 notevolmente con un aumento della temperatura e dell'area superficiale. Ciò è dovuto al fatto che viene fornita l'energia necessaria per rompere il doppio legame O = O, e poiché c'è un'area maggiore, l'ossigeno si muove uniformemente in tutto il metallo, scontrandosi contemporaneamente con gli atomi del metallo.
Maggiore è la quantità di ossigeno reagente, maggiore è il numero di valenza o ossidazione risultante per il metallo. Perché? Perché l'ossigeno prende sempre più elettroni dal metallo, fino a raggiungere il numero di ossidazione più alto.
Questo può essere visto per il rame, ad esempio. Quando un pezzo di rame metallico reagisce con una quantità limitata di ossigeno, si forma Cu 2 O (ossido di rame (I), ossido rameoso o monossido di dicobre):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (calore) => 2Cu 2 O (s) (rosso fisso)
Ma quando reagisce in quantità equivalenti, si ottiene CuO (ossido di rame (II), ossido rameico o monossido di rame):
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (calore) => 2CuO (s) (nero fisso)
Reazione dei sali metallici con l'ossigeno
Gli ossidi di metallo possono essere formati attraverso la decomposizione termica. Perché ciò sia possibile, una o due piccole molecole devono essere rilasciate dal composto di partenza (un sale o un idrossido):
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Notare che H 2 O, CO 2 , NO 2 e O 2 sono le molecole rilasciate.
applicazioni
A causa della ricca composizione di metalli nella crosta terrestre e dell'ossigeno nell'atmosfera, gli ossidi metallici si trovano in molte fonti mineralogiche, da cui è possibile ottenere una solida base per la produzione di nuovi materiali.
Ogni ossido metallico trova impieghi molto specifici, da quelli nutrizionali (ZnO e MgO) a quelli come additivi cementizi (CaO), o semplicemente come pigmenti inorganici (Cr 2 O 3 ).
Alcuni ossidi sono così densi che la crescita controllata dello strato può proteggere una lega o un metallo da un'ulteriore ossidazione. Studi hanno addirittura rivelato che l'ossidazione dello strato protettivo continua come se fosse un liquido che copre tutte le crepe o difetti superficiali del metallo.
Gli ossidi di metallo possono assumere strutture affascinanti, sia come nanoparticelle che come grandi aggregati polimerici.
Questo fatto li rende oggetto di studi per la sintesi di materiali intelligenti, data la loro ampia superficie, che serve per progettare dispositivi che rispondano al minimo stimolo fisico.
Inoltre, gli ossidi di metallo sono la materia prima per molte applicazioni tecnologiche, dagli specchi e ceramiche con proprietà uniche per apparecchiature elettroniche, ai pannelli solari.
Esempi
Ossidi di ferro
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) ossido di ferro (II).
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) ossido di ferro magnetico.
Fe 3 O 4 , noto anche come magnetite, è un ossido misto; Ciò significa che è costituito da una miscela solida di FeO e Fe 2 O 3 .
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) ossido di ferro (III).
Ossidi alcalini e alcalino terrosi
Sia i metalli alcalini che quelli alcalino terrosi hanno un solo numero di ossidazione, quindi i loro ossidi sono più "semplici":
-Na 2 O: ossido di sodio.
-Li 2 O: ossido di litio.
-K 2 O: ossido di potassio.
-CaO: ossido di calcio.
-MgO: ossido di magnesio.
-BeO: ossido di berillio (che è un ossido anfotero)
Ossidi del gruppo IIIA (13)
Gli elementi del gruppo IIIA (13) possono formare ossidi solo con un numero di ossidazione di +3. Pertanto, hanno la formula chimica M 2 O 3 ei loro ossidi sono i seguenti:
-Al 2 O 3 : ossido di alluminio.
-Ga 2 O 3 : ossido di gallio.
-In 2 O 3 : ossido di indio.
E infine
-Tl 2 O 3 : ossido di tallio.
Riferimenti
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