สมบัติของโลหะออกไซด์การตั้งชื่อการใช้และตัวอย่าง

ออกไซด์ของโลหะ พวกมันเป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่เกิดจากประจุบวกของโลหะและออกซิเจน โดยทั่วไปจะประกอบด้วยของแข็งไอออนิกจำนวนมากซึ่งไอออนออกไซด์ (O)^2-) มีปฏิสัมพันธ์กับไฟฟ้าสถิตกับสายพันธุ์ M⁺.

M⁺ นี่คือไอออนบวกใด ๆ ที่เกิดขึ้นจากโลหะบริสุทธิ์: จากอัลคาไลน์และโลหะทรานซิชันยกเว้นโลหะมีตระกูลบางชนิด (เช่นทองคำทองคำขาวและแพลเลเดียม) ไปยังองค์ประกอบที่หนักกว่าของบล็อก p ของตารางธาตุ ( เหมือนตะกั่วและบิสมัท).

ภาพบนแสดงพื้นผิวเหล็กที่ปกคลุมด้วยเปลือกสีแดง "เปลือก" เหล่านี้เป็นสิ่งที่เรียกว่าสนิมหรือสนิมซึ่งเป็นตัวแทนของการทดสอบการมองเห็นของการเกิดออกซิเดชันของโลหะเนื่องจากสภาพแวดล้อมของมัน ทางเคมีสนิมเป็นส่วนผสมของธาตุเหล็กออกไซด์ (III).

ทำไมการออกซิเดชั่นของโลหะจึงทำให้พื้นผิวเสื่อมโทรม? นี่คือสาเหตุที่การรวมตัวกันของออกซิเจนภายในโครงสร้างผลึกของโลหะ.

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นปริมาตรของโลหะจะเพิ่มขึ้นและปฏิกิริยาดั้งเดิมลดลงทำให้ของแข็งแตกหัก ยิ่งไปกว่านั้นรอยแตกเหล่านี้ยังช่วยให้โมเลกุลออกซิเจนมากขึ้นสามารถแทรกซึมเข้าไปในชั้นโลหะภายในได้.

อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้เกิดขึ้นด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะ (ปฏิกิริยาของมัน) และสภาพทางกายภาพที่ล้อมรอบ ดังนั้นจึงมีปัจจัยที่เร่งหรือชะลอการเกิดออกซิเดชันของโลหะ สองอย่างคือความชื้นและค่าความเป็นกรด - ด่าง.

ทำไม? เนื่องจากการเกิดออกซิเดชันของโลหะเพื่อผลิตโลหะออกไซด์แสดงถึงการถ่ายโอนอิเล็กตรอน "การเดินทาง" เหล่านี้จากสายพันธุ์หนึ่งไปยังอีกสายพันธุ์หนึ่งตราบเท่าที่สื่อเอื้ออำนวยต่อมันไม่ว่าจะด้วยไอออน (H)⁺, นา⁺, มก.²⁺, Cl^-, เป็นต้น) ซึ่งปรับเปลี่ยนค่าความเป็นกรดเป็นด่างหรือโดยโมเลกุลของน้ำที่ให้การขนส่ง.

ในการวิเคราะห์แนวโน้มของโลหะในการก่อตัวของออกไซด์ที่สอดคล้องกันจะสะท้อนให้เห็นในศักยภาพการลดลงของมันซึ่งเผยให้เห็นว่าโลหะตอบสนองเร็วขึ้นเมื่อเทียบกับอีก.

ยกตัวอย่างเช่นทองคำมีศักยภาพในการลดลงได้มากกว่าเหล็กซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมันจึงเปล่งประกายด้วยลักษณะสีทองของมันโดยไม่มีออกไซด์ที่ทำให้พร่ามัว.

ดัชนี

• 1 คุณสมบัติของออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ
  • 1.1 พื้นฐาน
  • 1.2 แอมป์เฟริสติก
• 2 ศัพท์
  • 2.1 ระบบการตั้งชื่อแบบดั้งเดิม
  • 2.2 ระบบการตั้งชื่ออย่างเป็นระบบ
  • 2.3 ระบบการตั้งชื่อสต็อก
  • 2.4 การคำนวณจำนวนเวเลนซ์
• 3 พวกเขาก่อตัวอย่างไร?
  • 3.1 ปฏิกิริยาโดยตรงของโลหะกับออกซิเจน
  • 3.2 ปฏิกิริยาของเกลือโลหะกับออกซิเจน
• 4 ใช้
• 5 ตัวอย่าง
  • 5.1 เหล็กออกไซด์
  • 5.2 ออกไซด์ของแผ่นดินอัลคาไลน์และด่าง
  • 5.3 กลุ่ม IIIA ออกไซด์ (13)
• 6 อ้างอิง

คุณสมบัติของออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ

คุณสมบัติของโลหะออกไซด์แตกต่างกันไปตามโลหะและวิธีการโต้ตอบกับประจุลบ O^2-. นี่หมายถึงว่าบางออกไซด์มีความหนาแน่นหรือความสามารถในการละลายน้ำได้สูงกว่าตัวอื่น ๆ อย่างไรก็ตามทุกคนมีลักษณะร่วมกันของโลหะซึ่งสะท้อนให้เห็นในพื้นฐานของมันอย่างหลีกเลี่ยงไม่.

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: พวกมันยังเป็นที่รู้จักกันในนามแอนไฮไดพื้นฐานหรือออกไซด์พื้นฐาน.

ด่าง

พื้นฐานของโลหะออกไซด์สามารถตรวจสอบได้โดยการใช้ตัวชี้วัดที่เป็นกรด อย่างไร? การเพิ่มออกไซด์ของชิ้นส่วนเล็ก ๆ ลงในสารละลายที่มีตัวบ่งชี้ที่ละลาย นี่อาจเป็นน้ำผักกาดขาวม่วง.

หลังจากนั้นช่วงของสีขึ้นอยู่กับค่าความเป็นกรด - ด่างออกไซด์จะเปลี่ยนน้ำเป็นสีฟ้าซึ่งสอดคล้องกับค่า pH พื้นฐาน (มีค่าระหว่าง 8 ถึง 10) นี่เป็นเพราะส่วนที่ละลายของออกไซด์ปล่อยไอออนออกมา^- กับสภาพแวดล้อมเป็นสิ่งเหล่านี้ในการทดลองที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนแปลงค่า pH.

ดังนั้นสำหรับ MO ออกไซด์ที่ละลายในน้ำจะถูกเปลี่ยนเป็นไฮดรอกไซด์โลหะ ("ไฮเดรตออกไซด์") ตามสมการทางเคมีต่อไปนี้:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (OH)₂ <=> M²⁺ + 2OH^-

สมการที่สองคือความสามารถในการละลายของไฮดรอกไซด์ M (OH)₂. โปรดทราบว่าโลหะมีประจุ 2+ ซึ่งหมายความว่าวาเลนซ์นั้นมีค่า +2 ความจุของโลหะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอน.

ด้วยวิธีนี้ยิ่งวาเลนซ์เป็นบวกมากขึ้นเท่าใดกรดก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในกรณีที่ M มีความจุของ +7 แล้ว M ออกไซด์₂O₇ มันจะเป็นกรดและไม่ธรรมดา.

amphoterism

ออกไซด์ของโลหะเป็นพื้นฐาน แต่ไม่ทั้งหมดมีลักษณะโลหะเดียวกัน จะรู้ได้อย่างไร? หาตำแหน่งโลหะ M ในตารางธาตุ ยิ่งมันอยู่ทางซ้ายของมันและในช่วงเวลาที่ต่ำกว่าก็จะยิ่งเป็นโลหะมากขึ้นเท่านั้นดังนั้นออกไซด์ของมันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น.

ที่ชายแดนระหว่างออกไซด์พื้นฐานและกรด (ออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ) คือออกไซด์ของแอมโฟเทอริก นี่คือคำว่า 'amphoteric' หมายถึงว่าออกไซด์ทำหน้าที่เป็นทั้งฐานและกรดซึ่งเป็นเช่นเดียวกับในสารละลายที่มันสามารถสร้างไฮดรอกไซด์หรือสารประกอบเชิงซ้อน M (OH)₂)₆²⁺.

คอมเพล็กซ์น้ำไม่มีอะไรมากไปกว่าการประสานงานของ n โมเลกุลของน้ำที่มีจุดศูนย์กลางโลหะ M สำหรับ M complex (OH₂)₆²⁺, โลหะ M²⁺ มันล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหกโมเลกุลและถือได้ว่าเป็นไอออนบวกไฮเดรต คอมเพล็กซ์เหล่านี้จำนวนมากแสดงให้เห็นถึงสีที่เข้มข้นเช่นที่พบสำหรับทองแดงและโคบอลต์.

ศัพท์เฉพาะ

ออกไซด์ของโลหะมีชื่ออย่างไร? มีสามวิธีในการทำ: แบบดั้งเดิมระบบและหุ้น.

ศัพท์เฉพาะแบบดั้งเดิม

ในการตั้งชื่อโลหะออกไซด์อย่างถูกต้องตามกฎที่ควบคุมโดย IUPAC มีความจำเป็นที่จะต้องรู้ว่า valences ที่เป็นไปได้ของโลหะ M ที่ใหญ่ที่สุด (บวกมากที่สุด) ถูกกำหนดให้กับชื่อโลหะต่อท้าย -ico ในขณะที่ เล็กน้อยคำนำหน้า -oso.

ตัวอย่าง: เนื่องจากวาเลนซ์ +2 และ +4 ของโลหะ M, ออกไซด์ที่สอดคล้องกันคือ MO และ MO₂. ถ้า M เป็นตะกั่ว Pb ดังนั้น PbO จะเป็นลูกดิ่งออกไซด์แบก, และ PbO₂ พลัมออกไซด์ICO. หากโลหะมีวาเลนซ์เพียงอันเดียวมันจะตั้งชื่อเป็นออกไซด์ด้วยคำต่อท้าย -ico ดังนั้นนา₂หรือมันคือโซเดียมออกไซด์.

ในทางตรงกันข้าม hypo- และคำนำหน้าต่อจะถูกเพิ่มเมื่อมีสามหรือสี่ valences สำหรับโลหะ ด้วยวิธีนี้ Mn₂O₇ มันคือออกไซด์ ต่อManganICO, เพราะ Mn มีวาเลนซ์ +7 ซึ่งสูงที่สุด.

อย่างไรก็ตามระบบการตั้งชื่อประเภทนี้มีปัญหาบางอย่างและมักจะใช้น้อยที่สุด.

ระบบการตั้งชื่อ

โดยพิจารณาจากจำนวน M อะตอมและออกซิเจนที่ประกอบเป็นสูตรทางเคมีของออกไซด์ จากพวกเขาจะได้รับมอบหมายคำนำหน้าสอดคล้องกัน mono-, di-, tri-, tetra- ฯลฯ.

ยกตัวอย่างโลหะออกไซด์ล่าสุดสามอัน PbO คือตะกั่วออกไซด์ PbO₂ ออกไซด์ของตะกั่ว และนา₂หรือ disodium monoxide สำหรับกรณีของสนิมเฟ₂O₃, ชื่อของมันคือ trioxide ของ dihierro.

ระบบการตั้งชื่อสต็อกสินค้า

ซึ่งแตกต่างจากการตั้งชื่ออีกสองคนในนี้ความจุของโลหะมีความสำคัญมากขึ้น ความจุถูกระบุโดยตัวเลขโรมันในวงเล็บ: (I), (II), (III), (IV) เป็นต้น จากนั้นโลหะออกไซด์จะถูกตั้งชื่อเป็นโลหะออกไซด์ (n).

การใช้ระบบการตั้งชื่อหุ้นสำหรับตัวอย่างก่อนหน้านี้เรามี:

-PbO: ตะกั่วออกไซด์ (II).

-PbO₂: lead oxide (IV).

-นา₂O: โซเดียมออกไซด์ เนื่องจากมีความจุเฉพาะของ +1 จึงไม่ได้ระบุ.

-ความเชื่อ₂O₃: เหล็กออกไซด์ (III).

-Mn₂O₇: แมงกานีสออกไซด์ (VII).

การคำนวณจำนวนเวเลนซ์

แต่ถ้าคุณไม่มีตารางธาตุที่มีวาเลนซ์คุณจะตัดสินได้อย่างไร สำหรับสิ่งนี้เราต้องจำไว้ว่าประจุลบ O^2- มันก่อให้เกิดประจุลบสองตัวสำหรับโลหะออกไซด์ ตามหลักการของความเป็นกลางประจุลบเหล่านี้จะต้องถูกทำให้เป็นกลางกับประจุบวกของโลหะ.

ดังนั้นถ้าจำนวนของ oxygens เป็นที่รู้จักโดยสูตรทางเคมีความจุของโลหะสามารถถูกกำหนดทางพีชคณิตเพื่อให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์.

Mn₂O₇ มีเจ็ด oxygens ดังนั้นประจุลบจะเท่ากับ 7x (-2) = -14 ในการต่อต้านประจุลบที่ -14 แมงกานีสจะต้องให้ +14 (14-14 = 0) การใส่สมการทางคณิตศาสตร์นั้นจึงเป็น:

2X - 14 = 0

ทั้งสองมาจากข้อเท็จจริงที่ว่ามีสองแมงกานีสอะตอม การแก้และล้าง X ความจุของโลหะ:

X = 14/2 = 7

กล่าวคือ Mn แต่ละอันมีวาเลนซ์ +7.

พวกเขาเป็นอย่างไรบ้าง?

ความชื้นและ pH มีผลโดยตรงต่อการเกิดออกซิเดชันของโลหะในออกไซด์ที่เกี่ยวข้อง การปรากฏตัวของ CO₂, กรดออกไซด์สามารถละลายได้ในน้ำที่ครอบคลุมส่วนโลหะเพื่อเร่งการรวมตัวของออกซิเจนในรูปแบบประจุลบกับโครงสร้างผลึกของโลหะ.

ปฏิกิริยานี้ยังสามารถเร่งได้ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการให้เกิดออกไซด์ในเวลาอันสั้น.

ปฏิกิริยาโดยตรงของโลหะกับออกซิเจน

ออกไซด์ของโลหะเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับออกซิเจนโดยรอบ นี่สามารถแสดงด้วยสมการทางเคมีด้านล่าง:

2M + +₂(g) => 2MO (s)

ปฏิกิริยานี้ช้าเนื่องจากออกซิเจนมีพันธะคู่ O = O ที่แข็งแกร่งและการถ่ายโอนทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างมันกับโลหะไม่มีประสิทธิภาพ.

อย่างไรก็ตามมันเร่งความเร็วขึ้นมากเมื่อเพิ่มอุณหภูมิและพื้นที่ผิว นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าพลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะคู่ O = O นั้นให้และเมื่อมีพื้นที่มากขึ้นออกซิเจนจะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งโลหะเกิดการชนกันในเวลาเดียวกันกับอะตอมโลหะ.

ปริมาณของสารทำปฏิกิริยาออกซิเจนยิ่งมากขึ้นจำนวนวาเลนซ์หรือออกซิเดชั่นก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ทำไม? เนื่องจากออกซิเจนจับอิเล็กตรอนจากโลหะมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึงจำนวนออกซิเดชั่นสูงสุด.

สามารถมองเห็นได้สำหรับทองแดงเช่น เมื่อชิ้นส่วนของโลหะทองแดงทำปฏิกิริยากับออกซิเจน Cu จำนวน จำกัด จะเกิดขึ้น₂O (copper oxide (I), cuprous oxide หรือ dicobre monoxide):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (ความร้อน) => 2Cu₂O (s) (ของแข็งสีแดง)

แต่เมื่อตอบสนองในปริมาณที่เท่ากันจะได้รับ CuO (copper oxide (II), cupric ออกไซด์หรือ copper monoxide):

2Cu (s) + O₂(g) + Q (ความร้อน) => 2CuO (สีดำทึบ)

ปฏิกิริยาของเกลือโลหะกับออกซิเจน

ออกไซด์ของโลหะสามารถเกิดขึ้นได้จากการสลายตัวด้วยความร้อน เพื่อให้เป็นไปได้ต้องปล่อยโมเลกุลขนาดเล็กหนึ่งหรือสองโมเลกุลจากสารประกอบเริ่มต้น (เกลือหรือไฮดรอกไซด์):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂O

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2 ล₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

โปรดทราบว่า₂O, CO₂, NO₂ และ O₂ เป็นโมเลกุลที่ปล่อยออกมา.

การใช้งาน

เนื่องจากองค์ประกอบที่หลากหลายของโลหะในเปลือกโลกและออกซิเจนในบรรยากาศโลหะออกไซด์จะพบได้ในแหล่งแร่วิทยาหลายแห่งซึ่งสามารถหาฐานที่มั่นคงสำหรับการผลิตวัสดุใหม่.

โลหะออกไซด์แต่ละชนิดพบการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงมากตั้งแต่สารอาหาร (ZnO และ MgO) ไปจนถึงสารเติมแต่งซีเมนต์ (CaO) หรือเป็นเม็ดสีอนินทรีย์ (Cr)₂O₃).

ออกไซด์บางชนิดมีความหนาแน่นสูงจนการเจริญเติบโตของชั้นควบคุมสามารถป้องกันโลหะผสมหรือโลหะจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม แม้กระทั่งการศึกษาได้เปิดเผยว่าการเกิดออกซิเดชันของชั้นป้องกันนั้นจะเป็นราวกับว่ามันเป็นของเหลวที่ครอบคลุมรอยแตกหรือข้อบกพร่องผิวเผินทั้งหมดของโลหะ.

ออกไซด์ของโลหะสามารถนำมาใช้กับโครงสร้างที่น่าสนใจไม่ว่าจะเป็นอนุภาคนาโนหรือในรูปของพอลิเมอร์ขนาดใหญ่.

ความจริงเรื่องนี้ทำให้พวกเขาเป็นเรื่องของการศึกษาสำหรับการสังเคราะห์วัสดุอัจฉริยะเนื่องจากพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ซึ่งใช้ในการออกแบบอุปกรณ์ที่ตอบสนองต่อการกระตุ้นทางกายภาพน้อยที่สุด.

โลหะออกไซด์ก็เป็นวัตถุดิบของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีหลายประเภทตั้งแต่กระจกและเซรามิกที่มีคุณสมบัติพิเศษสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงแผงเซลล์แสงอาทิตย์.

ตัวอย่าง

ออกไซด์ของเหล็ก

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

6FeO + s₂(g) => 2Fe₃O₄(s) เหล็กออกไซด์แม่เหล็ก.

ความศรัทธา₃O₄, รู้จักกันในชื่อ magnetite มันเป็นออกไซด์ผสม ซึ่งหมายความว่ามันประกอบด้วยส่วนผสมที่เป็นของแข็งของ FeO และ Fe₂O₃.

4Fe₃O₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂O₃(s) เหล็กออกไซด์ (III).

ออกไซด์ของแผ่นดินอัลคาไลน์และด่าง

ทั้งโลหะอัลคาไลน์และอัลคาไลน์เอิร์ ธ มีหมายเลขออกซิเดชันเดียวดังนั้นออกไซด์ของพวกมันจึง "ง่าย" มากกว่า:

-นา₂O: โซเดียมออกไซด์.

-ลี้₂O: ลิเธียมออกไซด์.

-K₂O: โพแทสเซียมออกไซด์.

-CaO: แคลเซียมออกไซด์.

-MgO: แมกนีเซียมออกไซด์.

-BEO: เบริลเลียมออกไซด์ (ซึ่งเป็น amphoteric ออกไซด์)

ออกไซด์กลุ่ม IIIA (13)

องค์ประกอบของกลุ่ม IIIA (13) สามารถสร้างออกไซด์ได้โดยมีหมายเลขออกซิเดชันเท่ากับ +3 ดังนั้นพวกเขามีสูตรทางเคมี M₂O₃ และออกไซด์ของมันมีดังต่อไปนี้:

-ไป₂O₃: อลูมิเนียมออกไซด์.

-GA₂O₃: แกลเลียมออกไซด์.

-ใน₂O₃: อินเดียมออกไซด์.

และในที่สุด

-TL₂O₃: แทลเลียมออกไซด์.

การอ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี (8th ed.) CENGAGE การเรียนรู้, หน้า 237.
2. AlonsoFormula ออกไซด์ของโลหะ นำมาจาก: alonsoformula.com
3. ผู้สำเร็จราชการแห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตา (2561) ลักษณะกรด - เบสของโลหะและออกไซด์อโลหะ นำมาจาก: chem.umn.edu
4. David L. Chandler (3 เมษายน 2018) ออกไซด์ของโลหะที่รักษาตัวเองสามารถป้องกันการกัดกร่อน นำมาจาก: news.mit.edu
5. สถานะทางกายภาพและโครงสร้างของออกไซด์ นำมาจาก: wou.edu
6. Quimitube (2012) เกิดออกซิเดชันของธาตุเหล็ก นำมาจาก: quimitube.com
7. เคมีเคมี ออกไซด์ นำมาจาก: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) โครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์: การเติบโตและการใช้งาน ใน: Husain M. , Khan Z. (eds) ความก้าวหน้าใน Nanomaterials วัสดุโครงสร้างขั้นสูงเล่ม 79 สปริงเกอร์นิวเดลี