Il ossidi metallici Sono composti inorganici costituiti da cationi metallici e ossigeno. Generalmente comprendono un vasto numero di solidi ionici, in cui l'anione ossido (ODue-) interagisce elettrostaticamente con la specie M+.
M+ Qualsiasi catione che deriva dal metallo puro è così: dai metalli alcalini e di transizione, ad eccezione di alcuni metalli nobili (come oro, platino e palladio), agli elementi più pesanti del blocco p della tavola periodica (come piombo e bismuto).
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, consumando completamente il 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. Pertanto, ci sono 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+, N / A+, MgDue+, Cl-, ecc.), che modificano il pH, o dalle 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 più elevato del ferro, motivo per cui brilla con il suo caratteristico bagliore dorato senza un ossido che lo offuschi..
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Le proprietà degli ossidi metallici variano a seconda del metallo e di come interagisce con l'anione ODue-. 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 sua basicità..
In altre parole: sono anche conosciute come anidridi di base o ossidi di base.
La basicità degli ossidi di metallo può essere testata 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 di cavolo viola.
Avendo poi la gamma di colori a seconda del pH, l'ossido trasformerà il succo in colori bluastri, corrispondenti al pH basico (con valori compresi tra 8 e 10). Questo perché la parte disciolta dell'ossido rilascia ioni OH.- al mezzo, essendo questi in detto esperimento responsabili della variazione di pH.
Pertanto, per un ossido MO che viene solubilizzato in acqua, viene trasformato in idrossido metallico (un "ossido idrato") secondo le seguenti equazioni chimiche:
MO + HDueO => M (OH)Due
M (OH)Due <=> MDue+ + 2OH-
La seconda equazione è l'equilibrio di solubilità dell'idrossido M (OH)Due. 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 MDueO7 sarebbe acido e non basico.
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 (OHDue)6Due+.
Il complesso acquoso non è altro che il coordinamento di n molecole d'acqua con il centro metallico M. Per il complesso M (OHDue)6Due+, metallo MDue+ è circondato da sei molecole di acqua e può essere pensato come un catione idratato. Molti di questi complessi mostrano colorazioni intense, come quelle osservate per rame e cobalto.
Come si chiamano gli ossidi di metallo? Ci sono tre modi per farlo: tradizionale, sistematico e stock.
Per denominare correttamente l'ossido di metallo 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 alla minore, prefisso -oso.
Esempio: date le valenze +2 e +4 del metallo M, i suoi ossidi corrispondenti sono MO e MODue. Se M fosse piombo, Pb, allora PbO sarebbe ossido di piomboorso, e PbODue ossido di piomboico. Se il metallo ha una sola valenza, il suo ossido è chiamato con il suffisso -ico. Quindi, NaDueO è ossido di sodio.
D'altra parte, i prefissi ipo- e per- vengono aggiunti quando ci sono tre o quattro valenze disponibili per il metallo. In questo modo, il MnDueO7 è ruggine permanganico, perché Mn ha valenza +7, la più alta di tutte.
Tuttavia, questo tipo di nomenclatura presenta alcune difficoltà ed è solitamente il meno utilizzato.
Considera 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 metallici recenti, PbO è monossido di piombo; il PbODue biossido di piombo; e il NaDueO monossido di disodio. Per il caso della ruggine, FeDueO3, il suo nome rispettivo è triossido di dihierro.
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 denominato ossido di metallo (n).
Applicando la nomenclatura azionaria per gli esempi precedenti, abbiamo:
-PbO: ossido di piombo (II).
-PbODue: ossido di piombo (IV).
-N / ADueO: ossido di sodio. Poiché ha una valenza univoca di +1, non è specificato.
-FedeDueO3: ossido di ferro (III).
-MnDueO7: ossido di manganese (VII).
Ma, se non hai una tavola periodica con le valenze, come puoi determinarle? Per questo va ricordato che l'anione ODue- 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 dia zero.
Il MnDueO7 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). Innalzando 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.
L'umidità e il pH influenzano direttamente l'ossidazione dei metalli nei loro ossidi corrispondenti. La presenza di CODue, ossido acido, può essere disciolto abbastanza nell'acqua che ricopre la parte metallica per accelerare l'incorporazione di ossigeno in forma anionica alla struttura cristallina del metallo.
Questa reazione può anche essere accelerata con un aumento della temperatura, soprattutto quando si vuole ottenere l'ossido in breve tempo..
Gli ossidi di metallo si formano come prodotto della reazione tra il metallo e l'ossigeno circostante. Questo può essere rappresentato dall'equazione chimica di seguito:
2 M / i + ODue(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 viaggia uniformemente attraverso 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 CuDueO (ossido di rame (I), ossido rameoso o monossido di dicobre):
4Cu (s) + ODue(g) + Q (calore) => 2CuDueO (s) (rosso fisso)
Ma quando reagisce in quantità equivalenti, si ottiene CuO (ossido di rame (II), ossido rameico o monossido di rame):
2Cu (s) + ODue(g) + Q (calore) => 2CuO (s) (nero fisso)
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)Due + Q => MO + HDueO
MCO3 + Q => MO + CODue
2 M (NO3)Due + Q => MO + 4NODue + ODue
Nota che H.DueO, CODue, NONDue meDue sono le molecole rilasciate.
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 di metallo trova impieghi molto specifici, da quelli nutrizionali (ZnO e MgO) a quelli come additivi cementizi (CaO), o semplicemente come pigmenti inorganici (CrDueO3).
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 viene utilizzata per progettare dispositivi che rispondono al minimo stimolo fisico..
Allo stesso modo, 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..
2Fe (s) + ODue(g) => 2FeO (s) ossido di ferro (II).
6 FeO (s) + ODue(g) => 2Fe3O4ossido (i) di ferro magnetico.
Fede3O4, noto anche come magnetite, è un ossido misto; Ciò significa che è costituito da una miscela solida di FeO e FeDueO3.
4Fe3O4(s) + ODue(g) => 6 FeDueO3ossido (i) di ferro (III).
Sia i metalli alcalini che quelli alcalino terrosi hanno un solo numero di ossidazione, quindi i loro ossidi sono più "semplici":
-N / ADueO: ossido di sodio.
-LiDueO: ossido di litio.
-KDueO: ossido di potassio.
-CaO: ossido di calcio.
-MgO: ossido di magnesio.
-BeO: ossido di berillio (che è un ossido anfotero)
Gli elementi del gruppo IIIA (13) possono formare ossidi solo con un numero di ossidazione di +3. Quindi, hanno la formula chimica MDueO3 ei suoi ossidi sono i seguenti:
-AlDueO3: ossido di alluminio.
-GaDueO3: ossido di gallio.
-NelDueO3: ossido di indio.
E infine
-TlDueO3: ossido di tallio.
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