Óxidos metálicos

Aparência de óxido metálico

O que são óxidos metálicos?

O Óxidos metálicos Eles são compostos inorgânicos formados por cátions metálicos e oxigênio. Eles geralmente compreendem um vasto número de sólidos iônicos, nos quais o ânion de óxido (ou^2-) interagir eletroestaticamente com m espécies⁺. Em palavras mais simples, elas são os compostos químicos que resultam da combinação de um metal com oxigênio.

M⁺ It is, thus, any cation that derives from pure metal: from alkaline and transition metals, except for some noble metals (such as gold, platinum and paladium), to the heaviest elements of block P of the table periodic (such as lead and bismuto).

Na imagem superior, uma superfície de ferro coberta por crostas avermelhadas é mostrada. Essas "crostas" são o que é conhecido como ferrugem ou urina, que por sua vez representam um teste visual de oxidação de metal seguindo as condições de seu ambiente. Quimicamente, a ferrugem é uma mistura hidratada de óxidos de ferro (iii).

Por que a oxidação do metal resulta na degradação de sua superfície? Isso se deve à incorporação de oxigênio na estrutura cristalina do metal.

Quando isso acontece, o volume do metal aumenta e as interações originais são enfraquecidas, causando a ruptura do sólido. Da mesma forma, essas rachaduras permitem que mais moléculas de oxigênio penetrem nas camadas de metal internas, comendo completamente a peça de dentro.

No entanto, esse processo ocorre em velocidades diferentes e depende da natureza do metal (sua reatividade) e das condições físicas que o cercam. Portanto, existem fatores que aceleram ou diminuem a oxidação do metal; Dois deles são a presença de umidade e pH.

Porque? Porque a oxidação de metal para produzir um óxido metálico implica transferência de elétrons. Essas "viagens" de um produto químico para outro, desde que o ambiente o facilite, seja pela presença de íons (h⁺, N / D⁺, Mg²⁺, Cl^-, etc.), que modificam o pH, ou pelas moléculas de água que fornecem os meios de transporte.

Analiticamente, a tendência de um metal para formar o óxido correspondente é refletido em seus potenciais de redução, que revelam qual metal reage mais rapidamente em comparação com outro.

O ouro, por exemplo, tem um potencial de redução muito maior que o ferro, e é por isso que brilha com seu brilho dourado característico sem um óxido que o lance.

Propriedades de óxidos metálicos

As propriedades dos óxidos metálicos variam de acordo com o metal e como ele interage com o ânion ou^2-. Isso implica que alguns óxidos têm maiores densidades ou solubilidades na água do que outros. No entanto, todo mundo tem em comum a natureza metálica, que se reflete inevitavelmente em sua basicidade.

Em outras palavras: eles também são conhecidos como anidridos básicos ou óxidos básicos.

Basicidade

A basicidade dos óxidos metálicos pode ser verificada experimentalmente usando um indicador ácido-base. Como? Adicionando um pequeno pedaço do óxido a uma solução aquosa com um pouco de indicador dissolvido; Este pode ser o suco liquefeito do colorad.

Tendo a gama de cores, dependendo do pH, o óxido fará com que o suco de cores azedas, correspondendo ao pH básico (com valores entre 8 e 10). Isso ocorre porque a porção dissolvida do óxido de boi^- No meio, estes estão no referido experimento aqueles responsáveis ​​pela mudança de pH.

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Assim, para um óxido de MO que é solubilizado na água, é transformado em hidróxido metálico (um "óxido hidratado") de acordo com as seguintes equações químicas:

Mo + h₂O => m (oh)₂

M (oh)₂ M²⁺ + 2oh^-

A segunda equação é o equilíbrio da solubilidade do hidróxido M (OH)₂. Observe que o metal tem 2+ carga, o que também significa que sua valência é +2. Metal Valencia está diretamente relacionado à sua tendência a ganhar elétrons.

Dessa forma, quanto mais positivo a valência for, maior sua acidez. No caso de M ter valência de +7, então o M óxido₂QUALQUER₇ Seria ácido e não básico.

Anfoterismo

Os óxidos metálicos são básicos, no entanto, nem todo mundo tem o mesmo caráter metálico. Como saber? Colocando metal m na tabela periódica. Quanto mais à esquerda da mesma, e nos períodos baixos, mais metálico será e, portanto, mais básico será o seu óxido.

Na fronteira entre óxidos básicos e ácidos (óxidos não metálicos) são óxidos de anfoteros. Aqui a palavra 'anfóter' significa que o óxido age tanto quanto uma base e ácido, o que é igual ao fato de que em solução aquosa pode formar hidróxido ou complexo aquoso m (oh₂)₆²⁺.

O complexo aquoso nada mais é do que a coordenação de n Moléculas de água com o centro de metal m. Para o complexo M (oh₂)₆²⁺, O metal m²⁺ É cercado por seis moléculas de água e pode ser considerado como um cátion hidratado. Muitos desses complexos manifestam cores intensas, como as observadas para cobre e cobalto.

Nomenclatura de óxidos de metal

Existem três maneiras de nomear óxidos metálicos: o tradicional, sistemático e estoque.

Nomenclatura tradicional

Para nomear corretamente o óxido metálico de acordo com as regras governadas pelo IUPAC, é necessário conhecer as possíveis valididades do metal m. O maior (o mais positivo) é atribuído ao nome do metal o sufixo -ico, enquanto a criança, o prefixo -ooso.

Exemplo: dadas as valências +2 e +4 do metal m, seus óxidos correspondentes são MO e MO₂. Se m fosse chumbo, PB, então o PBO seria óxido de prumourso, e PBO₂ Óxido Plúmbico. Se o metal tiver apenas um Valência, é chamado de óxido com o sufixo -ico. Assim, na₂Ou é óxido de sódio.

Por outro. Dessa forma, o MN₂QUALQUER₇ É óxido porManganico, Porque o MN tem Valência +7, o maior de todos.

No entanto, esse tipo de nomenclatura apresenta certas dificuldades e geralmente é o menos usado.

Nomenclatura sistemática

É considerado o número de m e átomos de oxigênio que compõem a fórmula química do óxido. A partir deles, os prefixos mono correspondentes são atribuídos, di-, tri-, tetra-, etc.

Tomando como exemplo os três óxidos metálicos recentes, o PBO é o monóxido de chumbo; O PBO₂ dióxido de chumbo; e o na₂O monóxido de disodio. No caso de ferrugem, fé₂QUALQUER₃, Seu respectivo nome é Dihierro Trioxide.

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Nomenclatura de ações

Ao contrário das outras duas nomenclaturas, neste Metal Valencia é mais importante. Valencia é especificado por números romanos entre parênteses: (i), (ii), (iii), (iv), etc. O óxido metálico é então nomeado como óxido de metal (n).

Aplicando a nomenclatura de ações para os exemplos anteriores que você tem:

-PBO: óxido de chumbo (II).

-PBO₂: Óxido de chumbo (IV).

-N / D₂O: óxido de sódio. Como a valência única de +1, não é especificada.

-Fé₂QUALQUER₃: óxido de ferro (iii).

-Mn₂QUALQUER₇: óxido de manganês (vii).

Cálculo do número de Valencia

Mas se não houver tabela periódica com valências, como elas podem ser determinadas? Para isso, devemos lembrar que o ânion ou^2- Traz duas cargas negativas ao óxido metálico. Seguindo o princípio da neutralidade, essas cargas negativas devem ser neutralizadas com metal positivo.

Portanto, se o número de oxigênio for conhecido pela fórmula química, a valência de metal poderá ser determinada algebricamente para que a soma das cargas zero.

O mn₂QUALQUER₇ Possui sete oxigênio, então suas cargas negativas são iguais a 7x (-2) = -14. Para neutralizar a carga negativa de -14, as manganês devem contribuir com +14 (14-14 = 0). Aumentar a equação matemática é então:

2x - 14 = 0

O 2 vem do fato de que existem dois átomos de manganês. Resolvendo e compensando x, o Metal Valencia:

X = 14/2 = 7

Ou seja, que cada Mn tem Valência de +7.

Como os óxidos metálicos são formados?

A umidade e o pH influenciam diretamente a oxidação de metais em seus óxidos correspondentes. A presença de CO₂, Óxido ácido, pode se dissolver o suficiente na água que cobre a peça de metal para acelerar a incorporação de oxigênio aniônico na estrutura cristalina do metal.

Essa reação também pode ser acelerada com um aumento de temperatura, especialmente quando você deseja obter o óxido em pouco tempo.

Reação de metal direto com oxigênio

Os óxidos de metal são formados como um produto da reação entre metal e oxigênio circundante. Isso pode ser representado com a equação química abaixo:

2m (s) + o₂(g) => 2mo (s)

Essa reação é lenta, já que o oxigênio tem uma forte ligação dupla ou o e a transferência eletrônica entre ele e o metal é ineficiente.

No entanto, acelera consideravelmente com um aumento de temperatura e área de superfície. Isso se deve ao fato de que a energia necessária é fornecida para quebrar a ligação dupla ou = o e ter maior área, o oxigênio se move uniformemente em todo o metal, colidindo ao mesmo tempo com átomos de metal.

Quanto maior a quantidade de oxigênio reacionário, maior o Valencia ou o número de oxidação resultante para o metal. Porque? Como o oxigênio está arrebatando cada vez mais elétrons para metal, até atingir o maior número de oxidação.

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Isso pode ser visto para cobre, por exemplo. Quando uma peça de cobre de metal reage com uma quantidade limitada de oxigênio, é formada Cu₂O (óxido de cobre (i), Dicobre Cupos ou monóxido:

4CU (s) + O₂(g) + q (calor) => 2cu₂O (s) (sólido vermelho)

Mas quando reage em quantidades equivalentes, é obtido CuO (óxido de cobre (II), óxido cúprico ou monóxido de cobre):

2CU (s) + O₂(g) + q (calor) => 2cuo (s) (sólido preto)

Reação de sais de metal com oxigênio

Óxidos metálicos podem ser formados através de decomposição térmica. Para ser possível, uma ou duas moléculas pequenas devem ser liberadas do composto inicial (um sal ou um hidróxido):

M (oh)₂ + Q => mo + h₂QUALQUER

MCO₃ + Q => MO + CO₂

2M (não₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + QUALQUER₂

Observe que h₂Ou, co₂, NÃO₂ EU₂ Eles são as moléculas liberadas.

Usos de óxidos metálicos

Devido à rica composição dos metais do córtex terrestre e ao oxigênio da atmosfera, os óxidos metálicos são encontrados em muitas fontes mineralógicas, das quais uma base sólida para a fabricação de novos materiais pode ser obtida.

Cada óxido metálico encontra usos muito específicos, desde nutricional (ZnO e MGO) até aditivos cimentados (CAO) ou simplesmente como pigmentos inorgânicos (CR₂QUALQUER₃).

Alguns óxidos são tão densos que o crescimento controlado de suas camadas pode proteger uma liga ou metal contra oxidações posteriores. Até estudos revelaram que a oxidação da camada protetora continua como se fosse um líquido que cobre todas as superfícies ou defeitos de metal superficial.

Os óxidos metálicos podem adotar estruturas fascinantes, como nanopartículas ou como grandes agregados poliméricos.

Esse fato os torna um objeto de estudo para a síntese de materiais inteligentes, devido à sua grande área superficial, usada para projetar dispositivos que respondem ao menor estímulo físico.

Da mesma forma, os óxidos metálicos são a matéria -prima de muitas aplicações tecnológicas, de espelhos e cerâmica com propriedades exclusivas para equipamentos eletrônicos, a painéis solares.

Exemplos de óxidos metálicos

Óxidos de ferro

2fe (s) + o₂(g) => 2Feo (s) óxido de ferro (ii).

6Feo (s) + O₂(g) => 2fe₃QUALQUER₄(s) óxido de ferro magnético.

Fé₃QUALQUER₄, Também conhecido como magnetita, é um óxido misto; Isso significa que consiste em uma mistura sólida de feia e fé₂QUALQUER₃.

4fe₃QUALQUER₄(s) + ou₂(g) => 6fe₂QUALQUER₃(s) óxido de ferro (iii).

Óxidos alcalinos e alcalinos

Os metais alcalinos e alcalistas têm apenas um número de oxidação; portanto, seus óxidos são mais "simples":

-N / D₂O: óxido de sódio.

-Li₂O: óxido de lítio.

-K₂O: óxido de potássio.

-Cao: óxido de cálcio.

-MGO: óxido de magnésio.

-BEEO: óxido beril (que é um óxido anfotérico).

Óxidos do grupo IIIa (13)

Os elementos do Grupo IIIA (13) podem formar óxidos apenas com um número de oxidação de +3. Assim, eles têm uma fórmula química M₂QUALQUER₃ e seus óxidos são os seguintes:

-Para o₂QUALQUER₃: óxido de aluminio.

-Ga₂QUALQUER₃: óxido de gálio.

-Em₂QUALQUER₃: Óxido indiano.

E finalmente:

-Tl₂QUALQUER₃: Óxido de talium.

Referências

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Química (8ª ed.). Cengage Learning, p 237.
2. Alonsoformula. Metal oxida. Retirado de: AlonsoFormula.com
3. Regentes da Universidade de Minnesota (2018). Características ácidas-base de óxidos metálicos e não-metal. Tirado de: química.Umn.Edu