Оксиды металлов это ионные соединения

Оксиды: классификация, получение и химические свойства

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из атомов двух элементов, один из которых — кислород со степенью окисления -2. При этом кислород связан только с менее электроотрицательным элементом.

В зависимости от второго элемента оксиды проявляют разные химические свойства. В школьном курсе оксиды традиционно делят на солеобразующие и несолеобразующие. Некоторые оксиды относят к солеобразным (двойным).

Двойные оксиды — это некоторые оксиды , образованные элементом с разными степенями окисления.

Солеобразующие оксиды делят на основные, амфотерные и кислотные.

Основные оксиды — это оксиды, обладающие характерными основными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степень окисления +1 и +2.

Кислотные оксиды — это оксиды, характеризующиеся кислотными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степенью окисления +5, +6 и +7, а также атомами неметаллов.

Амфотерные оксиды — это оксиды, характеризующиеся и основными, и кислотными свойствами. Это оксиды металлов со степенью окисления +3 и +4, а также четыре оксида со степенью окисления +2: ZnO, PbO, SnO и BeO.

Несолеобразующие оксиды не проявляют характерных основных или кислотных свойств, им не соответствуют гидроксиды. К несолеобразующим относят четыре оксида: CO, NO, N2O и SiO.

Классификация оксидов

Получение оксидов

Общие способы получения оксидов:

1. Взаимодействие простых веществ с кислородом :

1.1. Окисление металлов: большинство металлов окисляются кислородом до оксидов с устойчивыми степенями окисления.

Например , алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Не взаимодействуют с кислородом золото, платина, палладий.

Натрий при окислении кислородом воздуха образует преимущественно пероксид Na2O2,

Калий, цезий, рубидий образуют преимущественно пероксиды состава MeO2:

Примечания : металлы с переменной степенью окисления окисляются кислородом воздуха, как правило, до промежуточной степени окисления (+3):

Железо также горит с образованием железной окалины — оксида железа (II, III):

1.2. Окисление простых веществ-неметаллов.

Как правило, при окислении неметаллов образуется оксид неметалла с высшей степенью окисления, если кислород в избытке, или оксид неметалла с промежуточной степенью окисления, если кислород в недостатке.

Например , фосфор окисляется избытком кислорода до оксида фосфора (V), а под действием недостатка кислорода до оксида фосфора (III):

Но есть некоторые исключения .

Например , сера сгорает только до оксида серы (IV):

Оксид серы (VI) можно получить только окислением оксида серы (IV) в жестких условиях в присутствии катализатора:

2SO2 + O2 = 2SO3

Азот окисляется кислородом только при очень высокой температуре (около 2000 о С), либо под действием электрического разряда, и только до оксида азота (II):

Не окисляется кислородом фтор F2 (сам фтор окисляет кислород). Не взаимодействуют с кислородом прочие галогены (хлор Cl2, бром и др.), инертные газы (гелий He, неон, аргон, криптон).

2. Окисление сложных веществ (бинарных соединений): сульфидов, гидридов, фосфидов и т.д.

При окислении кислородом сложных веществ, состоящих, как правило, из двух элементов, образуется смесь оксидов этих элементов в устойчивых степенях окисления.

Например , при сжигании пирита FeS2 образуются оксид железа (III) и оксид серы (IV):

Сероводород горит с образованием оксида серы (IV) при избытке кислорода и с образованием серы при недостатке кислорода:

А вот аммиак горит с образованием простого вещества N2, т.к. азот реагирует с кислородом только в жестких условиях:

А вот в присутствии катализатора аммиак окисляется кислородом до оксида азота (II):

3. Разложение гидроксидов. Оксиды можно получить также из гидроксидов — кислот или оснований. Некоторые гидроксиды неустойчивы, и самопроизвольную распадаются на оксид и воду; для разложения некоторых других (как правило, нерастворимых в воде) гидроксидов необходимо их нагревать (прокаливать).

Читайте также:  Purman металл профиль характеристики

гидроксид → оксид + вода

Самопроизвольно разлагаются в водном растворе угольная кислота, сернистая кислота, гидроксид аммония, гидроксиды серебра (I), меди (I):

2AgOH → Ag2O + H2O

2CuOH → Cu2O + H2O

При нагревании разлагаются на оксиды большинство нерастворимых гидроксидов — кремниевая кислота, гидроксиды тяжелых металлов — гидроксид железа (III) и др.:

4. Еще один способ получения оксидов — разложение сложных соединений — солей .

Например , нерастворимые карбонаты и карбонат лития при нагревании разлагаются на оксиды:

Соли, образованные сильными кислотами-окислителями (нитраты, сульфаты, перхлораты и др.), при нагревании, как правило, разлагаются с с изменением степени окисления:

Более подробно про разложение нитратов можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.

Химические свойства оксидов

Значительная часть химических свойств оксидов описывается схемой взаимосвязи основных классов неорганических веществ.

Химические свойства основных оксидов

Подробно про химические свойства оксидов можно прочитать в соответствующих статьях:

Источник

Свойства, номенклатура, применение и примеры оксидов металлов

оксиды металлов это неорганические соединения, образованные металлическими катионами и кислородом. Они обычно содержат огромное количество ионных твердых веществ, в которых оксид аниона (O 2- ) электростатически взаимодействует с видами М + .

M + это любой катион, полученный из чистого металла: от щелочных и переходных металлов, за исключением некоторых благородных металлов (таких как золото, платина и палладий), до более тяжелых элементов блока p периодической таблицы ( как свинец и висмут).

Верхнее изображение показывает железную поверхность, покрытую красноватыми корками. Эти «корочки» — это то, что известно как ржавчина или ржавчина, которые, в свою очередь, представляют собой визуальный тест на окисление металла в зависимости от условий его окружающей среды. Химически ржавчина представляет собой гидратированную смесь оксидов железа (III).

Почему окисление металла приводит к деградации его поверхности? Это связано с включением кислорода в кристаллическую структуру металла.

Когда это происходит, объем металла увеличивается, а исходные взаимодействия ослабевают, что приводит к разрушению твердого тела. Кроме того, эти трещины позволяют большему количеству молекул кислорода проникать во внутренние металлические слои, поглощая весь кусок изнутри..

Однако этот процесс происходит на разных скоростях и зависит от природы металла (его реакционной способности) и физических условий, которые его окружают. Следовательно, существуют факторы, которые ускоряют или замедляют окисление металла; два из них — наличие влаги и pH.

Почему? Поскольку окисление металла с образованием оксида металла подразумевает перенос электрона. Они «путешествуют» от одного химического вида к другому, пока среда способствует этому, либо присутствием ионов (H + , не доступно + , мг 2+ , Cl — , и т. д.), которые изменяют рН, или молекулами воды, которые обеспечивают транспортные средства.

Аналитически тенденция металла образовывать соответствующий оксид отражается в его восстановительных потенциалах, которые показывают, какой металл реагирует быстрее по сравнению с другим.

Золото, например, имеет гораздо больший восстановительный потенциал, чем железо, поэтому оно сияет своим характерным золотым свечением без оксида, который его размывает..

  • 1 Свойства неметаллических оксидов
    • 1.1 Основность
    • 1.2 Амфотеризм
  • 2 Номенклатура
    • 2.1 Традиционная номенклатура
    • 2.2 Систематическая номенклатура
    • 2.3 Товарная номенклатура
    • 2.4 Расчет числа валентностей
  • 3 Как они образовались?
    • 3.1 Прямая реакция металла с кислородом
    • 3.2 Реакция солей металлов с кислородом
  • 4 использования
  • 5 примеров
    • 5.1 Оксиды железа
    • 5.2 Щелочные и щелочноземельные оксиды
    • 5.3 Группа IIIA оксидов (13)
  • 6 Ссылки

Свойства неметаллических оксидов

Свойства оксидов металлов варьируются в зависимости от металла и того, как он взаимодействует с анионом О 2- . Это влечет за собой то, что некоторые оксиды имеют более высокую плотность или растворимость в воде, чем другие. Однако все они имеют общий металлический характер, что неизбежно отражается на его основности..

Другими словами: они также известны как основные ангидриды или основные оксиды.

основность

Основность оксидов металлов может быть проверена экспериментально с использованием кислотно-основного индикатора. Как? Добавление небольшого куска оксида в водный раствор с небольшим количеством растворенного индикатора; это может быть сжиженный сок фиолетовой капусты.

Имея диапазон цветов в зависимости от pH, оксид превратит сок в голубоватый цвет, соответствующий базовому pH (со значениями от 8 до 10). Это потому, что растворенная часть оксида высвобождает ионы ОН — к окружающей среде, будучи в эксперименте ответственными за изменение pH.

Читайте также:  Как научиться сварки по металлу самому

Таким образом, для оксида МО, который растворяется в воде, он превращается в гидроксид металла («гидратированный оксид») в соответствии со следующими химическими уравнениями:

Второе уравнение представляет собой баланс растворимости гидроксида М (ОН)2. Обратите внимание, что металл имеет заряд 2+, что также означает, что его валентность равна +2. Валентность металла напрямую связана с его тенденцией к получению электронов.

Таким образом, чем позитивнее валентность, тем выше ее кислотность. В случае, когда М имел валентность +7, тогда оксид М2О7 это было бы кислым и не основным.

амфотерность

Оксиды металлов являются основными, однако не все имеют одинаковый металлический характер. Как узнать? Расположение металла М в периодической таблице. Чем больше он находится слева от него и в более низкие периоды, тем более металлическим он будет и, следовательно, более основным будет его оксид.

На границе между основными и кислотными оксидами (неметаллическими оксидами) находятся амфотерные оксиды. Здесь слово «амфотерный» означает, что оксид действует и как основание, и как кислота, что так же, как в водном растворе, он может образовывать гидроксид или водный комплекс М (ОН2)6 2+ .

Водный комплекс — не более чем координация N молекулы воды с металлическим центром М. Для комплекса М (ОН2)6 2+ , металл М 2+ Он окружен шестью молекулами воды и может рассматриваться как гидратированный катион. Многие из этих комплексов проявляют интенсивную окраску, такую ​​как наблюдаемая для меди и кобальта.

номенклатура

Как называются оксиды металлов? Есть три способа сделать это: традиционный, систематический и фондовый.

Традиционная номенклатура

Чтобы правильно назвать оксид металла в соответствии с правилами, регулируемыми IUPAC, необходимо знать возможные валентности металла М. Самому большому (наиболее положительному) присваивается название металла суффикс -ico, тогда как минор, префикс -oso.

Пример: с учетом валентностей +2 и +4 металла М его соответствующими оксидами являются МО и МО2. Если бы М был свинцом, Pb, то PbO был бы оксидным отвесомнести, и PbO2 оксидная сливаICO. Если металл имеет только одну валентность, он называется его оксидом с суффиксом -ico. Итак, На2Или это оксид натрия.

С другой стороны, гипо- и префиксы добавляются, когда для металла доступно три или четыре валентности. Таким образом, Mn2О7 это оксид вМенгенICO, потому что Mn имеет валентность +7, самый высокий из всех.

Тем не менее, этот тип номенклатуры представляет определенные трудности и обычно используется наименее.

Систематическая номенклатура

Он учитывает количество атомов М и кислорода, составляющих химическую формулу оксида. Из них ему назначены соответствующие префиксы: моно-, ди-, три-, тетра- и т. Д..

На примере трех недавних оксидов металлов PbO является моноксидом свинца; PbO2 диоксид свинца; и Na2Или окись динатрия. Для случая ржавчины, Fe2О3, его соответствующее название является триоксидом дигеро.

Товарная номенклатура

В отличие от двух других номенклатур, в этом валентность металла имеет большее значение. Валентность указывается римскими цифрами в скобках: (I), (II), (III), (IV) и т. Д. Оксид металла тогда называют оксидом металла (n).

Применяя номенклатуру запаса для предыдущих примеров, мы имеем:

-PbO: оксид свинца (II).

-PbO2: оксид свинца (IV).

-не доступно2О: оксид натрия. Поскольку он имеет уникальную валентность +1, он не указан.

-Миннесота2О7: оксид марганца (VII).

Расчет числа валентностей

Но если у вас нет периодической таблицы с валентностями, как вы можете их определить? Для этого мы должны помнить, что анион O 2- он вносит два отрицательных заряда в оксид металла. Следуя принципу нейтральности, эти отрицательные заряды должны быть нейтрализованы положительными зарядами металла..

Поэтому, если число атомов кислорода известно по химической формуле, валентность металла может быть определена алгебраически, так что сумма зарядов дает ноль.

Читайте также:  Размеры сверл по металлу для нарезания резьбы

Mn2О7 имеет семь атомов кислорода, то его отрицательные заряды равны 7х (-2) = -14. Чтобы нейтрализовать отрицательный заряд -14, марганец должен обеспечить +14 (14-14 = 0). Положить математическое уравнение тогда:

2 происходит из-за того, что есть два атома марганца. Решаем и очищаем Х, валентность металла:

То есть каждый Mn имеет валентность +7.

Как они образовались?

Влажность и рН напрямую влияют на окисление металлов в их соответствующих оксидах. Наличие СО2, Оксид кислоты может быть достаточно растворен в воде, которая покрывает металлическую часть, чтобы ускорить введение кислорода в анионной форме в кристаллическую структуру металла..

Эту реакцию также можно ускорить с повышением температуры, особенно когда желательно получить оксид за короткое время..

Прямая реакция металла с кислородом

Оксиды металлов образуются как продукт реакции между металлом и окружающим кислородом. Это может быть представлено с помощью химического уравнения ниже:

Эта реакция медленная, так как кислород имеет сильную двойную связь O = O и электронный перенос между ним и металлом неэффективен.

Тем не менее, он значительно ускоряется с увеличением температуры и площади поверхности. Это связано с тем, что энергия, необходимая для разрыва двойной связи O = O, обеспечивается, и, поскольку существует большая площадь, кислород равномерно движется по всему металлу, одновременно сталкиваясь с атомами металла..

Чем больше количество реагента кислорода, тем больше валентность или степень окисления, возникающая для металла. Почему? Поскольку кислород захватывает все больше электронов из металла, пока он не достигнет максимальной степени окисления.

Это можно увидеть, например, для меди. Когда кусок металлической меди реагирует с ограниченным количеством кислорода, образуется медь2O (оксид меди (I), оксид меди или двуокись диоксида):

4Cu (s) + O2(г) + Q (тепло) => 2Cu2O (s) (красное твердое вещество)

Но когда он реагирует в эквивалентных количествах, получается CuO (оксид меди (II), оксид меди или оксид меди):

2Cu (s) + O2(г) + Q (нагрев) => 2CuO (s) (сплошной черный цвет)

Реакция солей металлов с кислородом

Оксиды металлов могут образовываться в результате термического разложения. Чтобы это было возможно, одна или две маленькие молекулы должны быть освобождены от исходного соединения (соли или гидроксида):

Обратите внимание, что H2O, CO2, НЕТ2 и O2 высвобождаются ли молекулы.

приложений

Из-за богатого состава металлов в земной коре и кислорода в атмосфере оксиды металлов обнаруживаются во многих минералогических источниках, из которых можно получить твердую основу для производства новых материалов..

Каждый оксид металла находит очень специфическое применение: от пищевых (ZnO и MgO) до цементных добавок (CaO) или просто в виде неорганических пигментов (Cr).2О3).

Некоторые оксиды настолько плотны, что контролируемый рост их слоев может защитить сплав или металл от дальнейшего окисления. Даже исследования показали, что окисление защитного слоя происходит так, как если бы это была жидкость, покрывающая все трещины или поверхностные дефекты металла..

Оксиды металлов могут принимать захватывающие структуры в виде наночастиц или крупных полимерных агрегатов..

Этот факт делает их предметом исследований для синтеза интеллектуальных материалов из-за его большой площади поверхности, которая используется для разработки устройств, которые реагируют на наименьший физический стимул.

Аналогично, оксиды металлов являются сырьем для многих технологических применений, от зеркал и керамики с уникальными свойствами для электронного оборудования до солнечных батарей..

примеров

Оксиды железа

2Fe (s) + O2(г) => 2FeO (s) оксид железа (II).

6FeO (s) + O2(г) => 2Fe3О4(s) Магнитный оксид железа.

Вера3О4, также известный как магнетит, это смешанный оксид; Это означает, что он состоит из твердой смеси FeO и Fe2О3.

Щелочные и щелочноземельные оксиды

Как щелочные, так и щелочноземельные металлы имеют одну степень окисления, поэтому их оксиды являются более «простыми»:

-не доступно2O: оксид натрия.

-CaO: оксид кальция.

-MgO: оксид магния.

-BeO: оксид бериллия (амфотерный оксид)

Группа IIIA оксиды (13)

Элементы группы IIIA (13) могут образовывать оксиды только с степени окисления +3. Таким образом, они имеют химическую формулу М2О3 и его оксиды следующие:

Источник

Поделиться с друзьями
Металл