Oxydes métalliques

Aspect métallique d'oxyde

Que sont les oxydes métalliques?

Les Oxydes métalliques Ce sont des composés inorganiques formés par des cations métalliques et de l'oxygène. Ils comprennent généralement un grand nombre de solides ioniques, dans lequel l'oxyde anion (ou^2-) interagir électrostatiquement avec m espèces⁺. En mots plus simples, ce sont les composés chimiques qui résultent de la combinaison d'un métal avec de l'oxygène.

M⁺ Il s'agit donc de tout cation qui dérive du métal pur: des métaux alcalins et de transition, à l'exception de certains métaux nobles (comme l'or, le platine et le paladium), aux éléments les plus lourds du bloc P du tableau périodique (comme le plomb et bismuth).

Dans l'image supérieure, une surface de fer recouverte de croûtes rougeâtre est représentée. Ces «croûtes» sont ce que l'on appelle la rouille ou l'urine, qui représentent à leur tour un test visuel d'oxydation des métaux après les conditions de leur environnement. Chimiquement, la rouille est un mélange hydraté d'oxydes de fer (III).

Pourquoi l'oxydation du métal entraîne-t-elle la dégradation de sa surface? Cela est dû à l'incorporation de l'oxygène dans la structure cristalline du métal.

Lorsque cela se produit, le volume du métal augmente et les interactions originales sont affaiblies, provoquant la rupture du solide. De même, ces fissures permettent à plus de molécules d'oxygène de pénétrer les couches de métal internes, mangeant complètement la pièce de l'intérieur.

Cependant, ce processus se produit à différentes vitesses et dépend de la nature du métal (sa réactivité) et des conditions physiques qui l'entourent. Par conséquent, il existe des facteurs qui accélèrent ou ralentissent l'oxydation du métal; Deux d'entre eux sont la présence d'humidité et de pH.

Parce que? Parce que l'oxydation du métal pour produire un oxyde métallique implique un transfert d'électrons. Ces «voyages» d'un produit chimique à l'autre tant que l'environnement le facilite, soit par la présence d'ions (h⁺, N / A⁺, Mg²⁺, CL^-, etc.), qui modifie le pH, ou par les molécules d'eau qui fournissent les moyens de transport.

Analytiquement, la tendance d'un métal pour former l'oxyde correspondant se reflète dans ses potentiels de réduction, qui révèlent quel métal réagit plus rapidement par rapport à un autre.

L'or, par exemple, a un potentiel de réduction beaucoup plus élevé que le fer, c'est pourquoi il brille avec sa lueur dorée caractéristique sans oxyde qui l'offre.

Propriétés des oxydes métalliques

Les propriétés des oxydes métalliques varient selon le métal et comment il interagit avec l'anion ou^2-. Cela implique que certains oxydes ont de plus grandes densités ou solubilités dans l'eau que d'autres. Cependant, chacun a en commun la nature métallique, qui se reflète inévitablement dans sa basicité.

En d'autres termes: ils sont également connus sous le nom d'anhydrides de base ou d'oxydes de base.

Basicité

La basicité des oxydes métalliques peut être vérifiée expérimentalement en utilisant un indicateur acide-base. Comme? Ajoutant un petit morceau d'oxyde à une solution aqueuse avec un peu d'indicateur dissous; Cela peut être le jus liquéfié du Colorad.

Ayant la gamme de couleurs en fonction du pH, l'oxyde fera le jus aux couleurs bleuâtre, correspondant au pH de base (avec des valeurs entre 8 et 10). En effet^- Au milieu, ceux-ci sont dans ladite expérience ceux qui sont responsables du changement de pH.

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Ainsi, pour un oxyde de mo qui est solubilisé dans l'eau, il est transformé en hydroxyde métallique (un "oxyde hydraté") selon les équations chimiques suivantes:

MO + H₂O => M (OH)₂

M (oh)₂ M²⁺ + 2OH^-

La deuxième équation est l'équilibre de la solubilité de l'hydroxyde M (OH)₂. Notez que le métal a une charge de 2+, ce qui signifie également que sa valence est +2. Metal Valencia est directement lié à sa tendance à gagner des électrons.

De cette façon, plus le Valencia est positif, plus son acidité est grande. Dans le cas où m avait Valencia de +7, puis l'oxyde M₂SOIT₇ Ce serait acide et pas basique.

Anfotérisme

Les oxydes métalliques sont basiques, cependant, tout le monde n'a pas le même caractère métallique. Comment savoir? Placer le métal m dans le tableau périodique. Plus il y a à gauche de la même chose, et dans les périodes basses, plus elle sera métallique et donc plus fondamental sera son oxyde.

À la frontière entre les oxydes de base et acide (oxydes non métalliques) se trouvent des oxydes amphoteros. Ici, le mot «amphoter» signifie que l'oxyde agit autant qu'une base et un acide, ce qui est égal au fait que dans une solution aqueuse peut former l'hydroxyde ou le complexe aqueux M (OH₂)₆²⁺.

Le complexe aqueux n'est rien de plus que la coordination de n Molécules d'eau avec le centre métallique m. Pour le complexe M (oh₂)₆²⁺, Le métal m²⁺ Il est entouré de six molécules d'eau et peut être considérée comme un cation hydraté. Beaucoup de ces complexes manifestent des colorations intenses, comme celles observées pour le cuivre et le cobalt.

Nomenclature des oxydes métalliques

Il existe trois façons de nommer des oxydes métalliques: le traditionnel, systématique et le stock.

Nomenclature traditionnelle

Pour nommer correctement l'oxyde métallique selon les règles régies par l'IUPAC, il est nécessaire de connaître les validités possibles du métal M. Le plus grand (le plus positif) est affecté au nom du métal le suffixe -ico, tandis que l'enfant, le préfixe -ooso.

Exemple: étant donné les valences +2 et +4 du métal M, leurs oxydes correspondants sont MO et MO₂. Si m était plomb, PB, alors Pbo serait l'oxyde de plombours, et Pbo₂ Oxyde de plúmbICO. Si le métal n'a qu'un seul Valence, il est nommé son oxyde avec le suffixe -ico. Ainsi, na₂Ou est l'oxyde de sodium.

D'un autre côté, des hypo- et des préfixes sont ajoutés lorsqu'il y a trois ou quatre valences disponibles pour le métal. De cette façon, le MN₂SOIT₇ C'est de l'oxyde parManganICO, Parce que le MN a Valencia +7, le plus grand de tous.

Cependant, ce type de nomenclature présente certaines difficultés et est généralement le moins utilisé.

Nomenclature systématique

Il est considéré comme le nombre d'atomes M et d'oxygène qui composent la formule chimique de l'oxyde. D'après eux, les préfixes mono correspondants sont attribués, di-, tri-, tétra-, etc.

Prenant comme exemple les trois oxydes métalliques récents, le PBO est le monoxyde de plomb; Le PBO₂ dioxyde de plomb; et le na₂O Dysodio monoxyde. Dans le cas de la rouille, la foi₂SOIT₃, Son nom respectif est le trioxyde de dihierro.

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Nomenclature des stocks

Contrairement aux deux autres nomenclatures, dans celui-ci, le métal Valence est plus important. Valencia est spécifié par les nombres romains entre parenthèses: (i), (ii), (iii), (iv), etc. L'oxyde métallique est ensuite nommé d'oxyde métallique (N).

Appliquer la nomenclature des actions pour les exemples précédents que vous avez:

-PBO: oxyde de plomb (II).

-PBO₂: Oxyde de plomb (IV).

-N / A₂O: oxyde de sodium. Comme l'a été la valence unique de +1, elle n'est pas spécifiée.

-Foi₂SOIT₃: oxyde de fer (III).

-MN₂SOIT₇: oxyde de manganèse (VII).

Calcul du numéro de valence

Mais s'il n'y a pas de tableau périodique avec des valences, comment peuvent-ils être déterminés? Pour cela, nous devons nous rappeler que l'anion ou^2- Il apporte deux charges négatives à l'oxyde métallique. Suivant le principe de neutralité, ces charges négatives doivent être neutralisées avec un métal positif.

Par conséquent, si le nombre d'oxygène est connu par la formule chimique, le Valencia métallique peut être déterminé algébriquement afin que la somme des charges zéro.

Le MN₂SOIT₇ Il a sept oxygène, puis ses charges négatives sont égales à 7x (-2) = -14. Pour neutraliser la charge négative de -14, les manganesses doivent contribuer +14 (14-14 = 0). Élever l'équation mathématique est alors:

2x - 14 = 0

Le 2 vient du fait qu'il y a deux atomes de manganèse. Résolution et nettoyage X, le métal Valence:

X = 14/2 = 7

C'est-à-dire que chaque MN a Valencia de +7.

Comment se forment les oxydes métalliques?

L'humidité et le pH influencent directement l'oxydation des métaux dans leurs oxydes correspondants. La présence de CO₂, Oxyde acide, il peut se dissoudre suffisamment dans l'eau qui recouvre la pièce métallique pour accélérer l'incorporation de l'oxygène anionique dans la structure cristalline du métal.

Cette réaction peut également être accélérée avec une augmentation de la température, surtout lorsque vous souhaitez obtenir l'oxyde en peu de temps.

Réaction directe en métal avec l'oxygène

Les oxydes métalliques sont formés comme un produit de la réaction entre le métal et l'oxygène environnant. Cela peut être représenté avec l'équation chimique ci-dessous:

2m (s) + o₂(g) => 2mo (s)

Cette réaction est lente, car l'oxygène a une double liaison forte ou = O et le transfert électronique entre elle et le métal est inefficace.

Cependant, il accélère considérablement avec une augmentation de la température et de la surface. Cela est dû au fait que l'énergie nécessaire est fournie pour briser la double liaison ou = o, et ayant une plus grande surface, l'oxygène se déplace uniformément dans tout le métal, en collisant en même temps avec des atomes de métal.

Plus la quantité d'oxygène réactionnaire est grande, plus le Valencia ou le nombre d'oxydation qui en résulte pour le métal. Parce que? Parce que l'oxygène arrache de plus en plus d'électrons au métal, jusqu'à ce qu'il atteigne le plus grand nombre d'oxydation.

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Cela peut être vu pour le cuivre, par exemple. Lorsqu'une pièce en cuivre métallique réagit avec une quantité limitée d'oxygène, il est formé Cu₂O (oxyde de cuivre (I), dicobe cupos ou monoxyde:

4cu (s) + o₂(g) + q (chaleur) => 2cu₂O (s) (solide rouge)

Mais lorsqu'il réagit en quantités équivalentes, le CUO (oxyde de cuivre (II), oxyde de cuprique ou monoxyde de cuivre) est obtenu:

2cu (s) + o₂(g) + q (chaleur) => 2cuo (s) (solide noir)

Réaction des sels métalliques avec l'oxygène

Les oxydes métalliques peuvent être formés par décomposition thermique. Pour être possible, une ou deux petites molécules doivent être libérées du composé initial (un sel ou un hydroxyde):

M (oh)₂ + Q => mo + h₂SOIT

MCO₃ + Q => mo + co₂

2m (non₃)₂ + Q => mo + 4no₂ + SOIT₂

Notez que H₂Ou, co₂, NON₂ je₂ Ce sont les molécules libérées.

Utilisations d'oxydes métalliques

En raison de la riche composition des métaux du cortex terre.

Chaque oxyde métallique trouve des utilisations très spécifiques, de la nutrition (ZnO et MGO) aux additifs en ciment (CAO), ou simplement comme des pigments inorganiques (Cr₂SOIT₃).

Certains oxydes sont si denses que la croissance contrôlée de leurs couches peut protéger un alliage ou un métal contre les oxydations postérieures. Même des études ont révélé que l'oxydation de la couche protectrice se poursuit comme s'il s'agissait d'un liquide qui couvre toutes les surfaces ou les défauts de métaux de surface.

Les oxydes métalliques peuvent adopter des structures fascinantes, soit sous forme de nanoparticules, soit comme de grands agrégats polymères.

Ce fait en fait un objet d'étude pour la synthèse de matériaux intelligents, en raison de leur grande zone superficielle, qui est utilisée pour concevoir des dispositifs qui répondent au stimulus physique inférieur.

De même, les oxydes métalliques sont la matière première de nombreuses applications technologiques, des miroirs et de la céramique avec des propriétés uniques pour l'équipement électronique aux panneaux solaires.

Exemples d'oxydes métalliques

Oxydes de fer

2fe (s) + o₂(g) => 2feo (s) oxyde de fer (II).

6feo (s) + o₂(g) => 2fe₃SOIT₄(S) Oxyde de fer magnétique.

Foi₃SOIT₄, Également connu sous le nom de magnétite, c'est un oxyde mixte; Cela signifie qu'il se compose d'un solide mélange de laid et de foi₂SOIT₃.

4fe₃SOIT₄(s) + ou₂(g) => 6fe₂SOIT₃(S) Oxyde de fer (III).

Oxydes alcalins et alcalins

Les métaux alcalins et alcalistes n'ont qu'un seul numéro d'oxydation, donc leurs oxydes sont plus "simples":

-N / A₂O: oxyde de sodium.

-Li₂O: oxyde de lithium.

-K₂O: oxyde de potassium.

-Cao: oxyde de calcium.

-MgO: oxyde de magnésium.

-Beeo: oxyde de beryl (qui est un oxyde amphotérique).

Oxydes du groupe IIIA (13)

Les éléments du groupe IIIA (13) ne peuvent former des oxydes qu'avec un nombre d'oxydation de +3. Ainsi, ils ont une formule chimique M₂SOIT₃ Et leurs oxydes sont les suivants:

-Au₂SOIT₃: oxyde d'aluminium.

-Géorgie₂SOIT₃: oxyde de gallium.

-Dans₂SOIT₃: Oxyde indien.

Et finalement:

-Tl₂SOIT₃: Oxyde de talium.

Les références

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie (8e Ed.). Cengage Learning, p 237.
2. Allonsoformula. Métal oxyde. Tiré de: Alonsoformula.com
3. Regents de l'Université du Minnesota (2018). Caractéristiques acides des oxydes métalliques et non métalliques. Tiré de: Chem.Umn.Édu