- 비금속 산화물의 특성
- 염기도
- 양쪽 성
- 명명법
- 전통적인 명명법
- 체계적인 명명법
- 주식 명명법
- 원자가 수 계산
- 그들은 어떻게 형성됩니까?
- 금속과 산소의 직접적인 반응
- 금속염과 산소의 반응
- 응용
- 예
- 산화철
- 알칼리 및 알칼리 토 산화물
- IIIA 족 산화물 (13)
- 참고 문헌
금속 산화물 은 금속 양이온과 산소로 구성된 무기 화합물입니다. 이들은 일반적으로 산화물 음이온 (O 2– )이 M + 종과 정전 기적으로 상호 작용 하는 수많은 이온 고체로 구성됩니다 .
M + 는 순수한 금속에서 파생되는 양이온과 같습니다. 알칼리 및 전이 금속에서 일부 귀금속 (예 : 금, 백금 및 팔라듐)을 제외하고 표의 p 블록에서 가장 무거운 원소까지 주기적 (예 : 납 및 비스무트).
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위의 이미지는 붉은 껍질로 덮인 철 표면을 보여줍니다. 이 "딱지"는 녹 또는 녹으로 알려진 것으로, 환경 조건의 결과로 금속이 산화되었다는 시각적 증거를 나타냅니다. 화학적으로 녹은 산화철 (III)의 수화 된 혼합물입니다.
금속의 산화로 인해 표면이 저하되는 이유는 무엇입니까? 이것은 금속의 결정 구조 내에 산소가 포함되어 있기 때문입니다.
이런 일이 발생하면 금속의 부피가 증가하고 원래의 상호 작용이 약해져 고체가 파열됩니다. 마찬가지로, 이러한 균열은 더 많은 산소 분자가 내부 금속층을 침투하여 내부에서 조각을 완전히 먹어 치 웁니다.
그러나이 프로세스는 다른 속도로 발생하며 금속의 특성 (반응성)과이를 둘러싼 물리적 조건에 따라 다릅니다. 따라서 금속의 산화를 가속화하거나 늦추는 요인이 있습니다. 그중 두 가지는 습도와 pH의 존재입니다.
왜? 금속 산화물을 생성하기위한 금속 산화는 전자의 이동을 포함하기 때문입니다. 다른 하나의 화학 종으로부터 이러한 "여행"만큼 환경 이온 (H의 존재로 인해서, 그것을 용이 같이 + , 나트륨 + , Mg를 2+ , CL - 등) pH를 변경하거나함으로써, 수송 수단을 제공하는 물 분자.
분석적으로 금속이 해당 산화물을 형성하는 경향은 환원 전위에 반영되어 어떤 금속이 다른 금속에 비해 더 빨리 반응하는지 나타냅니다.
예를 들어, 금은 철보다 훨씬 더 큰 환원 잠재력을 가지고 있기 때문에 산화없이 금빛이 빛을 내며 빛을 발합니다.
비금속 산화물의 특성
산화 마그네슘, 금속 산화물.
금속 산화물의 특성은 금속 및 O 2– 음이온과 상호 작용하는 방식에 따라 다릅니다 . 이것은 일부 산화물이 다른 산화물보다 물에 더 높은 밀도 또는 용해도를 가지고 있음을 의미합니다. 그러나 그들은 모두 공통적으로 금속성 특성을 가지고 있으며 필연적으로 염기성에 반영됩니다.
즉, 염기성 무수물 또는 염기성 산화물이라고도합니다.
염기도
금속 산화물의 염기도는 산-염기 지시약을 사용하여 실험적으로 확인할 수 있습니다. 어떻게? 약간의 용해 된 지시약이있는 수용액에 작은 산화물 조각을 추가합니다. 이것은 보라색 양배추의 액화 주스 일 수 있습니다.
그런 다음 pH에 따른 색상 범위를 가지면 산화물은 기본 pH에 해당하는 주스를 푸르스름한 색상으로 바꿉니다 (값은 8에서 10 사이). 이는 산화물 방출 OH의 용해 부의 사실이다 - 이온 배지로는,이 실험에서, 상기 pH의 변화에 책임되고.
따라서 물에 용해되는 산화물 MO의 경우 다음 화학 방정식에 따라 금속 수산화물 ( "수화 된 산화물")로 변환됩니다.
MO + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 2OH -
두 번째 방정식은 수산화물 M (OH) 2 의 용해도 평형입니다 . 금속에는 2+ 전하가 있으며 이는 원자가가 +2임을 의미합니다. 금속의 원자가는 전자를 얻는 경향과 직접적인 관련이 있습니다.
이런 식으로 원자가가 더 긍정적 일수록 산도가 높아집니다. M의 원자가가 +7 인 경우 산화물 M 2 O 7 은 산성이되고 염기성이 아닙니다.
양쪽 성
금속 산화물은 기본이지만 모두 동일한 금속 특성을 갖지는 않습니다. 어떻게 아십니까? 주기율표에서 금속 M 찾기. 당신이 그것의 왼쪽으로 멀어 질수록, 낮은 기간에는 더 금속성이 될 것이고 따라서 당신의 산화물은 더 기본이 될 것입니다.
염기성 산화물과 산성 산화물 (비금속 산화물)의 경계에는 양쪽 성 산화물이 있습니다. 여기서 '양성'이라는 단어는 산화물이 염기와 산으로 작용한다는 것을 의미하며, 이는 수용액에서와 동일하게 수산화물 또는 수성 복합체 M (OH 2 ) 6 2+를 형성 할 수 있습니다 .
수성 복합체는 n 개의 물 분자와 금속 중심 M의 배위에 불과합니다. M (OH 2 ) 6 2+ 복합체 의 경우 금속 M 2+ 는 6 개의 물 분자로 둘러싸여 있으며 수화 된 양이온. 이러한 복합체의 대부분은 구리와 코발트에서 관찰되는 것과 같이 강렬한 착색을 보입니다.
명명법
금속 산화물은 어떻게 명명됩니까? 이를 수행하는 방법에는 전통적, 체계적, 재고의 세 가지가 있습니다.
전통적인 명명법
IUPAC가 관리하는 규칙에 따라 금속 산화물의 이름을 올바르게 지정하려면 금속 M의 가능한 원자가를 알아야합니다. 가장 큰 값 (가장 양의 값)은 금속 이름에 접미사 -ico가 지정됩니다. minor, 접두사 –oso.
예 : 금속 M의 +2 및 +4 원자가가 주어지면 해당 산화물은 MO 및 MO 2 입니다. M이 납, Pb에서 떨어지면 산화물 PbO Plumb이 부담 하고 PbO 2 산화물 PLUMB ico . 금속에 원자가가 하나만있는 경우 산화물은 접미사 –ico로 명명됩니다. 따라서 Na 2 O는 산화 나트륨입니다.
반면에 접두사 hypo- 및 per-는 금속에 사용할 수있는 원자가가 3 개 또는 4 개인 경우 추가됩니다. 따라서 Mn 2 O 7 은 무엇보다도 Mn가 +7 원자가를 갖기 때문에 Mangan ico 당 산화물 입니다 .
그러나 이러한 유형의 명명법은 특정 어려움을 나타내며 일반적으로 가장 적게 사용됩니다.
체계적인 명명법
그 안에는 산화물의 화학식을 구성하는 M과 산소 원자의 수가 고려됩니다. 그들로부터 해당 접두사 mono-, di-, tri-, tetra- 등이 할당됩니다.
최근의 세 가지 금속 산화물을 예로 들면 PbO는 일산화 납입니다. PbO 2 이산화 납; Na 2 O는 일산화이 나트륨이다. 녹의 경우 Fe 2 O 3 , 각각의 이름은 삼산화 이철입니다.
주식 명명법
다른 두 가지 명명법과 달리이 명명법에서는 금속의 원자가가 더 중요합니다. 원자가는 (I), (II), (III), (IV) 등 괄호 안에 로마 숫자로 지정됩니다. 그런 다음 금속 산화물을 금속 (n) 산화물이라고합니다.
이전 예에 대한 재고 명명법을 적용하면 다음과 같습니다.
-PbO : 납 (II) 산화물.
-PbO 2 : 납 (IV) 산화물.
-Na 2 O : 산화 나트륨. 고유 원자가가 +1이므로 지정되지 않습니다.
-Fe 2 O 3 : 산화철 (III).
-Mn 2 O 7 : 망간 (VII) 산화물.
원자가 수 계산
그러나 원자가가있는 주기율표가 없다면 어떻게 결정할 수 있습니까? 이를 위해 우리는 음이온 O 2– 가 금속 산화물에 두 개의 음전하를 제공 한다는 것을 기억해야합니다 . 중성의 원리에 따라 이러한 음전하는 금속의 양전하로 중화되어야합니다.
따라서 화학식에서 산소의 수를 알면 금속의 원자가를 대수적으로 결정하여 전하의 합이 0이되도록 할 수 있습니다.
Mn 2 O 7 에는 7 개의 산소가 있으므로 음전하는 7x (-2) = -14와 같습니다. -14의 음전하를 중화하려면 망간이 +14 (14-14 = 0)에 기여해야합니다. 우리가 가지고있는 수학 방정식을 제시하면 :
2X-14 = 0
2는 두 개의 망간 원자가 있다는 사실에서 비롯됩니다. 금속의 원자가 인 X를 풀고 풀기 :
X = 14/2 = 7
즉, 각 Mn의 원자가는 +7입니다.
그들은 어떻게 형성됩니까?
수분과 pH는 금속의 해당 산화물로의 산화에 직접적인 영향을 미칩니다. 산성 산화물 인 CO 2 의 존재는 금속 부분을 덮고있는 물에 충분히 용해되어 음이온 형태의 산소가 금속의 결정 구조에 통합되는 것을 가속화 할 수 있습니다.
이 반응은 특히 단시간에 산화물을 얻고 자 할 때 온도 상승과 함께 가속화 될 수 있습니다.
금속과 산소의 직접적인 반응
금속 산화물은 금속과 주변 산소 사이의 반응의 산물로 형성됩니다. 이것은 아래 화학 방정식으로 나타낼 수 있습니다.
2M (s) + O 2 (g) => 2MO (s)
산소는 O = O 이중 결합이 강하고 금속과 금속 사이의 전자 전달이 비효율적이기 때문에이 반응은 느립니다.
그러나 온도와 표면적이 증가함에 따라 상당히 가속됩니다. 이것은 O = O 이중 결합을 끊기 위해 필요한 에너지가 제공되고 더 큰 면적이 있으면 산소가 금속 전체를 균일하게 이동하여 동시에 금속 원자와 충돌하기 때문입니다.
반응하는 산소의 양이 많을수록 금속의 원자가 또는 산화수가 커집니다. 왜? 산소는 가장 높은 산화 수에 도달 할 때까지 금속에서 점점 더 많은 전자를 가져 오기 때문입니다.
예를 들어 이것은 구리에서 볼 수 있습니다. 금속 구리 조각이 제한된 양의 산소와 반응하면 Cu 2 O 가 형성됩니다 (산화 구리 (I), 산화제 1 구리 또는 일산화이 코브).
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (열) => 2Cu 2 O (s) (빨간색 고체)
그러나 동등한 양으로 반응하면 CuO (산화 구리 (II), 산화 구리 또는 일산화 구리)가 얻어진다.
2Cu (s) + O 2 (g) + Q (열) => 2CuO (s) (검은 색 고체)
금속염과 산소의 반응
금속 산화물은 열분해를 통해 형성 될 수 있습니다. 이것이 가능하려면 시작 화합물 (염 또는 수산화물)에서 하나 또는 두 개의 작은 분자가 방출되어야합니다.
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3 ) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
H 2 O, CO 2 , NO 2 및 O 2 는 방출 된 분자입니다.
응용
지각에있는 금속의 풍부한 구성과 대기 중의 산소로 인해 금속 산화물은 많은 광물 학적 출처에서 발견되며, 이로부터 새로운 물질의 제조를위한 견고한 기초를 얻을 수 있습니다.
각 금속 산화물은 영양 학적 (ZnO 및 MgO)에서 시멘트 첨가제 (CaO) 또는 단순히 무기 안료 (Cr 2 O 3 )에 이르기까지 매우 특정한 용도로 사용 됩니다.
일부 산화물은 밀도가 너무 높아서 층 성장을 제어하면 합금이나 금속이 추가 산화되지 않도록 보호 할 수 있습니다. 연구에 따르면 보호 층의 산화는 마치 금속의 모든 균열이나 표면 결함을 덮는 액체 인 것처럼 계속됩니다.
금속 산화물은 나노 입자 또는 큰 고분자 응집체로 매혹적인 구조를 취할 수 있습니다.
이 사실은 최소한의 물리적 자극에 반응하는 장치를 설계하는 데 사용되는 넓은 표면적 때문에 지능형 재료의 합성을위한 연구의 대상이됩니다.
또한 금속 산화물은 전자 장비에 고유 한 특성을 가진 거울 및 세라믹에서 태양 전지판에 이르기까지 많은 기술 응용 분야의 원료입니다.
예
산화철
2Fe (s) + O 2 (g) => 2FeO (s) 산화철 (II).
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) 자성 산화철.
마그네타이트라고도 알려진 Fe 3 O 4 는 혼합 산화물입니다. 이것은 FeO와 Fe 2 O 3 의 고체 혼합물로 구성되어 있음을 의미합니다 .
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) 산화철 (III).
알칼리 및 알칼리 토 산화물
알칼리 및 알칼리 토금속은 모두 하나의 산화수 만 가지고 있으므로 산화물이 더 "단순"합니다.
-Na 2 O : 산화 나트륨.
-Li 2 O : 산화 리튬.
-K 2 O : 산화 칼륨.
-CaO : 산화 칼슘.
-MgO : 산화 마그네슘.
-BeO : 베릴륨 산화물 (양쪽 성 산화물)
IIIA 족 산화물 (13)
IIIA 족 원소 (13)는 산화수가 +3 인 산화물 만 형성 할 수 있습니다. 따라서 그들은 화학식 M 2 O 3을 가지며 산화물은 다음과 같습니다.
-Al 2 O 3 : 산화 알루미늄.
-Ga 2 O 3 : 산화 갈륨.
-In 2 O 3 : 인듐 산화물.
그리고 마지막으로
-Tl 2 O 3 : 산화 탈륨.
참고 문헌
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