Oxizii sunt compuși binari ai unui element cu oxigen în starea de oxidare (-2). Oxizii sunt compuși caracteristici pentru elementele chimice. Nu este o coincidență DI. Mendeleev în pregătirea mesei periodice a fost ghidat de stoichiometria oxidului superior și a combinat într-un singur grup elemente cu aceeași formulă de oxid superior. Oxidul mai înalt este oxidul în care elementul a adăugat la el un număr maxim posibil de atomi de oxigen. În oxidul superior, elementul se află în starea sa maximă de oxidare. Astfel, oxizii mai mari ai elementelor din grupa VI, ca și nemetalii S, Se, Te și metalele Cr, Mo, W, sunt descrise prin aceeași formula EO3. Toate elementele grupului prezintă cea mai mare similitudine tocmai în cel mai înalt grad de oxidare. De exemplu, toți oxizii mai mari ai elementelor din grupa VI sunt acide.
Oxizii sunt compuși binari ai unui element cu oxigen în starea de oxidare (-2). Oxizii sunt compuși caracteristici pentru elementele chimice. Nu este o coincidență DI. Mendeleev în pregătirea mesei periodice a fost ghidat de stoichiometria oxidului superior și a combinat într-un singur grup elemente cu aceeași formulă de oxid superior. Oxidul mai înalt este oxidul în care elementul a adăugat la el un număr maxim posibil de atomi de oxigen. În oxidul superior, elementul se află în starea sa maximă de oxidare. Astfel, oxizii mai mari ai elementelor din grupa VI, ca și nemetalii S, Se, Te și metalele Cr, Mo, W, sunt descrise prin aceeași formula EO3. Toate elementele grupului prezintă cea mai mare similitudine tocmai în cel mai înalt grad de oxidare. De exemplu, toți oxizii mai mari ai elementelor din grupa VI sunt acide.
Oxizi în tehnologiile metalurgice
Oxizii sunt cei mai obișnuiți compuși în tehnologiile metalurgice.
Multe metale sunt în crusta pământului sub formă de oxizi. Din oxizii naturali se obțin metale importante cum ar fi Fe, Mn, Sn, Cr.
Tabelul prezintă exemple de oxizi naturali utilizați pentru producerea de metale.
Oxizii sunt compușii destinați într-o serie de tehnologii metalurgice. Compușii naturali sunt transformați preliminar în oxizi, din care metalul este apoi redus. De exemplu, sulfurile naturale Zn, Ni, Co, Pb, Mo sunt arse, transformându-le în oxizi.
Hidroxizii și carbonații naturali sunt supuși unei descompuneri termice, rezultând formarea unui oxid.
În plus, deoarece metalele, fiind în mediu, sunt oxidate cu oxigen în aer și la temperaturi ridicate tipice pentru multe industrii metalurgice, oxidarea metalelor este intensificată, cunoașterea proprietăților oxizilor este necesară.
Motivele de mai sus explică de ce, atunci când se discută despre chimia metalelor, se acordă o atenție deosebită oxizilor.
Printre elementele chimice ale metalelor - 85, și multe metale nu au un singur oxid, deci clasa de oxizi include un număr mare de compuși și această abundență face o trecere în revistă a proprietăților lor o sarcină dificilă. Cu toate acestea, el va încerca să dezvăluie:
- proprietățile generale inerente tuturor oxizilor metalici,
- regularitățile în schimbările proprietăților lor,
- vom dezvălui proprietățile chimice ale oxizilor cel mai frecvent utilizați în metalurgie,
- dăm câteva dintre caracteristicile fizice importante ale oxizilor metalici.
Tipuri stoichiometrice de oxizi metalici
Oxizii metalici diferă în raportul stoechiometric dintre atomii de metal și oxigen. Aceste rapoarte stoichiometrice determină gradul de oxidare a metalului în oxid.
Tabelul listează formulele stoichiometrice ale oxizilor metalici în funcție de gradul de oxidare a metalului și indică care metale sunt capabile să formeze oxizi de un anumit tip stoichiometric.
În plus față de astfel de oxizi, care în general pot fi descriși prin formula MeOX / 2. unde X este starea de oxidare a metalului, există, de asemenea, oxizi care conțin metalul în diferite grade de oxidare, de exemplu Fe3O4. și, de asemenea, așa-numitele oxizi mixt, de exemplu, FeO. CR2 O3.
Nu toți oxizii metalici au o compoziție constantă, se cunosc oxizi cu compoziție variabilă, de exemplu TiOx, unde x = 0,88 - 1,20; FeOx, unde x = 1,04 - 1,12 și altele.
Oxizii de metal S au un singur oxid. Metalele blocurilor p și d, de regulă, au mai mulți oxizi, excluzând elementele Al, Ga, In și d din grupele 3 și 12.
Oxizii de tip MeO și Me2O3 formează aproape toate d-metalele din perioada 4. Pentru cele mai multe metale d, 5 și 6 perioade sunt caracterizate de oxizi în care metalul are grade înalte de oxidare. 4. Oxizii de tip MeO formează numai Cd, Hg și Pd; tip de Me2O3. în plus față de Y și La, formează Au, Rh; argint și oxid de aur de tip Me2O.
Structura oxizilor cristalini
În forma cea mai generală, structura multor oxizi metalici cristalini poate fi reprezentată ca un aranjament tridimensional obișnuit al atomilor de oxigen în spațiu, în golurile dintre atomii de oxigen sunt atomii de metal. Deoarece oxigen - este element electronegativ, se trage o parte a electronilor de valență de la atomul de metal, transformând-o într-un cation, iar oxigenul se procedează în formă anionică și creșteri ale dimensiunii datorită încorporării electronilor străini. Anionii mari de oxigen formează o rețea de cristal, iar în golurile dintre ele sunt plasate cationi metalici. Numai în cazul oxizilor metalici care sunt într-o stare de oxidare redusă și electronegativitate este mic, legătura în oxizi poate fi considerată ionică. Oxizii alcalini și alcalino-pământoși sunt practic ionici. La majoritatea oxizilor metalici, legătura chimică este intermediară între ioni și covalent. Cu o creștere a gradului de oxidare a metalului, contribuția componentei covalente crește.
Structura oxizilor cristalini
Marea majoritate a oxizilor metalici în condiții normale sunt substanțe cristaline solide. Excepția este oxidul de acid Mn2O7 (acesta este un lichid de culoare verde închis). Câteva cristale de oxizi metalici acizi au o structură moleculară, acest acid cu oxizii metalici într-un grad foarte ridicat de oxidare: RuO4. OsO4, Mn2O7. Tc2O7. Re2O7.
În forma cea mai generală, structura multor oxizi metalici cristalini poate fi reprezentată ca un aranjament tridimensional obișnuit al atomilor de oxigen în spațiu, în golurile dintre atomii de oxigen sunt atomii de metal. Deoarece oxigen - este element electronegativ, se trage o parte a electronilor de valență de la atomul de metal, transformând-o într-un cation, iar oxigenul se procedează în formă anionică și creșteri ale dimensiunii datorită încorporării electronilor străini. Anionii mari de oxigen formează o rețea de cristal, iar în golurile dintre ele sunt plasate cationi metalici. Numai în cazul oxizilor metalici care sunt într-o stare de oxidare redusă și electronegativitate este mic, legătura în oxizi poate fi considerată ionică. Oxizii alcalini și alcalino-pământoși sunt practic ionici. La majoritatea oxizilor metalici, legătura chimică este intermediară între ioni și covalent. Cu o creștere a gradului de oxidare a metalului, contribuția componentei covalente crește.
Numărul de coordonate ale metalelor în cristale de oxid
Oxidul metalic este caracterizat nu numai de gradul de oxidare, ci și de numărul de coordonare. indicând câte atomi de oxigen coordonează.
Numărul de coordonare 6 este foarte obișnuit în cazul oxizilor metalici, în acest caz cationul metalic este în centrul octaedrului format din șase atomi de oxigen. Octaedrele sunt împachetate într-o rețea de cristal încât se menține raportul stoechiometric dintre atomii de metal și oxigen. Astfel, în rețeaua cristalină a oxidului de calciu, număr de coordinare de calciu este 6. octoedrele oxigen cu cationul Ca 2+ în centru sunt combinate împreună astfel încât fiecare oxigen este înconjurat de șase atomi de calciu, adică oxigenul aparține simultan la 6 atomi de calciu. Se spune că un asemenea cristal are coordonare (6, 6). Numărul de coordonare al cationului este indicat mai întâi, iar al doilea anion. Astfel, formula pentru oxidul de CaO trebuie să fie scrisă
CaO6 / 6 ≡ CaO.
TiO2 oxid metalic este, de asemenea, în mediul octaedrică de atomi de oxigen, atomii de oxigen conectate marginile porțiunii opuse, și nodurile porțiune. În coordonatele rutilului, coordonatele TiO2 (6, 3) înseamnă că oxigenul aparține a trei atomi de titan. Atomii de titan formează un paralelipiped dreptunghiular în rețeaua cristalină a rutilului.
Structurile cristaline ale oxizilor sunt destul de diverse. Metalele pot fi situate nu numai în mediul octaedric de la atomi de oxigen, ci și în medii tetraedrice, de exemplu în oxidul BeO ° BeO4 | 4. În oxidul de PbO, care are și coordonarea cristalului (4.4), plumbul apare la vârful unei prisme tetragonale la baza căreia există atomi de oxigen.
Atomii de metal pot fi în medii diferite de atomi de oxigen, de exemplu în goluri octaedrice și tetraedrice, iar metalul apare în acest caz în diferite grade de oxidare. de exemplu, în magnetit Fe3O4 ≡ FeO. Fe2 O3.
Defectele din laturile cristaline explică volatilitatea compoziției anumitor oxizi.
Ideea structurilor spațiale face posibilă înțelegerea cauzelor formării de oxizi mixt. În golurile dintre atomii de oxigen pot exista atomi de nu un metal, ci doi diferiți. ca de exemplu,
în cromitul FeO. CR2 O3.
Marea majoritate a oxizilor la temperatura obișnuită sunt solide. Acestea au o densitate mai mică decât metalele.
Mulți oxizi de metale sunt substanțe refractare. Acest lucru permite utilizarea oxizilor refractari ca materiale refractare pentru cuptoarele metalurgice.
Oxidul de CaO este produs la scară industrială în cantitate de 109 milioane de tone pe an. Se utilizează pentru căptușeala cuptorului. Oxizii de BeO și MgO sunt, de asemenea, utilizați ca refractare. Oxidul de magneziu este unul dintre puținele refractare care sunt foarte rezistente la acțiunea alcalinilor topiți.
1000 о С și prin această topitură să treacă un curent electric.
oxizi refractari sunt d-metalele perioade de 5 și 6 din Y2 O3 (2430), La2 O3 (2280), ZrO2 (2700), HfO2 (2080), TA2 O5 (1870), NB2 O5 (1490), precum și mulți oxizi d- metale de 4 perioade (a se vedea tabelul). Punctele de topire ridicate au toate oxizii de s-metale din grupa 2, precum și de Al2O3. Ga2O3. SnO, SnO2. PbO (a se vedea tabelul).
Punctele de topire scăzute (o C) au în mod obișnuit oxizi de acid: RuO4 (25), OsO4 (41); Te2O7 (120), Re2O7 (302), ReO3 (160), CrO3 (197). Dar unele oxizi acide au puncte de topire suficient de ridicate (о С): MoO3 (801) WO3 (1473), V2O5 (680).
Unele dintre oxizii de bază ai elementelor d care completează seria nu sunt stabili, se topesc la temperaturi scăzute sau se descompun atunci când sunt încălziți. Descompune când este încălzit HgO (400 ° C), AU2 O3 (155), AU2 O, AG2 O (200), PtO2 (400).
Când se încălzește peste 400 ° C, toți oxizii de metale alcaline se descompun pentru a forma un metal și un peroxid. Oxidul de Li2O este mai stabil și se descompune la temperaturi de peste 1000 o C.
În tabelul de mai jos, sunt prezentate anumite caracteristici ale metalelor d din cea de-a patra perioadă, precum și ale metalelor s și p.
Solubilitatea oxizilor în apă
Când se dizolvă în apă, oxizii acide Mn2O7. Te2O7. Se formează soluții Re2O7 de acizi tari. În apă, oxizii acide se dizolvă și în mod limitat: V2O5. CrO3.
Printre oxizii bazici, oxizii alcalini se dizolvă ușor în apă cu formarea de soluții alcaline.
Oxizii metalelor alcalino-pământoase se dizolvă în apă, se formează soluții de alcalii corespunzătoare.
În plus față de oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase și a unor oxizi de acid, oxizii metalici rămași în apă sunt insolubili.
Pentru a le dizolva, trebuie utilizate fie acizi, fie alcali, în funcție de natura acidului bazică a oxidului.
4.1.3. Acid-baza proprietăți ale oxizilor metalici
Caracterul acid-bază al oxizilor depinde de gradul de oxidare a metalului într-o măsură mai mare decât de natura metalului.
Este mai scăzut gradul de oxidare, mai puternic metalul principal svoystva.Esli este în starea de oxidare X menshe4, oxidul acestuia sau un caracter bazic sau amfoter.
Cu cât este mai mare gradul de oxidare, cu atât sunt mai pronunțate proprietățile acide. Dacă metalul este în starea de oxidare X este mai mare de 5, atunci hidroxidul său este acid.
Pe lângă oxizii acizi și bazici, există oxizi amfoterici care prezintă simultan proprietăți acide și de bază.
Sunt amfoterici toți oxizii de p-metale, cu excepția Ti2O. Printre d-metalele sunt oksidyZnO amfoteri, Cr2O3, Au2O3, PdO, și aproape toți oxizii metalici în stare de oxidare 4 cu excepția majoră ZrO2 și HfO2.
Oxidarea și reducerea proprietăților oxizilor metalici
Pentru oxizi, interacțiuni de adiție acidă de bază, t. E. Reacțiile între acizi și oxizi de bază și a oxizilor de acid și reacțiile acide și oxizi amfoteri cu alcalii, este de asemenea caracterizată prin reacția redox.
Deoarece în orice oxid metalul este în stare oxidată, toți oxizii sunt, fără excepție, capabili să prezinte proprietăți oxidante. Dacă metalul formează mai mulți oxizi, oxizii metalici într-o stare de oxidare inferioară pot fi oxidați, adică prezintă proprietăți de reducere.
Proprietățile de reducere deosebit de puternice sunt expuse de oxizi metalici, de exemplu, în grade de oxidare scăzute și instabile. TiO, VO, CrO. Când sunt dizolvate în apă, ele sunt oxidate, restabilind apa. Reacția lor cu apă este similară reacțiilor unui metal cu apă.
interacțiunea Redox între diferiții oxizi metalici și agenți de reducere, ceea ce duce la prepararea metalului, este cea mai frecventă reacție din pyrometallurgy.
Mn02 + 2C = Mn + 2CO
Se utilizează în practică proprietăți puternice de oxidare a unor oxizi. De exemplu,
proprietățile oxidative ale oxidului de PbO2 sunt utilizate în bateriile plumb-acid în care un curent electric este produs prin reacția chimică dintre PbO2 și plumbul metalic.
Proprietățile oxidante ale MnO2 sunt, de asemenea, utilizate pentru a produce un curent electric în celule (baterii electrice).
Proprietățile puternice de oxidare a unor oxizi conduc la interacțiunea lor unică cu acizii. Astfel, oxizii de PbO2 și MnO2 sunt reduse la dizolvare în acid clorhidric concentrat.
Dacă metalul are mai multe grade de oxidare, atunci cu o creștere suficientă a temperaturii, devine posibilă descompunerea oxidului cu eliberarea de oxigen.
Unele oxizi, în special oxizi de metale nobile, se pot descompune la încălzire pentru a forma un metal.