Óxidos metálicos: propriedades, nomenclatura, usos e exemplos - Ciência - 2023

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o óxidos de metal eles são compostos inorgânicos feitos de cátions metálicos e oxigênio. Eles geralmente compreendem um grande número de sólidos iônicos, em que o ânion óxido (O^2–) interage eletrostaticamente com a espécie M⁺.

M⁺ Este é o caso de qualquer cátion que derive do metal puro: dos metais alcalinos e de transição, com exceção de alguns metais nobres (como ouro, platina e paládio), até os elementos mais pesados do bloco p da tabela periódica ( como chumbo e bismuto).

A imagem superior mostra uma superfície de ferro coberta por crostas avermelhadas. Essas "crostas" são conhecidas como ferrugem ou ferrugem, que por sua vez representam uma evidência visual da oxidação do metal devido às condições de seu ambiente. Quimicamente, a ferrugem é uma mistura hidratada de óxidos de ferro (III).

Por que a oxidação do metal leva à 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 se enfraquecem, causando a ruptura do sólido. Da mesma forma, essas rachaduras permitem que mais moléculas de oxigênio penetrem nas camadas internas de metal, corroendo toda a peça por 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 retardam a oxidação do metal; dois deles são a presença de umidade e pH.

Por quê? Porque a oxidação do metal para produzir um óxido metálico envolve uma transferência de elétrons. Estes "viajam" de uma espécie química para outra, desde que o ambiente facilite, seja pela presença de íons (H⁺, N / D⁺, Mg²⁺, Cl^–, etc.), que modificam o pH, ou pelas moléculas de água que fornecem o meio de transporte.

Analiticamente, a tendência de um metal em formar o óxido correspondente se reflete em seus potenciais de redução, que revelam qual metal reage mais rápido em relação a outro.

O ouro, por exemplo, tem um potencial de redução muito maior do que o ferro, razão pela qual ele brilha com seu brilho dourado característico sem um óxido para embotá-lo.

Propriedades de óxidos não metálicos

As propriedades dos óxidos metálicos variam de acordo com o metal e como ele interage com o ânion O^2–. Isso significa que alguns óxidos têm densidades ou solubilidades mais altas em água do que outros. No entanto, todos eles têm em comum o caráter metálico, 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? Adicionar um pequeno pedaço do óxido a uma solução aquosa com algum indicador dissolvido; Isso pode ser o suco liquefeito do repolho roxo.

Tendo então a faixa de cores em função do pH, o óxido tornará o suco de cores azuladas, correspondentes ao pH básico (com valores entre 8 e 10). Isso ocorre porque a porção dissolvida do óxido libera íons OH^– ao meio, sendo estes na referida experiência responsáveis pela alteração do pH.

Assim, para um óxido MO que é solubilizado em água, ele 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 de solubilidade do hidróxido M (OH)₂. Observe que o metal tem carga 2+, o que também significa que sua valência é +2. A valência do metal está diretamente relacionada à sua tendência de ganhar elétrons.

Desta forma, quanto mais positiva for a valência, maior será a sua acidez. No caso de M ter uma valência de +7, então o óxido M₂OU₇ seria ácido e não básico.

Anfoterismo

Os óxidos de metal são básicos, porém nem todos possuem o mesmo caráter metálico. Como você sabe? Localizando o metal M na tabela periódica. Quanto mais você estiver à esquerda dele e em períodos de baixa, mais metálico ele será e, portanto, mais básico será o seu óxido.

Na fronteira entre os óxidos básicos e ácidos (óxidos não metálicos) estão os óxidos anfotéricos. Aqui, a palavra 'anfotérico' significa que o óxido atua como uma base e um ácido, que é o mesmo que em solução aquosa, pode formar o hidróxido ou o complexo aquoso M (OH₂)₆²⁺.

O complexo aquoso nada mais é do que a coordenação de n moléculas de água com o centro metálico M. Para o complexo M (OH₂)₆²⁺, metal M²⁺ ele é cercado por seis moléculas de água e pode ser considerado um cátion hidratado. Muitos desses complexos apresentam colorações intensas, como as observadas para cobre e cobalto.

Nomenclatura

Como são chamados os óxidos de metal? Existem três maneiras de fazer isso: tradicional, sistemática e de estoque.

Nomenclatura tradicional

Para nomear corretamente o óxido de metal de acordo com as regras regidas pela IUPAC, é necessário conhecer as possíveis valências do metal M. O maior (o mais positivo) recebe o sufixo -ico ao nome do metal, enquanto menor, o prefixo –oso.

Exemplo: dadas as valências +2 e +4 do metal M, seus óxidos correspondentes são MO e MO₂. Se M fosse chumbo, Pb, então PbO seria óxido de prumoUrso, e PbO₂ óxido de chumboico. Se o metal tem apenas uma valência, seu óxido é nomeado com o sufixo –ico. Então, Na₂Ou é óxido de sódio.

Por outro lado, os prefixos hipo- e per- são adicionados quando há três ou quatro valências disponíveis para o metal. Desta forma, o Mn₂OU₇ é ferrugem pormanganico, porque Mn tem valência +7, o mais alto de todos.

No entanto, este tipo de nomenclatura apresenta algumas dificuldades e é geralmente o menos utilizado.

Nomenclatura sistemática

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

Tomando os três óxidos de metal recentes como exemplo, PbO é monóxido de chumbo; o PbO₂ dióxido de chumbo; e o Na₂Ou monóxido dissódico. Para o caso de ferrugem, Fe₂OU₃, seu respectivo nome é dióxido de ferro.

Nomenclatura de ações

Ao contrário das outras duas nomenclaturas, nesta a valência do metal é mais importante. A valência é especificada por algarismos romanos entre parênteses: (I), (II), (III), (IV), etc. O óxido de metal é então denominado óxido de metal (n).

Aplicando a nomenclatura de estoque para os exemplos anteriores, temos:

-PbO: óxido de chumbo (II).

-PbO₂: óxido de chumbo (IV).

-N / D₂O: óxido de sódio. Uma vez que tem uma valência única de +1, não é especificado.

-Fé₂OU₃: óxido de ferro (III).

-Mn₂OU₇: óxido de manganês (VII).

Cálculo do número de valência

Mas, se você não tem uma tabela periódica com as valências, como pode determiná-las? Para isso deve ser lembrado que o ânion O^2– contribui com duas cargas negativas para o óxido de metal. Seguindo o princípio da neutralidade, essas cargas negativas devem ser neutralizadas com as positivas do metal.

Portanto, se o número de oxigênios é conhecido pela fórmula química, a valência do metal pode ser determinada algebricamente de forma que a soma das cargas seja zero.

The Mn₂OU₇ ele tem sete oxigênios, então suas cargas negativas são iguais a 7x (-2) = -14. Para neutralizar a carga negativa de -14, o manganês deve contribuir com +14 (14-14 = 0). Elevando a equação matemática, temos então:

2X - 14 = 0

O 2 vem do fato de que existem dois átomos de manganês. Resolvendo e resolvendo para X, a valência do metal:

X = 14/2 = 7

Em outras palavras, cada Mn tem uma valência de +7.

Como eles são formados?

A umidade e o pH influenciam diretamente a oxidação dos metais em seus óxidos correspondentes. A presença de CO₂Um óxido ácido, pode ser suficientemente dissolvido na água que cobre a parte metálica para acelerar a incorporação de oxigênio na forma aniônica na estrutura cristalina do metal.

Essa reação também pode ser acelerada com o aumento da temperatura, principalmente quando se deseja obter o óxido em um curto espaço de tempo.

Reação direta do metal com o oxigênio

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

2M (s) + O₂(g) => 2MO (s)

Essa reação é lenta, pois o oxigênio tem uma forte ligação dupla O = O e a transferência eletrônica entre ele e o metal é ineficiente.

No entanto, ele acelera consideravelmente com o aumento da temperatura e da área de superfície. Isso se deve ao fato de que a energia necessária é fornecida para romper a ligação dupla O = O, e como há uma área maior, o oxigênio viaja uniformemente pelo metal, colidindo ao mesmo tempo com os átomos do metal.

Quanto maior a quantidade de oxigênio reagindo, maior será a valência resultante ou o número de oxidação para o metal. Por quê? Porque o oxigênio tira cada vez mais elétrons do metal, até atingir o maior número de oxidação.

Isso pode ser visto para o cobre, por exemplo. Quando um pedaço de cobre metálico reage com uma quantidade limitada de oxigênio, o Cu é formado₂O (óxido de cobre (I), óxido cuproso ou monóxido de dicobre):

4Cu (s) + O₂(g) + Q (calor) => 2Cu₂O (s) (sólido vermelho)

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

2Cu (s) + O₂(g) + Q (calor) => 2CuO (s) (sólido preto)

Reação de sais metálicos com oxigênio

Os óxidos de metal podem ser formados por decomposição térmica. Para que isso seja possível, uma ou duas pequenas moléculas devem ser liberadas do composto inicial (um sal ou um hidróxido):

M (OH)₂ + Q => MO + H₂OU

OLS₃ + Q => MO + CO₂

2M (NÃO₃)₂ + Q => MO + 4NO₂ + O₂

Observe que H₂O, CO₂, NÃO₂ Eu₂ são as moléculas liberadas.

Formulários

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

Cada óxido de metal encontra usos muito específicos, desde nutricionais (ZnO e MgO) até aditivos de cimento (CaO), ou simplesmente como pigmentos inorgânicos (Cr₂OU₃).

Alguns óxidos são tão densos que o crescimento controlado de suas camadas pode proteger uma liga ou metal de oxidação posterior. Estudos revelaram até que a oxidação da camada protetora continua como se fosse um líquido que cobre todas as fissuras ou defeitos superficiais do metal.

Os óxidos de metal podem assumir estruturas fascinantes, como nanopartículas ou grandes agregados de polímero.

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

Além disso, os óxidos metálicos são matéria-prima para muitas aplicações tecnológicas, desde espelhos e cerâmicas com propriedades únicas para equipamentos eletrônicos, até painéis solares.

Exemplos

Óxidos de ferro

2 Fe (s) + O₂(g) => 2FeO (s) óxido de ferro (II).

6 FeO (s) + O₂(g) => 2Fe₃OU₄óxido (s) de ferro magnético (s).

Fé₃OU₄, também conhecida como magnetita, é um óxido misto; Isso significa que consiste em uma mistura sólida de FeO e Fe₂OU₃.

4Fe₃OU₄(s) + O₂(g) => 6Fe₂OU₃óxido (s) de ferro (III).

Óxidos alcalinos e alcalino-terrosos

Ambos os metais alcalinos e alcalino-terrosos têm apenas um número de oxidação, então 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.

-BeO: óxido de berílio (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 a fórmula química M₂OU₃ e seus óxidos são os seguintes:

-Ao₂OU₃: óxido de aluminio.

-Ga₂OU₃: óxido de gálio.

-No₂OU₃: óxido de índio.

E finalmente

-Tl₂OU₃: óxido de tálio.

Referências

Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning, p 237.
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