- Propriedades de óxidos não metálicos
- Basicidade
- Anfoterismo
- Nomenclatura
- Nomenclatura tradicional
- Nomenclatura sistemática
- Nomenclatura de ações
- Cálculo do número de valência
- Como eles são formados?
- Reação direta do metal com o oxigênio
- Reação de sais metálicos com oxigênio
- Formulários
- Exemplos
- Óxidos de ferro
- Óxidos alcalinos e alcalino-terrosos
- Óxidos do Grupo IIIA (13)
- Referências
Os óxidos metálicos são compostos inorgânicos feitos de cátions metálicos e oxigênio. Geralmente compreendem um grande número de sólidos iônicos, nos quais o ânion óxido (O 2–) interage eletrostaticamente com as espécies M +.
M + é assim 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 mesa periódico (como chumbo e bismuto).
Fonte: Pixabay.
A imagem acima 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 como resultado das 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 completamente 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 rodeiam. 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 +, Na +, Mg 2+, Cl -, etc.), que modificam o pH, seja por as 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
Óxido de magnésio, um óxido de metal.
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. Quão? 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 gama 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 se deve ao fato de que a porção dissolvida do óxido libera íons OH - para o meio, sendo estes os responsáveis pela alteração do pH no referido experimento.
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 + H 2 O => M (OH) 2
M (OH) 2 <=> M 2+ + 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 M 2 O 7 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 tanto como base quanto como ácido, que é o mesmo que em solução aquosa, pode formar o hidróxido ou o complexo aquoso M (OH 2) 6 2+.
O complexo aquoso nada mais é do que a coordenação de n moléculas de água com o centro metálico M. Para o complexo M (OH 2) 6 2+, o metal M 2+ é circundado por seis moléculas de água e pode ser considerado como 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 metálico de acordo com as regras regidas pela IUPAC, é necessário conhecer as possíveis valências do metal M. O maior (o mais positivo) é atribuído ao sufixo -ico ao nome do metal, enquanto o menor, o prefixo –oso.
Exemplo: dadas as valências +2 e +4 do metal M, seus óxidos correspondentes são MO e MO 2. Se M fora do chumbo, Pb, então óxido PbO Plumb carregaria, e PbO 2 óxido PLUMB ico. Se o metal tem apenas uma valência, seu óxido é nomeado com o sufixo –ico. Assim, Na 2 O é óxido de sódio.
Por outro lado, os prefixos hipo- e per- são adicionados quando há três ou quatro valências disponíveis para o metal. Assim, o Mn 2 O 7 é óxido por Mangan ico, pois o Mn tem +7 valência, sobretudo.
No entanto, este tipo de nomenclatura apresenta certas dificuldades e costuma ser o menos utilizado.
Nomenclatura sistemática
Nele, são considerados o número de átomos de M e de oxigênio que compõem a fórmula química do óxido. A partir deles, são atribuídos os prefixos correspondentes mono-, di-, tri-, tetra-, etc.
Tomando os três óxidos de metal recentes como exemplo, o PbO é monóxido de chumbo; PbO 2 dióxido de chumbo; e Na 2 S é o monóxido de dissódio. No caso da ferrugem, Fe 2 O 3, 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).
-PbO 2: óxido de chumbo (IV).
-Na 2 O: óxido de sódio. Uma vez que tem uma valência única de +1, não é especificado.
-Fe 2 O 3: óxido de ferro (III).
-Mn 2 O 7: 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, devemos lembrar que o ânion O 2– contribui com duas cargas negativas para o óxido metálico. 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 modo que a soma das cargas seja zero.
Mn 2 O 7 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). Colocando 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 CO 2, um óxido ácido, pode se dissolver suficientemente na água que cobre a parte metálica para acelerar a incorporação de oxigênio na forma aniônica na estrutura cristalina do metal.
Esta reação também pode ser acelerada com o aumento da temperatura, especialmente quando o óxido deve ser obtido 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) + O 2 (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 quebrar a ligação dupla O = O, e como há uma área maior, o oxigênio se move uniformemente pelo metal, colidindo ao mesmo tempo com os átomos metálicos.
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, Cu 2 O é formado (óxido de cobre (I), óxido cuproso ou monóxido de dicobre):
4Cu (s) + O 2 (g) + Q (calor) => 2Cu 2 O (s) (sólido vermelho)
Mas quando reage em quantidades equivalentes, CuO (óxido de cobre (II), óxido cúprico ou monóxido de cobre) é obtido:
2Cu (s) + O 2 (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 hidróxido):
M (OH) 2 + Q => MO + H 2 S
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M (NO 3) 2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
Observe que H 2 O, CO 2, NO 2 e O 2 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 metálico encontra usos muito específicos, desde nutricionais (ZnO e MgO) até como aditivos de cimento (CaO), ou simplesmente como pigmentos inorgânicos (Cr 2 O 3).
Alguns óxidos são tão densos que o crescimento controlado da camada 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 utilizada para projetar dispositivos que respondem ao mínimo estímulo físico.
Além disso, os óxidos metálicos são matéria-prima para diversas aplicações tecnológicas, desde espelhos e cerâmicas com propriedades únicas para equipamentos eletrônicos, até painéis solares.
Exemplos
Óxidos de ferro
2Fe (s) + O 2 (g) => óxido de ferro (II) 2FeO (s).
6FeO (s) + O 2 (g) => 2Fe 3 O 4 (s) óxido de ferro magnético.
Fe 3 O 4, também conhecido como magnetita, é um óxido misto; Isso significa que ele consiste em uma mistura sólida de FeO e Fe 2 O 3.
4Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) => 6Fe 2 O 3 (s) óxido 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":
-Na 2 O: óxido de sódio.
-Li 2 O: óxido de lítio.
-K 2 O: 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 M 2 O 3 e seus óxidos são os seguintes:
-Al 2 O 3: óxido de alumínio.
-Ga 2 O 3: óxido de gálio.
-Em 2 O 3: óxido de índio.
E finalmente
-Tl 2 O 3: óxido de tálio.
Referências
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning, p 237.
- AlonsoFormula. Óxidos metálicos. Retirado de: alonsoformula.com
- Regentes da Universidade de Minnesota. (2018). Características ácido-base de óxidos metálicos e não metálicos. Retirado de: chem.umn.edu
- David L. Chandler. (3 de abril de 2018). Óxidos de metal autocuráveis podem proteger contra a corrosão. Retirado de: news.mit.edu
- Os Estados Físicos e Estruturas dos Óxidos. Retirado de: wou.edu
- Quimitube. (2012). Oxidação de ferro. Retirado de: quimitube.com
- Chemistry LibreTexts. Óxidos. Retirado de: chem.libretexts.org
- Kumar M. (2016) Metal Oxide Nanostructures: Growth and Applications. In: Husain M., Khan Z. (eds) Advances in Nanomaterials. Advanced Structured Materials, vol 79. Springer, Nova Delhi