Oxizii: ce sunt, tipuri si cum se formeaza

Oxizii sunt o familie de compusi binari in care exista interactiuni intre element si oxigen. Deci un oxid are o formula foarte generala de tip EO, unde E este orice element.

In functie de multi factori, cum ar fi natura electronica a lui E, raza lui ionica si valentele sale, se pot forma diferite tipuri de oxizi. Unele sunt foarte simple, iar altele, precum Pb3O4 (numit minium, arhazon sau plumb rosu), sunt amestecate; adica rezulta din combinarea a mai mult de un oxid simplu.

Dar complexitatea oxizilor poate merge mai departe. Exista amestecuri sau structuri in care poate fi implicat mai mult de un metal si in care proportiile nu sunt stoichiometrice. In cazul Pb3O4, raportul Pb/O este egal cu 3/4, din care atat numaratorul cat si numitorul sunt numere intregi.

In oxizii nestoichiometrici proportiile sunt numere zecimale. E0.75O1.78 este un exemplu de oxid ipotetic nestoichiometric. Acest fenomen are loc cu asa-numitii oxizi metalici, in special cu metalele de tranzitie (Fe, Au, Ti, Mn, Zn etc.).

Cu toate acestea, exista oxizi ale caror caracteristici sunt mult mai simple si diferentiabile, precum caracterul ionic sau covalent. In acei oxizi in care predomina caracterul ionic, ei vor fi formati din cationi E+ si anioni O2–; si cele care sunt pur covalente, legaturi simple (E–O) sau legaturi duble (E=O).

Ceea ce dicteaza caracterul ionic al unui oxid este diferenta de electronegativitate dintre E si O. Cand E este un metal foarte electropozitiv, atunci EO va avea un caracter ionic ridicat. In timp ce daca E este electronegativ, si anume un nemetal, oxidul sau EO va fi covalent.

Aceasta proprietate defineste multe altele prezentate de oxizi, cum ar fi capacitatea lor de a forma baze sau acizi in solutie apoasa. De aici apar asa-numitii oxizi bazici si acizi. Cei care nu se comporta ca niciunul dintre cei doi, sau care dimpotriva manifesta ambele caracteristici, sunt oxizi neutri sau amfoteri.

Nomenclatura oxizilor

Exista trei moduri de a numi oxizi (care se aplica si la multi alti compusi). Acestea sunt corecte indiferent de caracterul ionic al oxidului de OE, asa ca numele lor nu spun nimic despre proprietatile sau structurile lor.

Nomenclatura sistematica

Avand in vedere oxizii EO, E2O, E2O3 si EO2, ce se afla in spatele formulelor lor chimice nu poate fi cunoscut la prima vedere. Cu toate acestea, numerele indica rapoartele stoichiometrice sau raportul E/O. Din aceste numere li se pot da nume desi nu se precizeaza cu ce valenta E „functioneaza”.

Numerele atomilor atat pentru E cat si pentru O sunt notate cu prefixele numerice grecesti. Astfel, mono- inseamna ca exista doar un atom; di-, doi atomi; tri-, trei atomi si asa mai departe.

Deci, denumirile oxizilor de mai sus, conform nomenclaturii sistematice, sunt:

E (EO) monoxid .

– monoxid de di E (E2O ) .

Trioxid de E (E2O3) .

E oxid (EO2).

Apoi, aplicand aceasta nomenclatura la Pb3O4, oxidul rosu din prima imagine, avem:

Pb3O4 : tetraoxid triplem .

Pentru multi oxizi amestecati, sau cu proportii stoechiometrice mari, este foarte util sa folositi nomenclatura sistematica pentru a le denumi.

Nomenclatura sistematica

Valenta

Desi nu se stie ce este elementul E, raportul E/O este suficient pentru a sti ce valenta foloseste in oxidul sau. Cum? Prin principiul electroneutralitatii. Acest lucru necesita ca suma sarcinilor ionilor dintr-un compus sa fie egala cu zero.

Acest lucru se face prin asumarea unui caracter ionic ridicat pentru orice oxid. Astfel, O are o sarcina -2 deoarece este O2-, iar E trebuie sa furnizeze n+ astfel incat sa neutralizeze sarcinile negative ale anionului oxid.

De exemplu, in EO atomul E lucreaza cu valenta +2. Caci altfel nu ar putea neutraliza sarcina -2 a singurului O. Pentru E2O, E-ul are valenta +1, deoarece sarcina +2 trebuie impartita intre cei doi atomi de E.

Si in E2O3 trebuie mai intai calculate sarcinile negative aduse de O. Deoarece sunt trei, atunci: 3(-2)= -6. Pentru a neutraliza sarcina -6, E-urile trebuie sa contribuie cu +6, dar deoarece sunt doua, +6 este impartit la doi, lasand E cu o valenta de +3.

Regula mnemotecnica

O are intotdeauna valenta -2 in oxizi (cu exceptia cazului in care este un peroxid sau superoxid). Prin urmare, o regula mnemonica pentru a determina valenta lui E consta pur si simplu in luarea in considerare a numarului care insoteste O. E, la randul sau, va avea numarul 2 insotit, iar daca nu, inseamna ca a existat o simplificare.

De exemplu, in EO valenta lui E este +1, deoarece, desi nu este scris, exista un singur O. Iar pentru EO2, intrucat nu exista 2 care sa insoteasca E, a existat o simplificare, iar pentru ca acesta sa apara trebuie fie inmultit cu 2 Astfel, formula ramane ca E2O4 si valenta lui E este atunci +4.

Cu toate acestea, aceasta regula esueaza pentru unii oxizi, cum ar fi Pb3O4. Prin urmare, este intotdeauna necesar sa se efectueze calcule de neutralitate.

In ce consta?

Odata ce ai la indemana valenta lui E, nomenclatura stocului consta in a-l preciza intre paranteze si cu cifre romane. Dintre toate nomenclaturile, aceasta este cea mai simpla si mai precisa in ceea ce priveste proprietatile electronice ale oxizilor.

Daca E, pe de alta parte, are o singura valenta (care poate fi gasita in tabelul periodic), atunci aceasta nu este specificata.

Astfel, pentru oxidul EO daca E are valenta +2 si +3, se numeste: oxid de (denumirea lui E) (II). Dar daca E are doar valenta +2, atunci oxidul sau se numeste: oxid de (numele lui E).

Nomenclatura traditionala

Pentru a mentiona numele oxizilor, la denumirile lor latine trebuie adaugate sufixele -ico sau -oso, pentru valente mai mari sau mai mici. In cazul in care sunt mai mult de doua, atunci se folosesc prefixele -hypo, pentru cel mai mic, si -per, pentru cel mai mare dintre toate.

De exemplu, plumbul functioneaza cu valente +2 si +4. In PbO are valenta +2, deci se numeste: oxid plumboz. In timp ce PbO2 se numeste: oxid de plumb.

Si cum se  numeste Pb 3 O 4 conform celor doua nomenclaturi anterioare? Nu are nume, deoarece Pb 3 O 4 consta intr-adevar dintr-un amestec de 2[PbO][PbO 2 ]; adica solidul rosu are de doua ori concentratia de PbO.

Din acest motiv, ar fi gresit sa incercam sa dam lui Pb3O4 un nume care sa nu contina nomenclatura sistematica sau jargonul popular.

Tipuri de oxizi

In functie de locul in care se gaseste E in tabelul periodic si, prin urmare, de natura sa electronica, se poate forma un tip de oxid sau altul. De aici apar multiple criterii pentru a le atribui un tip, dar cele mai importante sunt cele legate de aciditatea sau bazicitatea lor.

Oxizi bazici

Oxizii bazici se caracterizeaza prin faptul ca sunt ionici, metalici si, mai important, genereaza o solutie bazica atunci cand se dizolva in apa. Pentru a determina experimental daca un oxid este bazic, acesta trebuie adaugat intr-un recipient cu apa si indicator universal dizolvat in el. Coloratia sa inainte de adaugarea oxidului trebuie sa fie verde, pH neutru.

Odata adaugat oxidul in apa, daca culoarea acestuia se schimba de la verde la albastru, inseamna ca pH-ul a devenit bazic. Acest lucru se datoreaza faptului ca stabileste un echilibru de solubilitate intre hidroxidul format si apa:

EO(s) + H2O(l) => E(OH)2(s) <=> E2+(ac) + OH–(ac)

Desi oxidul este insolubil in apa, este suficient ca o mica parte sa se dizolve pentru a modifica pH-ul. Unii oxizi bazici sunt atat de solubili incat genereaza hidroxizi caustici precum NaOH si KOH. Adica, oxizii de sodiu si potasiu, Na2O si K2O, sunt foarte bazici. Observati valenta de +1 pentru ambele metale.

Oxizi acizi

Oxizii acizi se caracterizeaza prin faptul ca au un element nemetalic, sunt covalenti si genereaza si solutii acide cu apa. Din nou, aciditatea acestuia poate fi verificata cu indicatorul universal. Daca de aceasta data cand adaugati oxidul in apa, culoarea sa verde devine rosiatica, atunci este un oxid acid.

Reactia care are loc este urmatoarea:

EO2(e) + H2O(l) => H2EO3(ac)

Un exemplu de oxid acid, care nu este un solid, ci un gaz, este CO2. Cand se dizolva in apa, formeaza acid carbonic:

CO2(g) + H2O(l) <=> H2CO3(ac)

La fel, CO2 nu este format din anioni O2- si cationi C4+, ci dintr-o molecula formata din legaturi covalente: O=C=O. Aceasta este poate una dintre cele mai mari diferente dintre oxizii bazici si acizi.

Oxizi neutri

Acesti oxizi nu schimba culoarea verde a apei la pH neutru; adica nu formeaza hidroxizi sau acizi in solutie apoasa. Unele dintre ele sunt: ​​N2O, NO si CO. La fel ca CO, au legaturi covalente care pot fi ilustrate prin structuri Lewis sau orice teorie a legaturilor.

Oxizi amfoteri

O alta modalitate de clasificare a oxizilor depinde daca acestia reactioneaza sau nu cu un acid. Apa este un acid foarte slab (si de asemenea o baza), asa ca oxizii amfoteri nu prezinta „ambele parti”. Acesti oxizi sunt caracterizati prin reactia atat cu acizii, cat si cu bazele.

Oxidul de aluminiu, de exemplu, este un oxid amfoter. Urmatoarele doua ecuatii chimice reprezinta reactia sa cu acizii sau bazele:

Al2O3(s) + 3H2SO4(ac) => Al2(SO4)3(ac) + 3H2O(l)

Al2O3(s) + 2NaOH(ac) + 3H2O(l) => 2NaAl(OH)4(ac)

Al2(SO4)3 este sarea sulfat de aluminiu, iar NaAl(OH)4 este o sare complexa numita tetrahidroxoaluminat de sodiu.

Oxidul de hidrogen, H2O (apa), este, de asemenea, amfoter, iar acest lucru este evidentiat de echilibrul sau de ionizare:

H2O(l) <=> H3O+(ac) + OH–(ac)

Oxizi mixti

Oxizii amestecati sunt cei care constau din amestecul unuia sau mai multor oxizi in acelasi solid. Pb3O4 este un exemplu al acestora. Magnetita, Fe3O4, este, de asemenea, un alt exemplu de oxid mixt. Fe3O4 este un amestec de FeO si Fe2O3 in raporturi 1:1 (spre deosebire de Pb3O4).

Amestecurile pot fi mai complexe, dand astfel nastere la o varietate bogata de minerale oxidice.

Proprietatile oxidului

Proprietatile oxizilor depind de tipul lor. Oxizii pot fi ionici (En+O2-), ca CaO (Ca2+O2–) sau covalenti, cum ar fi SO2, O=S=O.

Din acest fapt si din tendinta elementelor de a reactiona cu acizii sau bazele, se colecteaza o serie de proprietati pentru fiecare oxid.

De asemenea, cele de mai sus se reflecta in proprietati fizice, cum ar fi punctele de topire si de fierbere. Oxizii ionici tind sa formeze structuri cristaline care sunt foarte rezistente la caldura, astfel incat punctele lor de topire sunt ridicate (peste 1.000 ° C), in timp ce oxizii covalenti se topesc la temperaturi scazute sau sunt chiar gaze sau lichide.

Cum se formeaza oxizii?

Oxizii se formeaza atunci cand elementele reactioneaza cu oxigenul. Aceasta reactie poate aparea prin contact simplu cu atmosfere bogate in oxigen sau necesita caldura (cum ar fi de la o flacara mai usoara).

Adica la arderea unui obiect acesta reactioneaza cu oxigenul (atata timp cat este prezent in aer).

Daca luati o bucata de fosfor, de exemplu, si o puneti in flacara, se va arde si va forma oxidul corespunzator:

4P(s) + 5O2(g) => P4O10(s)

In timpul acestui proces, unele solide, cum ar fi calciul, pot arde cu o flacara stralucitoare, colorata.

Un alt exemplu se obtine prin arderea lemnului sau a oricarei substante organice, care au carbon:

C(s) + O2(g) => CO2(g)

Dar daca oxigenul este insuficient, se formeaza CO in loc de CO2:

C(s) +1/2O2(g) => CO(g)

Observati modul in care raportul C/O este utilizat pentru a descrie diferiti oxizi.

Exemple de oxizi

Structura oxidului covalent I2O5. Sursa: Wikimedia Commons

Imaginea de sus corespunde structurii oxidului covalent I2O5, cel mai stabil care formeaza iod. Observati legaturile sale simple si duble, precum si sarcinile formale ale lui I si ale oxigenului de pe partile sale.

Oxizii halogeni se caracterizeaza prin faptul ca sunt covalenti si foarte reactivi, asa cum este cazul O2F2 (FOOF) si OF2 (FOF). Dioxidul de clor, ClO2, de exemplu, este singurul oxid de clor care este sintetizat la scara industriala.

Deoarece halogenii formeaza oxizi covalenti, valentele lor „ipotetice” sunt calculate in acelasi mod prin principiul electroneutritatii.

Oxizi ai metalelor de tranzitie

Pe langa oxizii de halogen, exista oxizi de metale de tranzitie:

  • CoO: oxid de cobalt (II); oxid de cobalt; un monoxid de cobalt.
  • HgO: oxid de mercuric (II); oxid de mercur; u monoxid de mercur.
  • Ag2O: oxid de argint; oxid argentic; monoxid diplata.
  • Au2O3: oxid de oro(III); oxid auric; trioxid de dioriu.

Exemple suplimentare

  • B2O3: oxid de bor; oxid boric; trioxid de dibor.
  • Cl2O7: oxid de clor (VII); oxid percloric; dicloroheptoxid.
  • NO: oxid de azot (II); Oxid de azot; monoxid de azot.
Articolul precedentAntoine Walker
Articolul următorPolygel, ce este?

Related Articles

Ultimele articole