Chimia metalelor

Oxizii sunt compușii țintă într-o serie de tehnologii metalurgice. Compușii naturali convertiți anterior în oxizi, care ulterior sunt reduse cu metal. De exemplu, sulfurile naturale Zn, Ni, Co, Pb, Mo calcinat, transformarea în oxizi.

Materiale, hidroxizi și carbonați sunt descompuse termic, rezultând formarea de oxid.

Mai mult decât atât, deoarece metalele sunt în mediu, sunt oxidate de oxigenul atmosferic, iar la temperaturi ridicate tipice pentru multe metalurgie, oxidarea metalelor este îmbunătățită, necesită cunoștințe despre proprietățile oxizilor rezultate.

Motivele de mai sus explică de ce, în discuția chimiei oxizi metalici se acordă o atenție deosebită.

Printre elementele chimice - din metal 85, și multe metale nu au un oxid, cu toate acestea clasa de oxid include un număr foarte mare de compuși, iar acest lucru face ca multitudinea de ansamblu asupra proprietăților lor provocare. Cu toate acestea, încercați să identifice:

• proprietățile de bază inerente tuturor oxizi metalici,
• regularități în modificările proprietăților lor,
• va identifica proprietățile chimice ale oxizilor, cele mai utilizate pe scară largă în metalurgie,
• Va prezentam cateva caracteristici fizice importante ale oxizilor metalici.

Oxizii metalici diferă în raport stoechiometric de atomi de metal și oxigen. Aceste rapoarte stoichiometrice determina gradul de oxidare a metalului din oxid.

Tabelul prezintă stoichiometrice oxizi metalici formule în funcție de starea de oxidare a metalului și specifica care metalele sunt capabili să formeze oxizi de tipul stoichiometric.

În plus față de acești oxizi, care, în general, pot fi descrise prin formula MeOH / 2. în care X - este gradul de oxidare a metalului, sunt oxizi, de asemenea, care conțin metale în diferite stări de oxidare, de exemplu, Fe3 O4. precum și așa numitele amestecuri de oxizi, de exemplu, FeO. CR2 O3.

Nu toate oxizi de metale au o compoziție constantă, oxizi cunoscuți cu compoziție variabilă, de exemplu, TiOx, unde x = 0,88 - 1,20; FeOx, unde x = 1,04 - 1,12 și altele.

S-oxizi metalici au un singur oxid. Metals unități d- P- și de obicei au mai mulți oxizi de excepție Al, Ga, In și d-elemente 3 și 12 grupe.

Tip MeO oxid și forma Me2 O3 aproape toate metalele perioade d-4. Pentru majoritatea d metaloizi perioadelor de 5 și 6 caracterizat oxizi în care metalul este în grade înalte okisleniya³ oxid 4. de tip MeO numai Cd, Hg și Pd; tip Me2 O3. în plus față de Y și La, format Au, Rh; argint și aur pentru a forma oxizi de M2 ​​O.

Tipuri de stoichiometrice oxizi metalici

Marea majoritate a oxidului metalic în condiții normale este o substanță solidă cristalină. Excepție - oxid acid Mn2 O7 (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, Mn2 O7. TC2 O7. Re2 O7.

În forma cea mai generală a structurii multor oxizi metalici cristaline pot fi reprezentate ca un aranjament tridimensional regulat al atomilor de oxigen în spațiu sunt în golurile dintre atomii de metal sunt atomi de oxigen. 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 majori de oxigen formează o rețea cristalină și cationi metalici cavități plasate între ele. Numai oxizii metalici sunt într-un grad mic de oxidare, și este mică în valoarea electronegativitate, bond în oxizi poate fi privit ca un ion. Practic ion sunt oxizii de oxizi ai metalelor alcaline și alcalino-pământoase metallov.V legătură mai chimică este intermediară între covalente și ionice. Odată cu creșterea gradului de oxidare a depozitului metalic crește componenta covalente.

Structuri de cristal de oxizi metalici

Numărul de coordonare a metalelor în oxizi

Metalul din oxizi se caracterizează nu numai prin gradul de oxidare, dar, de asemenea, numărul de coordonare. indicând un număr de atomi de oxigen el coordonează.

Este comun în oxizi metalici este numărul de coordonare de șase, în acest caz, cationul metalic este în centrul unui octaedru format de șase atomi de oxigen. Octoedre sunt atât ambalate în rețeaua cristalină pentru a rezista la un raport stoechiometric de atomi 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 6 aparține ambii atomi de oxigen de calciu. Se spune că un astfel de cristal are coordonate (6, 6). Primul care menționează numărul de coordonare al cationului și al doilea anion. Astfel, formula de oxid de CaO trebuie scris






SaO6 / 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. In cristalul de TiO2 rutil de coordonate (6, 3) înseamnă că oxigenul este partajat de trei atomi de titan. atomii de titan în formă cristalină rutil zăbrele paralelipiped rectangular.

Structura cristalină a oxizilor sunt destul de variate. Fier poate fi nu numai în mediul octaedrică atomilor de oxigen, ci într-un mediu tetraedric, de exemplu în oxidul BeO ≡ BeO4 | 4. PBO oxid, și având un cristal de coordonate (4,4), este conduce în partea de sus a prismei tetragonal, a cărui bază sunt atomi de oxigen.

Atomii de metal pot fi în diferite medii atomi de oxigen, de exemplu, în octaedrică și interstițiile tetraedrice, și în care metalul este în diferite stări de oxidare. cum ar fi magnetit Fe3 O4 ≡ FeO. Fe2 O3.

Defecte în rețelele cristaline explica volatilitatea compoziției unor oxizi.

Noțiunea de structură spațială permite să înțeleagă motivele pentru formarea de oxizi mixte. Golurile nu sunt atomii de un metal poate fi între atomii de oxigen și cei doi diferiți. ca
În Chrome FeO. CR2 O3.

structura rutil

Unele proprietăți fizice ale oxizilor metalici

Marea majoritate a oxidului la temperaturi obișnuite, este o substanță solidă. Ei au o densitate mai mică decât metalele.

Mulți oxizi metalici sunt materiale refractare. Acest lucru permite utilizarea oxizilor refractari ca materiale refractare la cuptoarele metalurgice.

Oxid de CaO sunt produse industrial în volum de 109 milioane de tone / an. Acesta este utilizat pentru căptușirea furnalelor. Ca oxizi refractari utilizate ca BeO și MgO. Oxid de MgO refractarelor una dintre puținele foarte rezistente la alcalii topit.

1000 ° C, iar topitura curge prin curentul 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- perioada 4 din metal (vezi. Tabelul.). Temperatura de topire ridicată sunt oxizi metalici s-2 grupă, și, de asemenea, Al2 O3. GA2 O3. SnO, SnO2. PbO (vezi. Tabelul.).

Punct de topire scăzut (° C), au în mod tipic și oxizii acizi: RuO4 (25), OSO4 (41); Te2 O7 (120), RE2 O7 (302), ReO3 (160), CrO3 (197). Cu toate acestea, unii oxizi acizi au un punct de topire suficient de ridicat (o C): MoO3 (801) WO3 (1473), V2 O5 (680).

Unele dintre cele mai importante d-oxizilor elementelor rămase în urmă rânduri sunt fragile, se topesc la o temperatură scăzută sau sub căldură descompun. Descompune când este încălzit HgO (400 ° C), AU2 O3 (155), AU2 O, AG2 O (200), PtO2 (400).

Atunci când este încălzit peste 400 ° C și se descompun toți oxizii metalelor alcaline pentru a forma peroxid metalic. Oxide Li2 O este mai stabilă, și se descompune la temperaturi de peste 1000 ° C,

Tabelul de mai jos prezintă câteva caracteristici ale d-4 perioade de metale și p-s- și metal.

Caracteristicile și p-S- oxizi ai metalelor

Solubilitatea oxizilor metalici în apă

Atunci când se dizolvă în apă, acid oxizi Mn2 O7. TE2 O7. Re2 O7 formate soluții de acizi puternici. În solubil în apă limitate și oxizii acizi: V2 O5. CrO3.

Dintre oxizii de bază sunt ușor solubili în apă, oxizi de metale alcaline, pentru a forma soluții alcaline.

apă Limited alcalin solubil oxizi metalici de pământuri, sunt astfel formate soluții de baze adecvate.

În plus, oxizi ai metalelor alcaline și alcalino-pământoase și anumiți oxizi acizi rămași oxizi metalici nu sunt solubili în apă.

Pentru dizolvarea lor trebuie să utilizeze fie acid sau alcalin, în funcție de natura acido-bazic al oxidului.

Proprietățile acide ale oxizilor metalici

Acid-baza de oxizi de caractere depinde de gradul de oxidare a metalului și natura metalului.

Este mai scăzut gradul de oxidare, mai puternic metalul principal svoystva.Esli este în oxidarea stare X £ 4, are un oxid bazic sau natura amfoter.

Cu cât gradul de oxidare, proprietățile mai puternic acide sunt exprimate. În cazul în care metalul este în H≥5 gradul de oxidare, atunci hidroxidul său are un caracter acid.

De asemenea, oxizii acizi și bazici, oxizi amfoteri există care prezintă atât proprietăți acide și bazice.

S-Fier Be are doar oxid amfoter.

Printre d-amfoter oxizi metalici sunt ZnO, Cr2 O3. Fe2 O3. AU2 O3 și substanțial toți oxizii metalici în stare de oxidare 4 cu excepția majoră ZrO2 și HfO2.

Cei mai mulți oxizi, inclusiv, Cr2 O3. Fe2 O3 și prezintă metale dioxizi amfoteri numai atunci când este fuzionată cu alcalii. Cu alcalii interacționează ZnO, VO2. AU2 O3.

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.

Proprietățile redox ale oxizilor metalici

Ca în orice oxid de metal este într-o stare oxidată, toate fără excepție oxizi pot prezenta proprietăți oxidante.

Cele mai frecvente reactii din pyrometallurgy este redox interacțiunea dintre diferiții oxizi metalici și agenți de reducere, ceea ce duce la producerea de metal.

MnO2 + 2C = Mn + 2CO

Dacă metalul are mai multe stări de oxidare, atunci o creștere suficientă a temperaturii devine posibilă descompunerea oxidului cu eliberare de oxigen.

Unii oxizi, în special oxizi ai metalelor nobile la încălzire se pot descompune pentru a forma metalul.

Puternicele Proprietățile oxidante ale unor oxizi sunt utilizate în practică. De exemplu,

oxid de proprietăți oxidante PbO2 utilizate în acumulatorii cu plumb, în ​​care, printr-o reacție chimică între plumb metalic PbO2 și pentru a primi curent electric.

Proprietăți oxidante MnO2 este de asemenea folosit pentru a produce un curent electric în celule galvanice (baterii electrice).

Puternice proprietăți oxidante ale unor oxizi conduce la deosebit lor reacționat cu acizi. Deoarece oxizii MnO2 și PbO2 prin dizolvarea în acid clorhidric concentrat se recuperează.

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Dacă metalul formează mai mulți oxizi, oxizi metalici într-o stare de oxidare inferioară poate fi oxidat, t. E. Afișare proprietăți reducătoare.

proprietăți reducătoare puternice în special oxizi metalici prezintă stări scăzute și instabile de oxidare, de exemplu. TiO, VO Cro. Atunci când dizolvarea lor în apă, acestea sunt oxidate prin restabilirea apei. Reacția lor cu apa cum ar fi reacțiile de metal cu apă.