Oxizi Metalicidocx

=== Oxizi metalici ===

CAPITOLUL I

OXIZI METALICI

I.1. GENERALITĂȚI

Oxigenul se combină cu metalele și nemetalele din sistemul periodic formând compuși binari numiți oxizi.

Oxizii metalici sunt oxizii elementelor chimice care au caracter metalic.Cu majoritatea acestora, oxigenul se combină direct, la temperaturi care variază în limite relativ mari, de la temperatura camerei la temperaturi ridicate, funcție de natura elementului respectiv.Excepție fac unele metale ”nobile” ai căror oxizi nu pot fi obținuți pe această cale.

Starea de oxidare maximă pe care un element dat o manifestă față de oxigen corespunde în general numărului grupei din care elementul respectiv face parte. De la această regulă fac excepție elementele Cu, Ag, Au, unele lantanoide și majoritatea actinoidelor.

Metalele de tip s și p, cu foarte puține excepții, formează o singură specie oxidică, în timp ce metalele tranzționale formează o varietate mai mare de oxizi. Acest fapt se datorează multiplicității stărilor de oxidare ale acestor metale.Pe de altă parte unele elemente din grupa a VIII-a nu manifestă în combinațiile loc cu oxigenul starea de oxidare maximă.

Oxigenul poate să apară în compușii lui cu metalele,într-o varietate de stări de oxidare, fapt ce explică diversitatea de proprietăți fizice și chimice ale acestor compuși.Datorită faptului că procesul de formare a ionului O2- este nefavorabil din punct de vedere energetic, este de așteptat ca prin reacția metalelor cu oxigenul molecular să se formeze oxizi ionici conținând specia O2-, numai în care consumul energetic necesar formării acestui ion poate fi compensat printr-un proces exoenergetic. Un astfel de proces este formarea rețelelor cristaline.

Energia de rețea ridicată este factorul care stabilizează stări de oxidare relativ mari ale unor elemente în compușii lor cu oxigenul, de exemplu Mn(IV) în MnO2,, Pr(IV) în PrO2 sau Pr6O11, etc., stări de oxidare care nu sunt stabile în alți compuși ai acestor elemente cu nemetale. Oxigenul are caracteristica de a stabili stări de oxidare superioare ale elementelor în oxizi covalenți, cum sunt OsO, CrO3, etc. Stabilitatea acestor stări de oxidare superioare în acești compuși este realizată prin formarea de legături M-O multiple puternice.

I.2. RĂSPÂNDIREA OXIZILOR METALICI ÎN NATURĂ

Există un număr relativ scăzut de oxizi metalici care se găsesc răspândiți în natură.

Unii oxizi metalici se găsesc sub formă de minereuri din care se pot extrage metale.

De exemplu, oxizii aluminiul, staniul, fierul și titanul constituie principalele surse de materii prime din care se extrag metalele corespunzătoare.

Unul dintre cei mai importați oxizi naturali este oxidul de aluminiu. α- Al2O3, denumit corindon, prezintă numeroase modificații polimorfe, cristaline: rubin (roșu), safir (albastru), topaz oriental (galben), ametist (violet), smarald (verde) și leucosafir (incolor).

Oxizii de aluminiu hidratați, Al2O3·nH2O, sunt principala materie primă pentru obținerea aluminei. Bauxita (Al2O3·H2O), diasporul (AlO(OH)) și hidrargilita (Al2O3·3H2O) sunt cei mai răspândiți oxizi hidratați.

Tabel I.1.Oxizii aluminiului

În natură se găsesc și oxizi ai altor metale de tip p, dar în cantități mici. Acești oxizi sunt prezentați în tabelul I.2.

Tabel.I.2. Oxizii metalelor de tip p

Dintre oxizii metalelor tranziționale, cei mai răspândiți sunt:

oxizii fierului (Fe3O4 – magnetita, Fe2O3 – hematita);

oxizii uraniului (UO2 – uraninitul și U3O8 – pechblenda);

oxidul de titan (acesta se găsește sub trei forme cristaline: TiO2 – rutil, anatas, brookit,);

oxidul de zirconiu (ZrO2 – badeleită);

oxizii manganului (MnO – manganozit, Mn2O3 – braunit, MnO2 – piroluzita, Mn3O4).

I.3. CLASIFICAREA OXIZILOR METALICI

Pentru clasificarea oxizilor metalici se pot folosi următoarele criterii de clasificare:

grupa din care face parte metalul;

stoichiometria oxizilor;

tipul anionului;

starea de oxidare a metalului;

natura legăturilor chimice M – O;

comportarea în apă și caracterul lor în soluție apoasă.

II.3.a) Clasificarea oxizilor metalici după grupa din care face parte metalul:

oxizi ai metalelor din blocul s (grupele: 1, 2); Ex.: Na2O, MgO, CaO.

oxizi ai metalelor din blocul p ( grupele 13, 14, 15, 16 ); Ex.: TiO2,PbO, PbO2.

oxizi ai metalelor din blocul d (grupele 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12); Ex.:FeO, CuO.

oxizi ai metalelor din blocul f ( lantanidele și actinidele); Ex.:La2O3, OsO4.

II.3.b) Clasificarea oxizilor metalici după stoichiometria oxizilor:

oxizi de forma M2O.

Oxizii de această formă generală au una din următoarele tipuri de structuri:

antifluorină ( coordinație 4:8);

cuprit ( coordinație 2:4).

Oxizii cu pronunțat caracter ionic au o structură simetrică simplă și coordinația cea mai mare. Oxizii metalelor alcaline, cu excepția Cs2O, au o structură cristalină antifluorină.

În cazul structurii de tip cuprit, fiecare atom metalic este legat de doi atomi de oxigen dispuși liniar și fiecare atom de oxigen este înconjurat tetraedric de patru atomi metalici. Legătura M- O are un pronunțat caracter covalent.

oxizi de forma MO: Stoichiometria este 1:1, iar tipurile de structuri sunt:

NaCl ( coordinație 6:6);

blendă (coordinație 4:4);

wurtzită ( coordinație 4:4).

Fig.I.3.2.a) Rețea de tip NaCl. b) rețea de tip blendă c) rețea de tip wurtzită

O structură ”normală” de tip NaCl adoptă oxizii metalelor alcalino-pământoase (cu excepția BeO), oxidul de cadmiu și oxizii unor metale tranziționale (V,Ti, Fe, Co, Ni, Mn).

În rețeaua cristalină de tip blendă, fiecare atom este înconjurat tetraedric de patru atomi din celălalt tip. Legătura Be – O are un caracter covalent apreciabil. Oxidul de zinc are o structură de tip wurtzită. Structurile oxizilor CuO, PdO și PtO reprezintă cazuri de distorsiune de la structura normală. Oxizii SnO și PbO adoptă o structură stratificată destul de neobișnuită, în care se atribuie perechii de electroni inerți proprietatea de a ocupa una din pozițiile de coordonare, în jurul ionului metalic. Oxidul de mercur (HgO) prezintă o rețea cristalină alcătuită din lanțuri infinite în zig-zag plane sau dispuse îm formă de spirală, pentru cele două modificații ale acestuia.brezeanu

Fig.I.3.3.Rețeaua oxidului de beriliu Fig.I.3.4. Rețeaua oxidului de mercur (HgO)

oxizi de forma M2O3.

oxizi de forma MO2.

oxizi de forma MO3