метал Chemistry

Оксиди са целевите съединения в редица металургични технологии. Природни съединения преди превръщат в оксиди, които впоследствие се редуцират с метал. Например, природни сулфиди Zn, Ni, Co, Pb, МО калцинират, превръщане в окиси.

Материали, хидроксиди и карбонати са термично разложени, което води до образуването на оксид.

Освен това, тъй метали са в околната среда, се окисляват от атмосферен кислород, и при високи температури, характерни за много металургично производство, окисление на метали се увеличава, изисква познания за свойствата на получените оксиди.

Посочените по-горе причини обясняват защо в обсъждането на химията на метални оксиди се обърне специално внимание.

Сред химични елементи - метал 85, както и много метали не са един оксид, обаче оксид клас включва голям брой съединения, и това прави преглед множеството им свойства намеса. Независимо от това, се опитват да идентифицират:

• основни свойства, присъщи на всички метални оксиди,
• закономерности в промените на техните свойства,
• ще идентифицира химичните свойства на оксиди, най-широко използвани в металургията,
• Представяме някои важни физични характеристики на металните оксиди.

Метални оксиди различават стехиометрично съотношение на метални атоми и кислород. Тези стехиометрични съотношения определят степента на окисляване на метала в оксид.

Таблицата показва стехиометрични формули метални оксиди в зависимост от степента на окисление на метала и зададени които метали са способни да образуват окиси на стехиометрично тип.

В допълнение към тези оксиди, които обикновено могат да бъдат описани с формулата МеОН / 2. където X - е степента на окисляване на метал, има и оксиди, съдържащ метал в различни окислителни състояния, например, Fe3 O4. както и така наречените смесени оксиди, например, FeO. CR2 O3.

Не всички метални оксиди имат постоянен състав, известни оксиди променлив състав, например, TiOx, където х = 0,88 - 1,20; FeOx, където х = 1,04 - 1,12 и др.

S-метални оксиди имат само един оксид. Метали р и d- единици обикновено имат няколко оксиди изключение Al, Ga, В и Д-елементи 3 и 12 групи.

Тип МеО оксид и Me2 О3 форма почти всички метали г-4 период. За повечето г елементи на периоди 5 и 6, характеризираща оксиди в която металът е във високи степени okisleniya³ форма 4. MeO-тип оксид само Cd, ​​Hg и Pd; въведете Me2 O3. в допълнение към Y и La, образуван Au, Rh; сребро и злато да образуват оксиди M2 О.

Стехиометричните видове метални оксиди

По-голямата част от метален оксид при нормални условия е твърдо кристално вещество. Изключение - киселинен оксид Mn2 О7 (течна на тъмно зелен цвят). Няколко кристала на киселинни метални окиси имат молекулна структура, тази киселина с метални оксиди до много висока степен на окисление: RuO4. OsO4, Mn2 О7. TC2 О7. Re2 О7.

В най-общата форма на структурата на много кристални метални оксиди могат да бъдат представени като редовен триизмерно подреждане на кислородни атоми в пространството са в кухини между металните атоми са кислородни атоми. Тъй като кислород - това е много електроотрицателна елемент, той дърпа част на валентните електрони от метал атом, превръщане в катион, и самата кислород протича в анионна форма и се увеличава по размер, поради включването на чужди електрони. Основни кислородни аниони образуват кристална решетка, и метални катиони кухини, поставени между тях. Само метални оксиди са в малка степен на окисление, и е малък в стойността на Електроотрицателност, връзка в оксиди може да се разглежда като йон. Практически йон са оксиди на алкални и алкалоземни метални оксиди metallov.V най химична връзка е междинен между ковалентна и йонна. С увеличаване на степента на окисление на отлагането на метала увеличава ковалентна компонент.

Кристалните структури на метални оксиди

Номерът на координация на метали в оксиди

Металът в оксиди се характеризира не само от степента на окисление, но също така и броят на координация. показва брой кислородни атома той координати.

Установено е в металните оксиди се координация броя на шест на, в този случай, метален катион е в центъра на октаедър формира от шест кислородни атоми. Октаедър са така опаковани в кристалната решетка, за да издържат стехиометрично съотношение на метални атоми и кислород. По този начин, в кристалната решетка на калциев оксид, калциев координация номер 6. октаедър на кислород с катиона Са2 + в центъра са комбинирани заедно, така че всеки кислород е заобиколен от шест атома на калций, т.е. 6 принадлежи към двата кислородни атома на калций. Смята се, че такъв кристал има координира (6, 6). Първият говорим за координация номер на катиони и втората на аниони. Така формула CaO оксид трябва да бъде написано






SaO6 / 6 ≡ СаО.
TiO2 Металният оксид също е в осмостенно среда на кислородни атоми, кислородни атоми, свързани част противоположни ръбове и върхове част. В кристала на рутил TiO2 координира (6, 3) означава, че кислородът е споделена от три титанови атоми. титанови атоми в кристална форма рутил решетка правоъгълна паралелепипеда.

кристалната структура на оксиди са доста различни. Метали могат да бъдат не само в осмостенно среда на кислородни атоми, но в четиристенен среда, например в оксид ВеО ≡ BeO4 | 4. РВО на оксид, и като кристал координира (4,4), е довело в горната част на тетрагонален призмата, на базата на които са кислородни атоми.

Металните атоми могат да бъдат в различни среди кислородни атома, например в осмостенно и четиристенните междините, и при което металът е в различни окислителни състояния. като магнетит Fe3 O4 ≡ FeO. Fe2 O3.

Дефекти в кристалните решетки обясняват променливостта на състава на някои оксиди.

Понятието пространствена структура позволява да се разберат причините за образуването на смесени оксиди. Кухините не са атоми от един метал може да бъде между атомите кислород и два различни. като
В Chrome FeO. CR2 O3.

рутил структура

Някои физични свойства на металните оксиди

По-голямата част от оксид при обикновени температури, е твърда субстанция. Те имат по-ниска плътност от металите.

Много метални оксиди са огнеупорни материали. Това позволява използването на огнеупорни оксиди като огнеупорни материали на металургични пещи.

Оксид СаО се промишлено произведените в обем 109 милиона тона / година. Той се използва за облицовка на пещи. Тъй като огнеупорни оксиди се използват като ВеО и MgO. Оксид MgO огнеупорни един от малкото много устойчиви на стопената основа.

1000 ° С и стопилката протича през електрически ток.

Огнеупорни оксиди са D-металите от периоди 5 и 6 на Y2 3 (2430), Ьа2 3 (2280), ZrO2 (2700), НЮ2 (2080), ТА2 О5 (1870), NB2 О5 (1490), а също и много оксиди D- период 4 метал (вж. таблица.). Високата температура на топене са всички метални оксиди S-2 група, и също Al2 О3. GA2 O3. SnO, SnO2. PbO (вж. Таблица.).

Ниска точка на топене (° С) обикновено имат киселинни оксиди: RuO4 (25), OsO4 (41); TE2 О7 (120), RE2 О7 (302), Reo3 (160), CrO3 (197). Въпреки това, някои кисели окиси имат достатъчно висока точка на топене (° С): MoO3 (801) WO3 (1473), V2 О5 (680).

Някои от основните г-оксиди на елементи изостават редове са крехки, стопи при ниска температура или при нагряване се разлагат. Разлага при нагряване HgO (400 ° С), Au2 3 (155), Au2 О, AG2 О (200), РЮ2 (400).

При температура над 400 ° С и се разлага всички метални оксиди на алкални за да образуват метален пероксид. Оксид LI2 О е по-стабилна и се разлага при температури над 1000 ° С

Таблицата по-долу показва някои характеристики на г-4 период метали и s- и р-метал.

Характеристики на S- и р-оксиди на метали

Разтворимостта на метални оксиди във вода

Когато се разтваря във вода, киселина оксиди Mn2 О7. TE2 О7. RE2 О7 образува разтвори на силни киселини. В ограничен водоразтворим и кисели окиси: V2 О5. CrO3.

Сред основните оксиди са лесно разтворими във вода, метални оксиди на алкални за да образуват алкални разтвори.

Limited водоразтворими алкалоземни метални оксиди, по този начин се образуват разтвори на подходящи основи.

Освен оксиди на алкални и алкалоземни метали и някои кисели окиси останалите метални оксиди не са разтворими във вода.

Като разтваряне трябва да се използва или киселина или алкална, в зависимост от киселинно-алкалния характер на оксид.

Алкално-киселинното свойства на металните оксиди

Киселина базови характер оксиди зависи от степента на окисление на метала и от естеството на метала.

Колкото по-ниска степен на окисление, по-силно основната svoystva.Esli метал е в окислено състояние X £ 4, тя е основен оксид, или амфотерен характер.

Колкото по-висока степен на окисление, по-силен киселинни свойства са изразени. Ако металът е в H≥5 окислителната степен след неговото хидроксид има киселинен характер.

Също киселинни и основни оксиди, амфотерни оксиди съществуват показващи двете киселинни и основни свойства.

От S-Метали Бъдете има само амфотерен оксид.

Сред г-амфотерен метални оксиди са ZnO, CR2 О3. Fe2 O3. Au2 О3, и по същество всички метални оксиди в окисляване състояние 4, с изключение на основен ZrO2 и НЮ2.

Повечето оксиди, включително, CR2 O3. Fe2 О3 и метал проявяват амфотерни диоксиди само когато кондензирани с основи. С основи взаимодействат ZnO, VO2. Au2 O3.

За оксиди, присъединителни с киселина базови взаимодействия, т. Е. реакции между киселини и основни оксиди и кисели окиси и киселинни реакции и амфотерни оксиди с основа, се характеризира също чрез реакция на редокси.

Свойствата на редокс на метални оксиди

Както във всеки метален оксид е в окислено състояние, всички без изключение оксиди могат да проявяват окислителни свойства.

Най-честите реакции в pyrometallurgy е редокси взаимодействие между различните метални оксиди и редуциращи агенти, води до производството на метал.

МпО 2 + 2С = Mn + 2CO

Ако металът има няколко окисление, след това в продължение на достатъчно повишаване на температурата става възможно разлагане на оксид с освобождаване на кислород.

Някои оксиди, особено окиси на благородни метали за нагряване може да се разлагат до образуване на метал.

Силните окислителни свойства на някои оксиди се използват на практика. Например,

окислителни свойства PbO2 оксид, използван в оловни акумулатори, при който чрез химическа реакция между метално олово PbO2 и получаване на електрически ток.

Огъня МпО 2 се използва също за производство на електрически ток в галванични клетки (батерии електрически).

Силните окислителни свойства на някои оксиди води до тяхното особен взаимодейства с киселини. Тъй като оксиди МпО 2 и PbO2 чрез разтваряне в концентрирана солна киселина се възстановява.

МпО 2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2Н2 О
Ако метал образува няколко оксиди, металните оксиди в по-ниска степен на окисление могат да бъдат окислени, т. Е. Покажи намаляване свойства.

Особено силни редуциращи свойства на метални оксиди проявяват ниски и нестабилни окисление, например. Титанов двуокис, VO, СгОз. При разтваряне ги във вода, те се окисляват, като възстановява вода. Тяхната реакция с вода като метални реакции с вода.