С чем взаимодействуют оксиды металлов


Химические свойства основных оксидов | CHEMEGE.RU

 

Подробно про оксиды, их классификацию и способы получения можно прочитать здесь.

 

1. Взаимодействие с водой. С водой способны реагировать только основные оксиды, которым соответствуют растворимые гидроксиды (щелочи). Щелочи образуют щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий и цезий) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий). Оксиды остальных металлов с водой химически не реагируют. Оксид магния реагирует с водой при кипячении.

CaO + H2O → Ca(OH)2

CuO + H2O ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)

 

2. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами. При взаимодействии основным оксидов с кислотами образуется соль этой кислоты и вода. При взаимодействии основного оксида и кислотного образуется соль:

основный оксид + кислота = соль + вода

основный оксид + кислотный оксид = соль

При взаимодействии основных оксидов с кислотами и их оксидами работает правило:

Хотя бы одному из реагентов должен соответствовать сильный гидроксид (щелочь или сильная кислота).

Иными словами, основные оксиды, которым соответствуют щелочи, реагируют со всеми кислотными оксидами и их кислотами. Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые гидроксиды, реагируют только с сильными кислотами и их оксидами (N2O5, NO2, SO3 и т.д.).

Основные оксиды, которым соответствуют щелочи Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые основания
Реагируют со всеми кислотами и их оксидами Реагируют только с сильными кислотами и их оксидами
Na2O + SO2 → Na2SO3 CuO + N2O5 → Cu(NO3)2

 

3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами.

При взаимодействии основных оксидов с амфотерными образуются соли:

основный оксид  + амфотерный оксид = соль

С амфотерными оксидами при сплавлении взаимодействуют только основные оксиды, которым соответствуют щелочи. При этом образуется соль. Металл в соли берется из более основного оксида, кислотный остаток — из более кислотного. В данном случае амфотерный оксид образует кислотный остаток.

K2O + Al2O3 → 2KAlO2

CuO + Al2O3 (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)

(чтобы определить кислотный остаток, к формуле амфотерного или кислотного оксида добавляем молекулу воды: Al2O3 + H2O = H2Al2O4 и делим получившиеся индексы пополам, если степень окисления элемента нечетная: HAlO2. Получается алюминат-ион AlO2. Заряд иона легко определить по числу присоединенных атомов водорода — если атом водорода 1, то заряд аниона будет -1, если 2 водорода, то -2 и т.д.).

Амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются, поэтому реагировать с основными оксидами фактически не могут.

4. Взаимодействие оксидов металлов с восстановителями.

При оценке окислительно-восстановительной активности металлов и их ионов можно использовать электрохимический ряд напряжений металлов:

 

 

Восстановительные свойства (способность отдавать электроны) у простых веществ-металлов здесь увеличиваются справа налево, окислительные свойства ионов металлов — увеличиваются наоборот, слева направо. При этом некоторые ионы металлов в промежуточных степенях окисления могут проявлять также восстановительные свойства (например ион Fe2+ можно окислить до иона Fe3+).

Более подробно про окислительно-восстановительные реакции можно прочитать здесь.

Таким образом, ионы некоторых металлов — окислители (чем правее в ряду напряжений, тем сильнее). При взаимодействии с восстановителями металлы переходят в степень окисления 0.

4.1. Восстановление углем или угарным газом .

Углерод (уголь) восстанавливает из оксидов до простых веществ только металлы, расположенные в ряду активности после алюминия. Реакция протекает только при нагревании.

FeO + C = Fe + CO

 

 

Активные металлы, расположенные в ряду активности левее алюминия, активно взаимодействуют с углеродом, поэтому при взаимодействии их оксидов с углеродом образуются карбиды и угарный газ:

CaO + 3C = CaC2 + CO

Угарный газ также восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные после алюминия в электрохимическом ряду:

Fe2O3 + CO = Al2O3  + CO2

CuO + CO = Cu + CO2

 

 

4.2. Восстановление водородом.

Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия.  Реакция с водородом протекает только в жестких условиях – под давлением и при нагревании.

CuO + H2 = Cu + H2O

 

 

 

4.3. Восстановление более активными металлами (в расплаве или растворе, в зависимости от металла)

 

При этом более активные металлы вытесняют менее активные. То есть добавляемый к оксиду металл должен быть расположен левее в ряду активности, чем металл из оксида. Реакции, как правило, протекают при нагревании.

Например, оксид цинка взаимодействует с алюминием:

3ZnO + 2Al  =  Al2O3 + 3Zn

но не взаимодействует с медью:

ZnO + Cu ≠

Восстановление металлов из оксидов с помощью других металлов — это очень распространенный процесс. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний.  А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.

Например, цезий взрывается на воздухе.

Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.

Например: алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:

3CuO + 2Al  =  Al2O3 + 3Cu

Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.

CuO + Mg = Cu + MgO

 

 

Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:

2Fe2O3 + 4Al → 4Fe + 2Al2O3

При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.

 

 

 

4.4. Восстановление аммиаком.

Аммиаком можно восстанавливать только оксиды неактивных металлов. Реакция протекает только при высокой температуре.

Например, аммиак восстанавливает оксид меди (II):

3CuO + 2NH3 = 3Cu + 3H2O + N2

 

5. Взаимодействие оксидов металлов с окислителями.

Под действием окислителей некоторые основные оксиды (в которых металлы могут повышать степень окисления, например Fe2+, Cr2+, Mn2+ и др.) могут выступать в качестве восстановителей.

Например, оксид железа (II) можно окислить кислородом до оксида железа (III):

4FeO + O2 = 2Fe2O3

Полосы переноса заряда из металла в лиганд и лиганд в металл

В области неорганической химии цвет обычно ассоциируется с d – d переходами. Если это так, то почему некоторые комплексы переходных металлов в растворе проявляют интенсивную окраску, но не имеют d-электронов? В комплексах переходных металлов изменение распределения электронов между металлом и лигандом приводит к появлению полос переноса заряда (СТ) при проведении экспериментов по спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой области. Для полного понимания необходимо краткое введение в реакции переноса электрона и теорию Маркуса-Хаша.

Реакции переноса заряда во внешней сфере

Реакции переноса электрона (перенос заряда) делятся на две категории:

  • Внутренние механизмы - перенос электрона происходит через ковалентно связанный мостиковый лиганд.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Промежуточный продукт, образующийся в реакции между [Fe (CN) 6 ] 3- и [Co (CN) 5 ] 3-
  • Внешний -сферные механизмы - перенос электрона происходит без образования ковалентной связи между реагентами

\ [[ML_6] ^ {2+} + [ML_6] ^ {3+} → [ML_6] ^ {3+} + [ML_6] ^ {2 +} \]

Здесь мы сосредоточимся на механизмах внешней сферы.{2 +} \]

Этот процесс имеет ограничение Франка-Кондона: перенос электрона может иметь место только тогда, когда расстояния связи M – L в состояниях ML (II) и ML (III) одинаковы. Это означает, что необходимо сформировать колебательно-возбужденные состояния с равной длиной связей, чтобы обеспечить возможность переноса электронов. Это означало бы, что связи [ML 6 ] 2+ должны быть сжаты, а связи [ML 6 ] 3+ должны быть удлинены, чтобы реакция могла протекать.

Константы скорости самообмена меняются, потому что энергия активации, необходимая для достижения колебательных состояний, зависит от системы. Чем больше изменений в длине связи, необходимых для достижения комплекса-предшественника, тем медленнее скорость переноса заряда. 1

Краткое введение в теорию Маркуса-Хаша

Теория Маркуса-Хаша связывает кинетические и термодинамические данные для двух реакций самообмена с данными для перекрестной реакции между двумя партнерами по самообмену.Эта теория определяет, имел место механизм внешней сферы. Эта теория иллюстрируется следующими реакциями

Самообмен 1: [ML 6 ] 2+ + [ML 6 ] 3+ → [ML 6 ] 3+ + [ML 6 ] 2+ ∆G O = 0

Самообмен 2: [ML 6 ] 2+ + [ML 6 ] 3+ → [ML 6 ] 3+ + [ML 6 ] 2+ ∆G O = 0

Перекрестная реакция: [ML 6 ] 2+ + [ML 6 ] 3+ → [ML 6 ] 3+ + [ML 6 ] 2+

Свободная энергия активации Гиббса ∆G Ŧ представлена ​​следующим уравнением:

\ [\ Delta G ^ {\ mp} = \ Delta_ {w} G ^ {\ mp} + \ Delta _ {o} G ^ {\ mp} + \ Delta _ {s} G ^ {\ mp} + RT ln (тыс. Т / час) \]

  • T = температура, К
  • R = молярная газовая постоянная
  • k ’= постоянная Больцмана
  • h = постоянная Планка
  • Z = эффективная частота столкновения в растворе ~ 10 11 дм 3 моль -1 с -1
  • w G Ŧ = энергия, связанная с объединением реагентов, включает работу, проделанную для противодействия любому отталкиванию
  • 0 G Ŧ = энергия, связанная с изменениями расстояния связи
  • с ∆G Ŧ = энергия, связанная с перестройками, происходящими в сферах растворителя
  • ln (k’T / hZ) = учитывает потерю энергии при формировании комплекса встречи.

Константа скорости самообмена рассчитывается с использованием следующей реакции

\ [k = \ kappa Z e ^ {- \ Delta G ^ {\ mp} / RT} \]

где \ (\ kappa \) - коэффициент передачи ~ 1

Уравнение Маркуса-Хаша задается следующим выражением

\ [k_ {12} = (k_ {11} k_ {22} K_ {12} f_ {12}) ^ {1/2} \]

где:

\ [\ log f_ {12} = \ frac {(\ log K_ {12}) ^ {2}} {4 \ log (\ frac {k_ {11} k_ {22}} {Z ^ {2}} )} \]

  • Z - частота столкновений
  • k 11 и ∆G Ŧ 11 соответствуют самообмену 1
  • k 22 и ∆G Ŧ 22 соответствуют самообмену 2
  • k 12 и ∆G Ŧ 12 соответствуют перекрестной реакции
  • K 12 = константа равновесия перекрестной реакции
  • ∆G O 12 = стандартная свободная энергия Гиббса реакции

Следующее уравнение является приближенным из уравнения Маркуса-Хаша:

\ [\ log k_ {12} \ около 0.5 \ log k_ {11} +0.5 \ log \ log \]

, поскольку \ (f \ приблизительно 1 \) и \ (\ log f \ приблизительно 0 \).

Как уравнение Маркуса-Хаша используется для определения наличия механизма внешней сферы?

  • значения k 11 , k 22 , K 12 и k 12 получены экспериментально
  • k 11 и k 22 теоретически являются значениями
  • \ (K_ {12} \) получается из \ (E_ {cell} \)

Если имеет место механизм внешней сферы, расчетные значения \ (k_ {12} \) будут совпадать или согласовываться с экспериментальными значениями.Если эти значения не совпадают, это будет означать, что действует другой механизм. 1

Правило выбора Лапорта и слабые d – d переходы

переходов d-d запрещены правилом выбора Лапорта.

  • Правило выбора Лапорта: ∆ l = + 1
  • Переходы, разрешенные по Лапорту: происходит изменение четности, т.е. s → p и p → d.
  • Запрещенные переходы по Лапорту: четность остается неизменной i.е. p → p и d → d.

d-d переходы приводят к слабым полосам поглощения, и большинство металлических комплексов с d-блоком демонстрируют в растворе цвета низкой интенсивности (за исключением комплексов d 0 и d 10 ). Цвета низкой интенсивности указывают на то, что вероятность перехода d-d мала.

Ультрафиолетовая и видимая (УФ / видимая) спектроскопия - это исследование переходов, участвующих в перегруппировке валентных электронов. В области неорганической химии UV / Vis обычно связывают с d-d переходами и окрашенными комплексами переходных металлов.Цвет раствора комплекса переходного металла зависит от: металла, степени окисления металла и количества d-электронов металла. Например, комплексы железа (II) имеют зеленый цвет, а комплексы железа (III) - оранжевый / коричневый. 2

Диапазоны переноса заряда

Если цвет зависит от d-d переходов, почему некоторые комплексы переходных металлов сильно окрашены в растворе, но не имеют d-электронов?

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): оксиды фуллерена сильно окрашены в растворе, но не имеют d-электронов.Решения слева направо: C 60 , C 60 O, C 60 O и C 60 O 2 . Фуллерены, молекулы с замкнутой клеткой нанометрового размера, полностью состоят из атомов углерода, расположенных в шестиугольниках и пятиугольниках. Оксиды фуллерена с формулой C 60 O n имеют эпоксидные группы, непосредственно прикрепленные к каркасу фуллерена.

В комплексах переходных металлов изменение распределения электронов между металлом и лигандом приводит к появлению полос переноса заряда (СТ). 1 Поглощение CT в УФ / видимой области является интенсивным (значения ε 50 000 л моль -1 см -1 или больше) и разрешено правило выбора. Интенсивность цвета обусловлена ​​тем, что эти переходы имеют место с большой вероятностью. Правило выбора запрещенных переходов d-d приводит к слабому поглощению. Например, октаэдрические комплексы дают значения ε 20 л · моль -1 см -1 или меньше. 2 Переход с переносом заряда можно рассматривать как внутренний окислительно-восстановительный процесс. 2

Полосы переноса заряда из лиганда в металл и из металла в лиганд

Лиганды обладают σ, σ *, π, π * и несвязывающими (n) молекулярными орбиталями. Если молекулярные орбитали лиганда заполнены, перенос заряда может происходить с молекулярных орбиталей лиганда на пустые или частично заполненные d-орбитали металла. Поглощение, возникающее в результате этого процесса, называется полосами переноса заряда лиганд-металл (LMCT) (рис. 2). 2 LMCT переходы приводят к появлению интенсивных полос. Также могут иметь место запрещенные d-d переходы, приводящие к слабым поглощениям.- \)), то может произойти переход с переносом заряда металл-лиганд (MLCT). LMCT-переходы обычны для координационных соединений, имеющих π-акцепторные лиганды. При поглощении света электроны на металлических орбиталях возбуждаются на π * орбитали лиганда. 2 На рис. 3 показан перенос заряда от металла к лиганду в октаэдрическом комплексе d 5 . Переходы MLCT приводят к появлению интенсивных полос. Также возможны запрещенные переходы d - d. Этот переход приводит к окислению металла.5 \) сложный.

Влияние полярности растворителя на спектры КТ

* Этот эффект возникает только в том случае, если исследуемый компонент представляет собой ионную пару *

Положение СТ-полосы указывается как энергия перехода и зависит от сольватирующей способности растворителя. Сдвиг в сторону более низкой длины волны (более высокой частоты) наблюдается, когда растворитель обладает высокой сольватирующей способностью.

Полярные молекулы растворителя выравнивают свои дипольные моменты максимально или перпендикулярно диполям основного или возбужденного состояния.Если основное состояние или возбужденное состояние является полярным, произойдет взаимодействие, которое снизит энергию основного состояния или возбужденного состояния за счет сольватации. Влияние полярности растворителя на спектры КТ показано в следующем примере.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Вы готовите образец для эксперимента в УФ / видимом диапазоне и решаете использовать полярный растворитель. Наблюдается ли сдвиг длины волны, когда:

a) И основное, и возбужденное состояние нейтральны

Когда и основное, и возбужденное состояния нейтральны, сдвиг длины волны не наблюдается.Никаких изменений не происходит. Подобное растворяет подобное, и полярный растворитель не сможет выровнять свой диполь с нейтральным основным и возбужденным состояниями.

б) Возбужденное состояние полярное, но основное состояние нейтральное

Если возбужденное состояние полярно, но основное состояние нейтрально, растворитель будет взаимодействовать только с возбужденным состоянием. Он выровняет свой диполь с возбужденным состоянием и снизит его энергию за счет сольватации. Это взаимодействие снизит энергию полярного возбужденного состояния.(увеличить длину волны, уменьшить частоту, уменьшить энергию)

c) Основное состояние и возбужденное состояние полярны

Если основное состояние полярно, полярный растворитель выровняет свой дипольный момент с основным состоянием. Будет происходить максимальное взаимодействие, и энергия основного состояния будет снижена. (увеличенная длина волны, более низкая частота и меньшая энергия) Дипольный момент возбужденного состояния будет перпендикулярен дипольному моменту основного состояния, поскольку дипольный момент полярного растворителя совмещен с основным состоянием.Это взаимодействие повысит энергию полярного возбужденного состояния. (уменьшить длину волны, увеличить частоту, увеличить энергию)

г) Основное состояние полярное, а возбужденное состояние нейтральное

Если основное состояние полярно, полярный растворитель выровняет свой дипольный момент с основным состоянием. Будет происходить максимальное взаимодействие, и энергия основного состояния будет снижена. (увеличенная длина волны, более низкая частота и меньшая энергия). Если возбужденное состояние нейтрально, изменение энергии не произойдет.Подобное растворяет подобное, и полярный растворитель не может выровнять свой диполь с нейтральным возбужденным состоянием. В целом можно ожидать увеличения энергии (показано ниже), потому что основное состояние имеет более низкую энергию (уменьшение длины волны, увеличение частоты, увеличение энергии). 4

Как определить диапазоны переноса заряда

Поглощение

CT является разрешенным правилом отбора и приводит к интенсивным (значения ε 50 000 л моль -1 см -1 или больше) полосам в УФ / видимой области. 2 Правило отбора: запрещенные переходы d-d приводят к слабому поглощению. Например, октаэдрические комплексы дают значения ε 20 л · моль -1 см -1 или меньше. 2 CT полосы легко идентифицировать, потому что они:

  • Очень интенсивны, т.е. имеют большой коэффициент экстинкции
  • Обычно широкие
  • Отображение очень сильного поглощения, превышающего шкалу поглощения (необходимо использовать разбавленные растворы)

Пример \ (\ PageIndex {2} \): перенос заряда лиганда в металл

KMnO 4 , растворенный в воде, дает интенсивные полосы CT.Одна полоса LMCT в видимом диапазоне наблюдается около 530 нм.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Спектр поглощения водного раствора перманганата калия, показывающий динамическую прогрессию. (CC BY-SA 3; Петерганс через Википедию)

Полоса при 528 нм дает темно-фиолетовый цвет раствора. Электрон с орбитали типа «неподеленная пара кислорода» переводится на низколежащую орбиталь Mn. 1

Пример \ (\ PageIndex {3} \): перенос заряда с металла на лиганд

Дихлорид трис (бипиридин) рутения (II) (\ ce {[Ru (bpy) 3] Cl2} \)) представляет собой координационное соединение, которое вызывает наблюдаемую полосу CT (рисунок \ (\ PageIndex {6} \))

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): а) Структура [Ru (bpy) 3 ] Cl 2 , б) Полоса CT, наблюдаемая в его V / Vis спектре.(CC BY-SA 4.0; Albris через Википедию)

A d-электрон от атома рутения возбуждается на бипиридиновую антисвязывающую орбиталь. Очень широкая полоса поглощения обусловлена ​​возбуждением электрона в различные колебательно-возбужденные состояния π * электронного состояния. 6

Практические задачи

  1. Вы проводите УФ / видимый анализ образца. Исследуемый образец обладает способностью претерпевать переход с переносом заряда. В спектрах наблюдаются переходы с переносом заряда.Почему это может быть проблемой, если вы хотите обнаруживать переходы d-d? Как решить эту проблему?
  2. Что делать, если возможны оба типа переноса заряда? Например, в комплексе есть и σ-донорные, и π-акцептирующие орбитали? Почему это может быть проблемой?
  3. Если лиганд имеет хромофорные функциональные группы, может наблюдаться полоса внутрииганда. Почему это может вызвать проблемы, если вы хотите соблюдать диапазоны передачи заряда? Как бы вы идентифицировали интралигандные группы? Назовите сценарий, при котором вы не сможете идентифицировать интралигандные группы.

Ответы на практические задачи

  1. Это проблема при исследовании слабых d-d переходов, потому что если молекула претерпевает переходы с переносом заряда, это приводит к интенсивной полосе CT. Это делает практически невозможным обнаружение переходов d - d, если они происходят в той же области, что и зона переноса заряда. Эта проблема решается путем проведения эксперимента в УФ / видимой области с более концентрированным раствором, в результате чего незначительные пики становятся более заметными.
  2. Октаэдрические комплексы, такие как Cr (CO) 6 , имеют как σ-донорные, так и π-акцептирующие орбитали.Это означает, что они могут претерпевать оба типа переходов с переносом заряда. Это затрудняет различие между LMCT и MLCT.
  3. Это может вызвать проблемы, поскольку полосы CT могут перекрывать полосы внутрииганда. Полосы внутрииганда могут быть идентифицированы путем сравнения сложного спектра со спектром свободного лиганда. Это может быть трудным, поскольку при координации с металлом орбитальные энергии лиганда могут изменяться по сравнению с орбитальными энергиями свободного лиганда. Было бы очень трудно идентифицировать интралигандную полосу, если лиганд не существует в виде свободного лиганда.Если бы он не существовал в виде свободного лиганда, вы не смогли бы получить УФ / видимый спектр и, следовательно, не смогли бы использовать этот спектр по сравнению со сложным спектром.

Ссылки на статьи

  1. Housecroft, Catherine E., and A. G. Sharpe. «Механизм внешней сферы». Неорганическая химия . Харлоу, Англия: Pearson Prentice Hall, 2008. 897-900.
  2. Брисдон, Алан К. "УФ-видимая спектроскопия". Неорганические спектроскопические методы. Оксфорд: Oxford UP, 1998.70-73 ..
  3. Хухи, Джеймс Э., Эллен А. Кейтер и Ричард Л. Кейтер. «Координационная химия: связь, спектры и магнетизм». Неорганическая химия: основы строения и реакционной способности. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Колледж Харпер Коллинз, 1993. 455–59.
  4. Драго, Рассел С. "Влияние полярности растворителя на спектры переноса заряда". Физические методы для химиков. Ft. Источник: Saunders College Pub., 1992. 135–37.
  5. Мисслер, Гэри Л. и Дональд А. Тарр. «Координационная химия III: Электронные спектры."Неорганическая химия. Верхняя река Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Education, 2004. 407-08.
  6. "
  7. Пэрис, Дж. П. и Уоррен В. Брандт. «Люминесценция с переносом заряда хелата рутения (II)». Сообщения в редакцию 81 (1959): 5001-002.

Литература: теория Маркуса и полосы переноса заряда

  1. Маркус, Р. А. « Химическая и электрохимическая теория переноса электрона». Ежегодный обзор физической химии 15.1 (1964): 155-96.
  2. Эберсон, Леннарт. "Реакции переноса электрона в органической химии. II * Анализ восстановления алкилгалогенидов реагентами переноса электрона на основе теории Маркуса". Acta Chemica Scandinavica 36 (1982): 533-43.
  3. Чоу, Мэй, Кэрол Кройц и Норман Сутин. «Константы скорости и параметры активации для реакций переноса электрона во внешней сфере и сравнения с предсказаниями теории Маркуса». Журнал Американского химического общества 99.17 (1977): 5615-623.
  4. Маркус, Р. А. « Связь между спектрами поглощения переноса заряда и флуоресценции и инвертированной областью ». Журнал физической химии 93 (1989): 3078-086.

Литература: Примеры диапазонов переноса заряда

  1. Реакции переноса электрона фуллеренов:
    • Миттал, Дж. П. «Возбужденные состояния и реакции переноса электрона фуллеренов». Чистая и прикладная химия 67.1 (1995): 103-10.
    • Ван, Ю. "Фотофизические свойства фуллеренов / N, N-диэтиланалиновых комплексов переноса заряда". Journal of Physical Chemistry 96 (1992): 764-67.
    • Вехманен, Виза, Николай В. Ткаченко, Хироши Имахори, Шуничи Фукузуми и Хельге Лемметинен. «Эмиссия переноса заряда компактной диады порфирин-фуллерен, проанализированная Маркусом Теорией переноса электрона». Spectrochimica Acta, часть A 57 (2001): 2229-244.
  2. Реакции переноса электрона в RuBpy :
    • Париж, J.П. и Уоррен В. Брандт. «Люминесценция с переносом заряда хелата рутения (II)». Сообщения в редакцию 81 (1959): 5001-002.

Автор

  • Мелисса А. Ривера (Калифорнийский университет в Дэвисе)
.

Оксид | химическое соединение | Британника

Оксид , любой из большого и важного класса химических соединений, в котором кислород соединен с другим элементом. За исключением более легких инертных газов (гелий [He], неон [Ne], аргон [Ar] и криптон [Kr]), кислород (O) образует по крайней мере один бинарный оксид с каждым из элементов.

Как металлы, так и неметаллы могут достигать своих наивысших степеней окисления (т. Е. Отдавать максимальное количество доступных валентных электронов) в соединениях с кислородом.Щелочные металлы и щелочноземельные металлы, а также переходные металлы и постпереходные металлы (в их более низких степенях окисления) образуют ионные оксиды, то есть соединения, содержащие анион O 2-. Металлы с высокой степенью окисления образуют оксиды, связи которых имеют более ковалентную природу. Неметаллы также образуют ковалентные оксиды, которые обычно имеют молекулярный характер. Плавное изменение типа связи в оксидах от ионного к ковалентному наблюдается по мере того, как периодическая таблица проходит от металлов слева к неметаллам справа.Такое же изменение наблюдается в реакции оксидов с водой и в результате кислотно-основного характера продуктов. Ионные оксиды металлов реагируют с водой с образованием гидроксидов (соединений, содержащих ион OH - ) и образующихся основных растворов, тогда как большинство оксидов неметаллов реагируют с водой с образованием кислот и образующихся кислотных растворов ( см. таблицу).

Периодическое изменение свойств оксидов элементов третьего периода
группа 1 группа 2 группа 13 группа 14 группа 15 группа 16 группа 17
Источник: Источник: W.Робинсон, Дж. Одом и Х. Хольцкло-младший, Химия: концепции и модели, D.C. Heath and Co., 1992.
Реакция оксидов с водой и кислотно-основной характер гидроксидов Na 2 O дает NaOH (сильное основание) MgO дает
Mg (OH) 2 (слабое основание)
Al 2 O 3 не реагирует SiO 2 не реагирует P 4 O 10 дает H 3 PO 4 (слабая кислота) SO 3 дает H 2 SO 4 (сильная кислота) Cl 2 O 7 дает HClO 4 (сильная кислота)
соединение в оксидах Na 2 O ионный MgO ионный Al 2 O 3
ионный
SiO 2 ковалентный P 4 O 10 ковалентный SO 3 ковалентный Cl 2 O 7 ковалентный

Некоторые органические соединения реагируют с кислородом или другими окислителями с образованием веществ, называемых оксидами.Таким образом, амины, фосфины и сульфиды образуют оксиды аминов, оксиды фосфина и сульфоксиды, соответственно, в которых атом кислорода ковалентно связан с атомом азота, фосфора или серы. Так называемые оксиды олефинов представляют собой циклические простые эфиры.

Оксиды металлов

Оксиды металлов - это твердые кристаллические вещества, содержащие катион металла и анион оксида. Обычно они реагируют с водой с образованием оснований или с кислотами с образованием солей.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

Щелочные металлы и щелочноземельные металлы образуют три различных типа бинарных кислородных соединений: (1) оксиды, содержащие ионы оксидов, O 2-, (2) пероксиды, содержащие ионы пероксидов, O 2 2-, которые содержат ковалентные одинарные связи кислород-кислород, и (3) супероксиды, содержащие ионы супероксида, O 2 - , которые также имеют ковалентные связи кислород-кислород, но с одним отрицательным зарядом меньше, чем ионы пероксида. Щелочные металлы (которые имеют степень окисления +1) образуют оксиды M 2 O, пероксиды M 2 O 2 и супероксиды MO 2 .(M представляет собой атом металла.) Щелочноземельные металлы (со степенью окисления +2) образуют только оксиды, MO и пероксиды, MO 2 . Все оксиды щелочных металлов могут быть получены путем нагревания нитрата соответствующего металла с элементарным металлом. 2MNO 3 + 10M + тепло → 6M 2 O + N 2 Обычное получение оксидов щелочноземельных металлов включает нагревание карбонатов металлов. MCO 3 + тепло → MO + CO 2 И оксиды щелочных металлов, и оксиды щелочноземельных металлов являются ионными и реагируют с водой с образованием основных растворов гидроксида металла.M 2 O + H 2 O → 2MOH (где M = металл группы 1)
MO + H 2 O → M (OH) 2 (где M = металл группы 2) Таким образом, эти соединения часто называют основными оксидами. В соответствии со своим основным поведением они реагируют с кислотами в типичных кислотно-основных реакциях с образованием солей и воды; например, M 2 O + 2HCl → 2MCl + H 2 O (где M = металл группы 1). Эти реакции также часто называют реакциями нейтрализации. Наиболее важными основными оксидами являются оксид магния (MgO), хороший проводник тепла и электрический изолятор, который используется в огнеупорных кирпичах и теплоизоляции, и оксид кальция (CaO), также называемый негашеной известью или известью, широко используемый в сталелитейной промышленности и в воде. очищение.

Периодические тренды оксидов тщательно изучены. В любой данный период связь в оксидах прогрессирует от ионной до ковалентной, и их кислотно-основной характер меняется от сильно основного до слабоосновного, амфотерного, слабокислого и, наконец, сильнокислого. В общем, основность увеличивается вниз по группе (например, в оксидах щелочноземельных металлов BeO 2 O 7 (который содержит Mn 7+ ) наиболее кислотным.Оксиды переходных металлов со степенью окисления +1, +2 и +3 представляют собой ионные соединения, состоящие из ионов металлов и оксидных ионов. Оксиды переходных металлов с степенями окисления +4, +5, +6 и +7 ведут себя как ковалентные соединения, содержащие ковалентные связи металл-кислород. Как правило, ионные оксиды переходных металлов являются основными. То есть они будут реагировать с водными кислотами с образованием растворов солей и воды; например, CoO + 2H 3 O + → Co 2+ + 3H 2 O.Оксиды со степенью окисления +5, +6 и +7 являются кислыми и реагируют с растворами гидроксида с образованием солей и воды; например, CrO 3 + 2OH - → CrO 4 2− + H 2 О. Эти оксиды с степенью окисления +4 обычно являются амфотерными (от греческого amphoteros, «в обоих направлениях»), что означает, что эти соединения могут вести себя либо как кислоты, либо как основания. Амфотерные оксиды растворяются не только в кислых, но и в основных растворах.Например, оксид ванадия (VO 2 ) представляет собой амфотерный оксид, растворяющийся в кислоте с образованием синего иона ванадила, [VO] 2+ , и в основании с образованием желто-коричневого гипованадат-иона, [V 4 O 9 ] 2-. Амфотеризм среди оксидов основной группы в первую очередь обнаруживается с металлоидными элементами или их ближайшими соседями.

.

Список оксидов - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Эта страница представляет собой список всех оксидов. Оксиды - это химические соединения, содержащие кислород в степени окисления -2.

  • Оксид алюминия, очень твердый, используется в качестве абразива
  • Трехокись сурьмы, твердое вещество белого цвета
  • Четырехокись сурьмы, твердое вещество белого цвета
  • Пятиокись сурьмы, твердое вещество желтого цвета, окислитель
  • Триоксид мышьяка, белое твердое вещество, высокотоксичный
  • Пятиокись мышьяка, белое твердое вещество, высокотоксичный окислитель
  • Оксид бария, белый, токсичный, основной
  • Оксид висмута (III), слабый окислитель, бледно-желтый
  • Оксид висмута (V), очень нестабильный, красноватый
  • Оксид кальция, белый, негашеная известь
  • Оксид церия (III), белый
  • Оксид церия (IV), сильный окислитель
  • Оксид хрома (II), черный восстановитель
  • Оксид хрома (III), темно-зеленый
  • Оксид хрома (IV), черный, искусственный, используемый в кассетах
  • Оксид хрома (VI), красный, токсичный окислитель
  • Оксид кобальта (II), темно-зеленый или черный
  • Оксид кобальта (II, III), черный
  • Оксид кобальта (III), черный
  • Оксид меди (I) красноватый
  • Оксид меди (II), черный
  • Оксид железа (II), черный, используемый в качестве пигмента
  • Оксид железа (II, III), черный, железная руда
  • Оксид железа (III), ржавчина, красноватая
  • Оксид лантана, белый
  • Оксид свинца (II), оранжевый, токсичный
  • Свинец (II, IV) оксид, красный, токсичный
  • Оксид свинца (IV), черный, токсичный окислитель, используемый в автомобильных аккумуляторах
  • Оксид лития, белый, основной, используется в керамике
  • Оксид магния, белый, используется в антацидах
  • Оксид марганца (II), коричнево-розовый
  • Оксид марганца (III), черный, обнаружен в разряженных батареях
  • Оксид марганца (IV), черный, окислитель, используемый в щелочных батареях
  • Оксид марганца (VII) красное масло, взрывчатое вещество
  • Оксид ртути (II), красный, токсичный, используется в ртутных батареях
  • Оксид никеля (II), светло-зеленый
  • Оксид никеля (III), редкий окислитель
  • Оксид рубидия, желтоватый, редкий, высокореакционный
  • Диоксид кремния, бесцветное кристаллическое соединение, очень распространенное в земле
  • Оксид серебра (I), коричнево-черный, используется в батареях с оксидом серебра
  • Оксид таллия (I), черный, растворяется в воде
  • Оксид таллия (III), белый, окислитель
  • Оксид тория (IV), белый, радиоактивный
  • Оксид олова (II), черный или красный, легковоспламеняющийся
  • Оксид олова (IV), белый, руда олова
  • Оксид урана (VI) желтый, токсичный и радиоактивный
  • Оксид вольфрама (VI), желтый
  • Оксид цинка, белый, используется в солнцезащитных кремах
  • Диоксид брома, желтые кристаллы, нестабильный
  • Двуокись углерода, бесцветный тяжелый газ, выдыхаемый животными
  • Окись углерода, бесцветный газ, токсичный
  • Двуокись хлора, мощный окислительный газ
  • Двуокись азота, бесцветный коррозионный газ
  • Пятиокись азота, ангидрид азотной кислоты
  • Оксид дигидрогена, бесцветная жидкость
  • Пятиокись йода, бесцветное твердое вещество, ангидрид йодной кислоты
  • Оксид азота, токсичный газ, легко окисляемый
  • Двуокись азота, токсичный дымовой газ коричневого цвета
  • Закись азота, сладкий газ, используемый в бутылках для взбивания сливок и анестетиках
  • Оксид фосфора (III), пахнет чесноком, токсичен
  • Оксид фосфора (V), легко впитывает воду, белый, раздражает
  • Диоксид селена, твердое вещество белого цвета с запахом хрена
  • Триоксид селена, твердое вещество с высокой реакционной способностью
  • Диоксид теллура, наиболее распространенное соединение теллура, белое или желтое твердое вещество
  • Триоксид теллура, твердое вещество с высокой реакционной способностью
  • Диоксид серы, бесцветный тяжелый токсичный газ, с запахом «горелого»
  • Триоксид серы, токсичная жидкость раздражающего действия
.

Что такое литий-металлооксидный аккумулятор и как он работает?


[Изображение из Tadiran Batteries]

Сол Джейкобс, вице-президент и генеральный директор, Tadiran Batteries

Что такое металлический литиевый аккумулятор?

Батарея из оксида лития (LMO) - это специализированная форма первичного (неперезаряжаемого) элемента, разработанная для использования в определенных медицинских, военных и промышленных приложениях, где требуется автономный источник питания, небольшой и легкий, но способный обеспечивать высокие импульсы и высокие показатели непрерывной мощности даже после длительного хранения.

Доступные как в вариантах высокой, так и средней мощности, батареи LMO построены с анодом на основе углерода, катодом из полиметаллического оксида и органическим электролитом, что обеспечивает до 20 лет эксплуатации с годовой скоростью саморазряда менее чем 1% в год. Эти небольшие, но мощные элементы имеют номинальное напряжение 4 В и энергию до 2 Втч, с разрядной емкостью от 135 мАч до 500 мАч, способные выдерживать непрерывные нагрузки 5 А и максимальные импульсы 15 А. Они также имеют широкий температурный диапазон (от –55 ° C до 85 ° C) и герметичное уплотнение для дополнительной безопасности.

Батареи

LMO признаны UL в отношении безопасности, поскольку в них используются нетоксичные и не находящиеся под давлением растворители, а анодные материалы менее реактивны, чем стандартные литиевые элементы. Эти батареи хорошо зарекомендовали себя в ходе испытаний на безопасность на предмет пробивания, раздавливания, высокой температуры, короткого замыкания и перезаряда.

Как это работает?

Уникальные рабочие характеристики батареи LMO идеально подходят для медицинских приложений, которые требуют непрерывного высокопроизводительного питания, мгновенной активации и исключительно длительного срока хранения.Эти приложения включают:

  • Автоматические внешние дефибрилляторы
  • Электроинструмент хирургический
  • Инфузионные насосы
  • Стимуляторы роста костей
  • Переносные медицинские приборы

Например, производитель хирургических устройств BioAccess выбрал высокоэнергетические батареи LMO в качестве дополнительного обновления вместо щелочного батарейного блока, чтобы их хирургическая дрель стала меньше, легче и эргономичнее.

За счет замены 6 батарей TLM-1550HP LMO типоразмера AA на блок щелочных батарей хирургическая дрель BioAccess снизила вес и объем на 60%, одновременно улучшив общую мощность и производительность.Эквивалентный блок щелочных батарей потребовал бы в три раза большего веса и в 2,5 раза большего объема (15 щелочных батарей размера AA против 6 батарей TLM-1550-HP типоразмера AA).

Батареи TLM-1550HP выдают напряжение холостого хода (OCV) 4,1 В вместе с высокими импульсами до 15 А при максимальной продолжительной нагрузке 5 А. Использование этих мощных небольших батарей также позволило хирургической дрели BioAccess достичь более высоких скоростей сверления, более активного времени сверления (от 30 до 40 секунд за один раз до 20-30 циклов), большей мгновенной мощности и большего крутящего момента при остановке, что привело к более эффективные циклы сверления с меньшим утомлением оператора.

Высокие импульсные и высокоскоростные характеристики разряда и длительный срок хранения ячейки LMO также идеально подходят для питания автоматических внешних дефибрилляторов (AED), которые могут простаивать в течение многих лет, но должны надежно работать в жизненно важных ситуациях.

.

Смотрите также