धातु ऑक्साइड: गुण, नामकरण, उपयोग और उदाहरण - रसायन विज्ञान - 2025

धातु ऑक्साइड धातु के पिंजरों और ऑक्सीजन से बने अकार्बनिक यौगिक हैं। वे आम तौर पर आयनिक ठोस की एक बड़ी संख्या को शामिल करते हैं, जिसमें ऑक्साइड आयन (O ^2–) एम ⁺ प्रजातियों के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से इंटरैक्ट करता है ।

M ⁺ इस तरह का कोई उद्धरण है जो शुद्ध धातु से प्राप्त होता है: क्षार और संक्रमण धातुओं से, कुछ महान धातुओं (जैसे सोना, प्लैटिनम और पैलेडियम) के अपवाद के साथ, तालिका के पी ब्लॉक के सबसे भारी तत्वों के लिए। आवधिक (जैसे सीसा और बिस्मथ)।

स्रोत: पिक्साबे

ऊपर की छवि एक लोहे की सतह को दिखाती है जो लाल रंग की पपड़ी से ढकी होती है। इन "स्कैब्स" को जंग या जंग के रूप में जाना जाता है, जो बदले में धातु के ऑक्सीकरण के दृश्य प्रमाणों को अपने पर्यावरण की स्थितियों के परिणामस्वरूप दर्शाते हैं। रासायनिक रूप से, जंग लोहे (III) के आक्साइड का एक हाइड्रेटेड मिश्रण है।

धातु का ऑक्सीकरण इसकी सतह के क्षरण की ओर क्यों जाता है? यह धातु के क्रिस्टल संरचना के भीतर ऑक्सीजन को शामिल करने के कारण है।

जब ऐसा होता है, तो धातु की मात्रा बढ़ जाती है और मूल इंटरैक्शन कमजोर हो जाते हैं, जिससे ठोस टूट जाता है। इसी तरह, ये दरारें अधिक धातु के अणुओं को आंतरिक धातु की परतों में घुसने की अनुमति देती हैं, पूरी तरह से अंदर से टुकड़े को दूर खाती हैं।

हालांकि, यह प्रक्रिया अलग-अलग गति से होती है और यह धातु की प्रकृति (इसकी प्रतिक्रियाशीलता) और इसके चारों ओर स्थित भौतिक स्थितियों पर निर्भर करती है। इसलिए, ऐसे कारक हैं जो धातु के ऑक्सीकरण को तेज या धीमा करते हैं; उनमें से दो में नमी और पीएच की उपस्थिति है।

क्यों? क्योंकि धातु ऑक्साइड के उत्पादन के लिए धातु के ऑक्सीकरण में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल है। ये "यात्रा" एक रासायनिक प्रजाति से दूसरे तक जब तक पर्यावरण इसे सुविधाजनक बनाता है, या तो आयनों (एच ⁺, ना ⁺, एमजी ²⁺, क्ल ^-, आदि) की उपस्थिति से, जो पीएच को संशोधित करता है, या द्वारा पानी के अणु जो परिवहन का साधन प्रदान करते हैं।

विश्लेषणात्मक रूप से, संबंधित ऑक्साइड को बनाने के लिए एक धातु की प्रवृत्ति इसकी कमी क्षमता में परिलक्षित होती है, जो यह बताती है कि कौन सी धातु दूसरे की तुलना में तेजी से प्रतिक्रिया करती है।

उदाहरण के लिए, सोने में लोहे की तुलना में बहुत अधिक कमी होती है, यही वजह है कि यह अपने ऑक्साइड के बिना चमक के साथ इसकी सुनहरी चमक के साथ चमकता है।

गैर-धातु ऑक्साइड के गुण

मैग्नीशियम ऑक्साइड, एक धातु ऑक्साइड।

धातु ऑक्साइड के गुण धातु के अनुसार अलग-अलग होते हैं और यह ओ ^2- आयनों के साथ कैसे संपर्क करता है । इसका मतलब यह है कि कुछ ऑक्साइड में दूसरों की तुलना में पानी में उच्च घनत्व या घुलनशीलता है। हालांकि, इन सभी में सामान्य धातु का चरित्र होता है, जो अनिवार्य रूप से उनके मूल में परिलक्षित होता है।

दूसरे शब्दों में: उन्हें बुनियादी एनहाइड्राइड या बुनियादी ऑक्साइड के रूप में भी जाना जाता है।

क्षारकता

एसिड-ऑक्साइड इंडिकेटर का उपयोग करके धातु आक्साइड की मौलिकता को प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया जा सकता है। कैसे? कुछ विघटित संकेतक के साथ जलीय घोल में ऑक्साइड का एक छोटा सा टुकड़ा जोड़ना; यह बैंगनी गोभी का द्रवीभूत रस हो सकता है।

तब पीएच के आधार पर रंगों की श्रेणी, ऑक्साइड मूल पीएच (इसी 8 और 10 के बीच मूल्यों के साथ) के समान, नीले रंग को रस को बदल देगा। यह इस तथ्य के कारण है कि ऑक्साइड का भंग हिस्सा ओएच ^- आयनों को माध्यम में जारी करता है, ये उक्त प्रयोग में पीएच परिवर्तन के लिए जिम्मेदार हैं।

इस प्रकार, पानी में घुलनशील ऑक्साइड एमओ के लिए, यह निम्नलिखित रासायनिक समीकरणों के अनुसार धातु हाइड्रॉक्साइड ("हाइड्रेटेड ऑक्साइड") में बदल जाता है:

एमओ + एच ₂ ओ => एम (ओएच) ₂

M (OH) ₂ <=> M ²⁺ + 2OH ^-

दूसरा समीकरण हाइड्रॉक्साइड एम (ओएच) ₂ का घुलनशीलता संतुलन है । ध्यान दें कि धातु में 2+ चार्ज है, जिसका अर्थ यह भी है कि इसकी वैल्यू +2 है। इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने की प्रवृत्ति से धातु की वैधता का सीधा संबंध है।

इस तरह, जितनी अधिक सकारात्मकता होगी, उसकी अम्लता उतनी ही अधिक होगी। इस मामले में कि M की वैल्यू +7 थी, तो ऑक्साइड M ₂ O ₇ एसिडिक होगा और बेसिक नहीं।

Amphotericism

धातु ऑक्साइड बुनियादी हैं, हालांकि वे सभी एक ही धातु के चरित्र में नहीं हैं। आपको कैसे मालूम? आवर्त सारणी पर धातु एम का पता लगाना। आगे आप इसके बाईं ओर हैं, और कम समय में, यह जितना अधिक धातु होगा और इसलिए आपका ऑक्साइड उतना ही अधिक मूल होगा।

बुनियादी और अम्लीय ऑक्साइड (गैर-धातु ऑक्साइड) के बीच की सीमा पर एम्फ़ोटेरिक ऑक्साइड हैं। यहाँ 'अम्फोटेरिक' शब्द का अर्थ है कि ऑक्साइड एक आधार के रूप में और एक एसिड के रूप में दोनों कार्य करता है, जो जलीय घोल में समान होता है, यह हाइड्रॉक्साइड या जलीय परिसर M (OH ₂) ₆ ^{2+ का निर्माण कर सकता है} ।

जलीय परिसर धातु केंद्र एम के साथ n पानी के अणुओं के समन्वय से ज्यादा कुछ नहीं है। एम (ओएच ₂) ₆ ^{2+ जटिल के लिए}, धातु एम ²⁺ छह पानी के अणुओं से घिरा हुआ है, और इसे एक माना जा सकता है हाइड्रेटेड cation। इन परिसरों में से कई गहन रंग दिखाते हैं, जैसे कि तांबे और कोबाल्ट के लिए मनाया जाता है।

शब्दावली

धातु ऑक्साइड का नाम कैसे दिया जाता है? इसे करने के तीन तरीके हैं: पारंपरिक, व्यवस्थित और स्टॉक।

पारंपरिक नामकरण

आईयूपीएसी द्वारा शासित नियमों के अनुसार धातु ऑक्साइड को सही ढंग से नाम देने के लिए, धातु एम के संभावित मूल्यों को जानना आवश्यक है। सबसे बड़ा (सबसे सकारात्मक) धातु नाम को प्रत्यय-सौंपा गया है, जबकि नाबालिग, उपसर्ग-जो।

उदाहरण: धातु M के +2 और +4 वाल्व दिए गए, इसके संबंधित ऑक्साइड MO और MO _{2 हैं} । यदि M लीड से बाहर है, Pb, तो ऑक्साइड PbO प्लंब सहन करेगा , और PbO ₂ ऑक्साइड PLUMB आईसीओ । यदि धातु में केवल एक वैलेंस है, तो इसके ऑक्साइड को प्रत्यय -िको के साथ नामित किया गया है। इस प्रकार, Na ₂ O सोडियम ऑक्साइड है।

दूसरी ओर, उपसर्ग hypo- और per- तब जोड़े जाते हैं जब धातु के लिए तीन या चार वाल्व उपलब्ध होते हैं। इस प्रकार, Mn ₂ O ₇, मैंगनीज ico के प्रति ऑक्साइड है, क्योंकि Mn में +7 वेलेंस है, जो कि अधिकांश है।

हालांकि, इस प्रकार का नामकरण कुछ कठिनाइयों को प्रस्तुत करता है और आमतौर पर कम से कम उपयोग किया जाता है।

व्यवस्थित नामकरण

इसमें, ऑक्साइड के रासायनिक सूत्र बनाने वाले एम और ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या पर विचार किया जाता है। उनसे, इसे संबंधित उपसर्ग मोनो-, डि-, ट्राई-, टेट्रा- इत्यादि को सौंपा गया है।

उदाहरण के रूप में हाल के तीन धातु आक्साइड को लेना, PbO सीसा मोनोऑक्साइड है; PbO ₂ लीड डाइऑक्साइड; और ना ₂ ओ, डिस्कोडियम मोनोऑक्साइड है। जंग के मामले में, फे ₂ ओ ₃, इसका संबंधित नाम डी आयरन ट्राइऑक्साइड है।

स्टॉक नामकरण

अन्य दो नामकरणों के विपरीत, इस एक में, धातु की वैधता अधिक महत्वपूर्ण है। कोष्ठक में रोमन अंकों द्वारा मान निर्दिष्ट किया गया है: (I), (II), (III), (IV), आदि। धातु ऑक्साइड को धातु (n) ऑक्साइड नाम दिया गया है।

पिछले उदाहरणों के लिए स्टॉक नामकरण लागू करना, हमारे पास है:

-पीबीओ: लेड (II) ऑक्साइड।

-पीबीओ ₂: लेड (IV) ऑक्साइड।

-Na ₂ O: सोडियम ऑक्साइड। चूँकि इसमें +1 की एक अद्वितीय वैलेंस है, यह निर्दिष्ट नहीं है।

-Fe ₂ O ₃: आयरन (III) ऑक्साइड।

-Mn ₂ O ₇: मैंगनीज (VII) ऑक्साइड।

वैलेंस संख्या की गणना

लेकिन, यदि आपके पास वैलेंस के साथ आवर्त सारणी नहीं है, तो आप उन्हें कैसे निर्धारित कर सकते हैं? इसके लिए हमें यह याद रखना चाहिए कि आयन ओ ^2– धातु ऑक्साइड में दो ऋणात्मक आवेशों का योगदान करता है। तटस्थता के सिद्धांत का पालन करते हुए, इन नकारात्मक आरोपों को धातु के सकारात्मक के साथ बेअसर किया जाना चाहिए।

इसलिए, अगर रासायनिक सूत्र से ऑक्सीजेन की संख्या ज्ञात की जाती है, तो धातु की वैधता को बीजगणितीय रूप से निर्धारित किया जा सकता है, ताकि आवेशों का योग शून्य हो।

Mn ₂ O ₇ में सात ऑक्सिजन हैं, इसलिए इसके नकारात्मक चार्ज 7x (-2) = -14 के बराबर हैं। -14 के नकारात्मक चार्ज को बेअसर करने के लिए, मैंगनीज को +14 (14-14 = 0) का योगदान करना चाहिए। हमारे पास तब गणितीय समीकरण को प्रस्तुत करना:

2X - 14 = 0

2 इस तथ्य से आता है कि दो मैंगनीज परमाणु हैं। एक्स के लिए हल और हल, धातु की वैधता:

एक्स = 14/2 = 7

दूसरे शब्दों में, प्रत्येक Mn का मान +7 है।

वे कैसे बनते हैं?

नमी और पीएच सीधे धातुओं के ऑक्सीकरण को उनके संबंधित ऑक्साइड में प्रभावित करते हैं। सीओ ₂ की उपस्थिति, अम्लीय ऑक्साइड, पानी में पर्याप्त रूप से भंग कर सकता है जो धातु के क्रिस्टल संरचना में आयनिक रूप में ऑक्सीजन के समावेश को तेज करने के लिए धातु के हिस्से को कवर करता है।

तापमान में वृद्धि के साथ इस प्रतिक्रिया को भी तेज किया जा सकता है, खासकर जब यह थोड़े समय में ऑक्साइड प्राप्त करने के लिए वांछित होता है।

ऑक्सीजन के साथ धातु की प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया

धातु ऑक्साइड धातु और आसपास के ऑक्सीजन के बीच प्रतिक्रिया के एक उत्पाद के रूप में बनते हैं। इसे नीचे रासायनिक समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

2M (s) + O ₂ (g) => 2MO (s)

यह प्रतिक्रिया धीमी है, क्योंकि ऑक्सीजन में एक मजबूत ओ = ओ डबल बॉन्ड है और इसके और धातु के बीच इलेक्ट्रॉनिक हस्तांतरण अक्षम है।

हालांकि, यह तापमान और सतह क्षेत्र में वृद्धि के साथ काफी तेजी लाता है। यह इस तथ्य के कारण है कि ओ = ओ डबल बॉन्ड को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान की जाती है, और जैसा कि एक बड़ा क्षेत्र है, ऑक्सीजन धातु में समान रूप से चलती है, धातु के परमाणुओं के साथ एक ही समय में टकराती है।

ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया की मात्रा जितनी अधिक होगी, धातु के लिए परिणामी वैलेंस या ऑक्सीकरण संख्या अधिक होगी। क्यों? क्योंकि ऑक्सीजन धातु से अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉनों को लेता है, जब तक कि यह उच्चतम ऑक्सीकरण संख्या तक नहीं पहुंचता।

यह तांबे के लिए देखा जा सकता है, उदाहरण के लिए। जब धातु तांबा का एक टुकड़ा सीमित मात्रा में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो Cu ₂ O बनता है (कॉपर (I) ऑक्साइड, कप्रस ऑक्साइड या डाइकोबर मोनोऑक्साइड):

4Cu (s) + O ₂ (g) + Q (ऊष्मा) => 2Cu ₂ O (s) (लाल ठोस)

लेकिन जब यह बराबर मात्रा में प्रतिक्रिया करता है, तो CuO (कॉपर (II) ऑक्साइड, कप्रिक ऑक्साइड या कॉपर मोनोऑक्साइड) प्राप्त होता है:

2Cu (s) + O ₂ (g) + Q (ऊष्मा) => 2CuO (s) (काला ठोस)

ऑक्सीजन के साथ धातु के लवण की प्रतिक्रिया

थर्मल अपघटन के माध्यम से धातु आक्साइड का गठन किया जा सकता है। यह संभव होने के लिए, एक या दो छोटे अणुओं को प्रारंभिक यौगिक (एक नमक या एक हाइड्रॉक्साइड) से छोड़ा जाना चाहिए:

एम (ओएच) ₂ + क्यू => एमओ + एच ₂ ओ

ओएलएस ₃ + क्यू => एमओ + सीओ ₂

2M (NO ₃) ₂ + Q => MO + 4NO ₂ + O ₂

ध्यान दें कि H ₂ O, CO ₂, NO ₂ और O ₂ जारी किए गए अणु हैं।

अनुप्रयोग

पृथ्वी की पपड़ी में धातुओं की समृद्ध संरचना और वायुमंडल में ऑक्सीजन के कारण, धातु ऑक्साइड कई खनिज स्रोतों में पाए जाते हैं, जिनसे नई सामग्री के निर्माण का एक ठोस आधार प्राप्त किया जा सकता है।

प्रत्येक धातु ऑक्साइड बहुत विशिष्ट उपयोग पाता है, पोषण (ZnO और MgO) से सीमेंट एडिटिव्स (CaO) के रूप में, या बस अकार्बनिक पिगमेंट (Cr ₂ O ₃) के रूप में।

कुछ ऑक्साइड इतने घने होते हैं कि नियंत्रित परत वृद्धि एक मिश्र धातु या धातु को आगे ऑक्सीकरण से बचा सकती है। अध्ययनों से यह भी पता चला है कि सुरक्षात्मक परत का ऑक्सीकरण जारी है जैसे कि यह एक तरल था जो धातु के सभी दरारें या सतही दोष को कवर करता है।

धातु आक्साइड आकर्षक संरचनाओं पर ले जा सकते हैं, या तो नैनोकणों के रूप में या बड़े बहुलक समुच्चय के रूप में।

यह तथ्य उन्हें बुद्धिमान सामग्रियों के संश्लेषण के लिए उनके बड़े सतह क्षेत्र के कारण अध्ययन का उद्देश्य बनाता है, जिसका उपयोग उन उपकरणों को डिजाइन करने के लिए किया जाता है जो कम से कम शारीरिक उत्तेजना का जवाब देते हैं।

इसके अलावा, धातु ऑक्साइड कई तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए कच्चे माल हैं, दर्पण और सिरेमिक से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए अद्वितीय गुणों के साथ, सौर पैनलों तक।

उदाहरण

इसे समझने के प्रयास में मैंने अपने आपको बरबाद कर डाला

2Fe (s) + O ₂ (g) => 2FeO (s) लोहा (II) ऑक्साइड।

6FeO (s) + O ₂ (g) => 2Fe ₃ O ₄ (s) चुंबकीय लौह ऑक्साइड।

Fe ₃ O ₄, जिसे मैग्नेटाइट के रूप में भी जाना जाता है, एक मिश्रित ऑक्साइड है; इसका मतलब यह है कि इसमें FeO और Fe ₂ O ₃ का ठोस मिश्रण है ।

4Fe ₃ O ₄ (s) + O ₂ (g) => 6Fe ₂ O ₃ (s) लोहा (III) ऑक्साइड।

क्षार और क्षारीय पृथ्वी आक्साइड

क्षार और क्षारीय दोनों पृथ्वी धातुओं में केवल एक ऑक्सीकरण संख्या होती है, इसलिए उनके ऑक्साइड अधिक "सरल" होते हैं:

-Na ₂ O: सोडियम ऑक्साइड।

-Li ₂ O: लिथियम ऑक्साइड।

-के ₂ ओ: पोटेशियम ऑक्साइड।

-कैओ: कैल्शियम ऑक्साइड।

-एमजीओ: मैग्नीशियम ऑक्साइड।

-बेओ: बेरिलियम ऑक्साइड (जो एक एम्फोटेरिक ऑक्साइड है)

समूह IIIA ऑक्साइड (13)

समूह IIIA तत्व (13) केवल ऑक्सीकरण संख्या +3 के साथ आक्साइड बना सकते हैं। इस प्रकार, उनके पास रासायनिक सूत्र एम ₂ ओ _{3 है} और उनके ऑक्साइड निम्नलिखित हैं:

-एल ₂ ओ ₃: एल्यूमीनियम ऑक्साइड।

-जीए ₂ ओ ₃: गैलियम ऑक्साइड।

-इनमें ₂ O ₃: इंडियम ऑक्साइड है।

और अंत में

-टीएल ₂ ओ ₃: थैलियम ऑक्साइड।

संदर्भ

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