- 非金属酸化物の性質
- 塩基性
- 両性主義
- 命名法
- 伝統的な命名法
- 体系的な命名法
- 在庫名称
- 価数の計算
- それらはどのように形成されますか？
- 金属と酸素の直接反応
- 金属塩と酸素の反応
- 用途
- 例
- 酸化鉄
- アルカリおよびアルカリ土類酸化物
- グループIIIAの酸化物（13）
- 参考文献
金属酸化物は、金属カチオンと酸素で構成される無機化合物です。それらは一般に膨大な数のイオン性固体を含み、その中で酸化物アニオン（O 2–）はM +種と静電的に相互作用します。
M +は、純金属に由来するこのようなカチオンです：いくつかの貴金属（金、プラチナ、パラジウムなど）を除くアルカリ金属と遷移金属から、表のpブロックの最も重い元素まで定期的（鉛やビスマスなど）。
出典：Pixabay。
上の画像は、赤みがかった地殻で覆われた鉄の表面を示しています。これらの「かさぶた」は、錆または錆として知られているものであり、環境の条件による金属の酸化の視覚的な証拠を表します。化学的に、さびは酸化鉄（III）の水和混合物です。
金属の酸化はなぜその表面の劣化につながるのですか？これは、金属の結晶構造内に酸素が含まれているためです。
これが発生すると、金属の体積が増加し、元の相互作用が弱まり、固体が破裂します。同様に、これらの亀裂により、より多くの酸素分子が内部の金属層を貫通し、内部から完全に食い尽くされます。
ただし、このプロセスはさまざまな速度で発生し、金属の性質（その反応性）とその周囲の物理的条件によって異なります。したがって、金属の酸化を加速または減速させる要因があります。それらの2つは、湿度とpHの存在です。
どうして？金属酸化物を生成するための金属の酸化には、電子の移動が含まれるためです。別の化学種からこれらの「旅行」であれば、環境はイオン（Hの存在のいずれかによって、それを容易にする+をNa +はMg 2+とCl -など）のpHを変更する、またはによって、輸送手段を提供する水分子。
分析的に、対応する酸化物を形成する金属の傾向は、その還元電位に反映され、どの金属が他の金属よりも速く反応することがわかります。
たとえば、金は鉄よりも還元電位がはるかに大きいため、酸化せずに特徴的な黄金色の輝きを放ちます。
非金属酸化物の性質
酸化マグネシウム、金属酸化物。
金属酸化物の特性は、金属と、それがO 2-陰イオンとどのように相互作用するかによって異なります。これは、一部の酸化物は他の酸化物よりも水への密度または溶解度が高いことを意味します。しかし、それらはすべて共通してメタリックな特徴を持っています。それは必然的にその基本性に反映されます。
言い換えれば、それらは塩基性無水物または塩基性酸化物としても知られています。
塩基性
金属酸化物の塩基性は、酸塩基指示薬を使用して実験的に確認できます。どうやって？少量の酸化物を溶解した指示薬を含む水溶液に加える。これは紫キャベツの液化果汁です。
その後、pHに応じて色の範囲があるため、酸化物はジュースを青みがかった色に変え、基本的なpH（8と10の間の値）に対応します。これは、酸化物を放出OHの溶解した部分ということである-イオン媒体には、これらは、前記実験においてpHの変化の原因です。
したがって、水に溶解した酸化物MOの場合、次の化学式に従って金属水酸化物（「水和酸化物」）に変換されます。
MO + H 2 O => M（OH）2
M（OH）2 <=> M 2+ + 2OH -
2番目の方程式は、水酸化物M（OH）2の溶解度平衡です。金属は2+の電荷を持っていることに注意してください。これは、その価数が+2であることも意味します。金属の価数は、電子を得る傾向に直接関係しています。
このように、価数が正になるほど、その酸味は大きくなります。Mの価数が+7の場合、酸化物M 2 O 7は酸性であり、塩基性ではありません。
両性主義
金属酸化物は塩基性ですが、すべてが同じ金属特性を持っているわけではありません。どうして知っていますか？周期表上の金属Mの位置。あなたがその左側にいるほど、そして低い期間では、それはより金属的になり、それゆえあなたの酸化物はより塩基性になります。
塩基性酸化物と酸性酸化物（非金属酸化物）の境界には、両性酸化物があります。ここで、「両性」という言葉は、酸化物が塩基としても酸としても機能することを意味します。これは、水溶液と同じで、水酸化物または水性錯体M（OH 2）6 2+を形成できます。
水性錯体は、n個の水分子と金属中心Mの配位にすぎません。M（OH 2）6 2+錯体の場合、金属M 2+は6つの水分子に囲まれており、水和カチオン。これらの錯体の多くは、銅やコバルトで観察されるような強い色を示します。
命名法
金属酸化物はどのように命名されますか？それを行うには3つの方法があります：伝統的、体系的、そして株式。
伝統的な命名法
IUPACによって管理される規則に従って金属酸化物に正しく名前を付けるには、金属Mの可能な原子価を知る必要があります。マイナー、接頭辞–oso。
例：金属Mの価数が+2と+4の場合、対応する酸化物はMOとMO 2です。Mが鉛から外れている場合は、Pb、PbO 酸化物、PbO 2酸化物PLUMB icoが耐えます。金属に原子価が1つしかない場合、その酸化物には接尾辞–icoが付けられます。したがって、Na 2 Oは酸化ナトリウムです。
一方、接頭辞hypo-およびper-は、金属に利用可能な原子価が3つまたは4つある場合に追加されます。したがって、Mn 2 O 7は、マンガンが+7価であるため、マンガンのico あたりの酸化物です。
ただし、このタイプの命名法には特定の困難があり、通常は最も使用頻度が低くなります。
体系的な命名法
その中で、酸化物の化学式を構成するMと酸素原子の数が考慮されます。それらから、対応する接頭辞モノ、ジ、トリ、テトラなどが割り当てられます。
最近の3つの金属酸化物を例にとると、PbOは一酸化鉛です。PbO 2二酸化鉛; Na 2 Oは一酸化二ナトリウムです。錆の場合、Fe 2 O 3、そのそれぞれの名前は二酸化二鉄です。
在庫名称
他の2つの命名法とは異なり、この1つの命名法では、金属の価数がより重要です。価数は括弧内のローマ数字で指定されます：（I）、（II）、（III）、（IV）など。この金属酸化物は、金属（n）酸化物と呼ばれます。
前の例の標準的な命名法を適用すると、次のようになります。
-PbO：酸化鉛（II）。
-PbO 2：酸化鉛（IV）。
-Na 2 O：酸化ナトリウム。一意の価数は+1であるため、指定されていません。
-Fe 2 O 3：酸化鉄（III）。
-Mn 2 O 7：酸化マンガン（VII）。
価数の計算
しかし、価数の周期表がない場合、どのようにしてそれらを決定できますか？このため、アニオンO 2–が金属酸化物に2つの負電荷を与えることを覚えておく必要があります。中性の原則に従って、これらの負の電荷は金属の正の電荷で中和する必要があります。
したがって、化学式から酸素の数がわかっていれば、代数的に金属の価数を決定できるため、電荷の合計はゼロになります。
Mn 2 O 7には7つの酸素があるため、その負の電荷は7x（-2）= -14に等しくなります。-14の負電荷を中和するには、マンガンが+14（14-14 = 0）を寄与する必要があります。私たちが持っている数式をポーズすると：
2X-14 = 0
2つは、マンガン原子が2つあるという事実に由来します。金属の価数であるXの解決と解決：
X = 14/2 = 7
つまり、各Mnの価数は+7です。
それらはどのように形成されますか？
水分とpHは、金属の対応する酸化物への酸化に直接影響します。酸性酸化物であるCO 2の存在は、金属部分を覆う水に十分に溶解して、金属の結晶構造へのアニオン型の酸素の取り込みを促進することができます。
この反応は、特に酸化物を短時間で得ることが望まれる場合、温度の上昇とともに加速することもできる。
金属と酸素の直接反応
金属酸化物は、金属と周囲の酸素との反応の生成物として形成されます。これは、以下の化学式で表すことができます。
2M（s）+ O 2（g）=> 2MO（s）
酸素にはO = O二重結合があり、それと金属の間の電子伝達が非効率的であるため、この反応は遅いです。
ただし、温度と表面積の増加に伴ってかなり加速します。これは、O = O二重結合を切断するために必要なエネルギーが提供され、より広い領域があるため、酸素が金属全体に均一に移動し、同時に金属原子と衝突するためです。
反応する酸素の量が多いほど、金属の価数または酸化数が大きくなります。どうして？酸素は金属からますます多くの電子を奪うため、最高の酸化数に達するまで。
これは、たとえば銅で見られます。金属銅片が限られた量の酸素と反応すると、Cu 2 O が形成されます（酸化銅（I）、酸化第一銅、または一酸化二コバルト）：
4Cu（s）+ O 2（g）+ Q（熱）=> 2Cu 2 O（s）（赤い固体）
しかし、それが等量で反応すると、CuO（酸化銅（II）、酸化第二銅、または一酸化銅）が得られます。
2Cu（s）+ O 2（g）+ Q（熱）=> 2CuO（s）（黒い固体）
金属塩と酸素の反応
金属酸化物は熱分解により形成されます。これを可能にするには、1つまたは2つの小さな分子を開始化合物（塩または水酸化物）から放出する必要があります。
M（OH）2 + Q => MO + H 2 O
OLS 3 + Q => MO + CO 2
2M（NO 3）2 + Q => MO + 4NO 2 + O 2
H 2 O、CO 2、NO 2およびO 2が放出された分子であることに注意してください。
用途
地殻中の金属と大気中の酸素の豊富な組成により、金属酸化物は多くの鉱物源から発見され、そこから新しい材料を製造するための強固な基盤を得ることができます。
各金属酸化物は、栄養剤（ZnOおよびMgO）からセメント添加剤（CaO）として、または単に無機顔料（Cr 2 O 3）として、非常に特定の用途を見つけます。
一部の酸化物は非常に密度が高いため、制御された層の成長により、合金または金属をさらなる酸化から保護することができます。研究では、保護層の酸化が、あたかも金属のすべてのクラックまたは表面の欠陥を覆う液体であるかのように継続していることが明らかになっています。
金属酸化物は、ナノ粒子として、または大きなポリマー凝集体として、魅力的な構造をとることができます。
この事実により、表面積が大きいため、スマート材料の合成に関する研究の対象となり、最小の物理的刺激に応答するデバイスの設計に使用されます。
さらに、金属酸化物は、電子機器に固有の特性を持つミラーやセラミックからソーラーパネルに至るまで、多くの技術アプリケーションの原料です。
例
酸化鉄
2Fe（s）+ O 2（g）=> 2FeO（s）酸化鉄（II）。
6FeO（s）+ O 2（g）=> 2Fe 3 O 4（s）磁性酸化鉄。
マグネタイトとしても知られているFe 3 O 4は混合酸化物です。これは、FeOとFe 2 O 3の固体混合物からなることを意味します。
4Fe 3 O 4（s）+ O 2（g）=> 6Fe 2 O 3（s）酸化鉄（III）。
アルカリおよびアルカリ土類酸化物
アルカリ金属とアルカリ土類金属はどちらも酸化数が1つしかないため、その酸化物はより「単純」です。
-Na 2 O：酸化ナトリウム。
-Li 2 O：酸化リチウム。
-K 2 O：酸化カリウム。
-CaO：酸化カルシウム。
-MgO：酸化マグネシウム。
-BeO：酸化ベリリウム（両性酸化物）
グループIIIAの酸化物（13）
IIIA族元素（13）は、酸化数+3の酸化物のみを形成できます。したがって、それらは化学式M 2 O 3を持ち、その酸化物は次のとおりです。
-Al 2 O 3：酸化アルミニウム。
-Ga 2 O 3：酸化ガリウム。
-In 2 O 3：酸化インジウム。
そして最後に
-Tl 2 O 3：酸化タリウム。
参考文献
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンレー。化学。（第8版）。CENGAGE Learning、p 237。
- AlonsoFormula。金属酸化物。取得元：alonsoformula.com
- ミネソタ大学の摂政（2018）。金属および非金属酸化物の酸塩基特性。取得元：chem.umn.edu
- デビッド・L・チャンドラー。（2018年4月3日）。自己回復する金属酸化物は、腐食から保護することができます。引用元：news.mit.edu
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- キミチューブ。（2012）。鉄の酸化。quimitube.comから取得
- 化学LibreTexts。酸化物。取得元：chem.libretexts.org
- Kumar M.（2016）金属酸化物ナノ構造：成長と応用。In：Husain M.、Khan Z.（eds）Advances in Nanomaterials。Advanced Structured Materials、vol 79. Springer、ニューデリー