תחמוצות: NOMENCLATURE, סוגים, תכונות ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

תחמוצות משפחה של תרכובות בינארי שבו אינטראקציות בין האלמנט והחמצן. אז לתחמוצת יש נוסחה כללית מאוד מהסוג EO, כאשר E הוא כל מרכיב.

בהתאם לגורמים רבים, כמו הטבע האלקטרוני של E, הרדיוס היוני שלו, וערכיו, יכולים להיווצר תחמוצות מסוגים שונים. חלקם פשוטים מאוד, ואחרים, כמו Pb ₃ O ₄ , (נקראים מיניום, ארקזון או עופרת אדומה) מעורבבים; כלומר הם נובעים משילוב של יותר מתחמוצת אחת פשוטה.

עופרת אדומה, תרכובת גבישית המכילה תחמוצת עופרת. מקור: BXXXD, באמצעות Wikimedia Commons

אבל המורכבות של התחמוצות יכולה להתקדם יותר. ישנן תערובות או מבנים שבהם יותר ממתכת אחת יכולה להתערב, וגם שם הפרופורציות אינן סטואו-מטרי. במקרה של Pb ₃ O ₄ , יחס ה- Pb / O שווה ל- 3/4, כאשר גם המונה וגם המכנה הם מספרים שלמים.

בתחמוצות שאינן stoichiometric הפרופורציות הן מספרים עשרוניים. E _0.75 O _1.78 הוא דוגמא לתחמוצת היפותטית שאינה סטויו-מטרית. תופעה זו מתרחשת עם מה שמכונה תחמוצות מתכת, במיוחד עם מתכות מעבר (Fe, Au, Ti, Mn, Zn וכו ').

עם זאת, יש תחמוצות שמאפייניה פשוטים ומובחנים בהרבה, כמו אופי יוני או קוולנטי. באותן תחמוצות בהן הדמות היונית שולטת, הן יהיו מורכבות מקטיונים E ⁺ ו- O ^2– אניונים ; ואלו קשורים בלבד, הקשרים הבודדים (E - O) או הקשרים הכפולים (E = O).

ההבדל האלקטרוניטיבי בין E ל- O הוא זה שמכתיב את האופי היוני של תחמוצת, כאשר E הוא מתכת חשמלית מאוד, אז ל- EO יש אופי יוני גבוה. בעוד שאם E אלקטרונגטיבי, כלומר לא מתכתי, EO תחמוצתו תהיה קוולנטית.

מאפיין זה מגדיר רבים אחרים המוצגים על ידי תחמוצות, כמו יכולתם ליצור בסיסים או חומצות בתמיסה מימית. מכאן מגיעים מה שנקרא תחמוצות בסיסיות וחומצות. אלה שלא מתנהגים כמו אחד מהשניים, או להפך מראים את שני המאפיינים, הם תחמוצות ניטרליות או אמפוטריות.

מִנוּחַ

ישנן שלוש דרכים לתת שם תחמוצות (החלות גם על תרכובות רבות אחרות). אלה נכונים ללא קשר לאופי היוני של תחמוצת ה- EO, כך ששמם אינו אומר דבר על תכונותיו או מבניו.

Nomenclature שיטתית

בהתחשב בתחמוצות EO, E ₂ O, E ₂ O ₃ ו- EO ₂ , במבט ראשון לא ניתן לדעת מה מסתתר מאחורי הנוסחאות הכימיות שלהם. עם זאת, המספרים מציינים את היחס הסטויו-מטרי או את יחס ה- E / O. ממספרים אלה ניתן לתת שמות גם אם לא צוין באיזה ערכיות זה "עובד" E.

מספר האטומים של E וגם O מסומן על ידי קידומות המספור היווני. באופן זה, מונו- פירושו שיש רק אטום אחד; di-, שני אטומים; tri-, שלושה אטומים וכן הלאה.

אז, שמות התחמוצות הקודמות על פי המינוח השיטתי הם:

- חד - חמצני של E (EO).

- חד - חמצני של די E (E ₂ O).

- תחמוצת Tri של די E (E ₂ O ₃ ).

- די תחמוצת E (EO ₂ ).

להחיל את המינוח הזה על Pb ₃ O ₄ , תחמוצת האדום בתמונה הראשונה, יש לנו:

Pb ₃ O ₄ : תחמוצת טטרה תלת- עופרת.

עבור תחמוצות רבות מעורבות, או עם יחסים סטואיציומטריים גבוהים, כדאי מאוד להשתמש במונח השיטתי כדי לקרוא להם שם.

שמות מלאי

ולנסיה

למרות שלא ידוע איזה אלמנט הוא E, יחס ה- E / O מספיק בכדי לדעת באיזה ערכיות אתה משתמש בתחמוצתך. אֵיך? לפי עקרון האלקטרוניטליות. זה דורש כי סכום המטענים של היונים במתחם חייב להיות שווה לאפס.

זה נעשה על ידי הנחת אופי יוני גבוה עבור כל תחמוצת. לפיכך, ל- O יש מטען -2 מכיוון שהוא O ^2- , ו- E חייב לתרום n + כך שהוא מנטרל את המטענים השליליים של אניון תחמוצת.

לדוגמה, ב- EO אטום ה- E עובד בערכיות +2. למה? מכיוון שאחרת היא לא תוכל לנטרל את המטען -2 של ה- O היחיד. ל- E ₂ O, ל- E יש ערך +1, מכיוון שיש לחלק את המטען +2 בין שני האטומים של E.

וב- E ₂ O ₃ יש לחשב תחילה את המטענים השליליים שתרמו O. מכיוון שישנם שלושה מהם, אז: 3 (-2) = -6. כדי לנטרל את המטען -6, ה- E נדרשים לתרום +6, אך מכיוון שיש שניים מהם, +6 מחולק על ידי שניים, ומשאיר את E עם ערך של +3.

שלטון ממנומוני

ל- O תמיד יש ערך -2 בתחמוצות (אלא אם כן הוא מי חמצן או סופרוקסיד). אז כלל ממנומוני לקביעת ערכיותו של E הוא פשוט לקחת בחשבון את המספר שמלווה את ה- O. E, לעומת זאת, יהיה את המספר 2 המלווה אותו, ואם לא, זה אומר שהיה פשט.

לדוגמה, ב- EO הערכיות של E היא +1, מכיוון שגם אם זה לא כתוב, יש רק O אחד. ועבור EO ₂ , מכיוון שאין 2 מלווה את E, היה פישוט, וכדי שהוא יופיע יש להכפיל אותו 2. לפיכך, הנוסחה הופכת ל- E ₂ O ₄ והערך של E הוא אז +4.

עם זאת, כלל זה נכשל עבור תחמוצות מסוימות, כגון Pb ₃ O ₄ . לכן, תמיד יש לבצע חישובי נייטרליות.

ממה זה מורכב

ברגע שהערך של E נמצא בהישג יד, שמות המניות מורכבים מציון זה בסוגריים ועם ספרות רומיות. מבין כל הננומטורות זה הפשוט והמדויק ביותר ביחס לתכונות האלקטרוניות של תחמוצות.

אם ל- E לעומת זאת יש רק ערכיות אחת (שניתן למצוא בטבלה המחזורית), היא לא מוגדרת.

לפיכך, עבור תחמוצת EO אם ל- E יש ערך +2 ו- +3, זה נקרא: (שם E) (II) תחמוצת. אבל אם ל- E יש רק ערכיות +2, אז התחמוצת שלו נקראת: (E שם) תחמוצת.

שמות מסורתיים

כדי להזכיר את שם התחמוצות, יש להוסיף את הסיומות –אקו או –או לשמותיהם הלטיניים, עבור הערכים הגדולים או הקטנים יותר. במקרה שיש יותר משניים, נעשה שימוש בקידומות --hipo, עבור הקטן ביותר, ו- –per, עבור הגדול מכולם.

לדוגמה, עבודות לידים עם ערכים +2 ו- +4. ב- PbO יש לו ערך של +2, ולכן הוא נקרא: תחמוצת אנרגיה. ואילו PbO ₂ נקרא: תחמוצת עופרת.

ומה נקרא Pb ₃ O _{4 על} פי שני המינוקים הקודמים? אין לזה שם. למה? מכיוון ש- Pb ₃ O ₄ למעשה מורכב מתערובת 2; כלומר, למוצק האדום יש ריכוז כפול של PbO.

מסיבה זו לא יהיה נכון לנסות ולתת ל- Pb ₃ O ₄ שם שאינו מורכב מנונומקלטורה שיטתית או סלנג פופולרי.

סוגי תחמוצות

תלוי באיזה חלק בטבלה המחזורית E ולכן, אופי האלקטרוני, ניתן ליצור סוג אחד של תחמוצת זה או אחר. ממספר קריטריונים זה נובעים להקצות להם סוג, אך החשובים ביותר הם אלה הקשורים לחומציות או לבסיסיותם.

תחמוצות בסיסיות

תחמוצות בסיסיות מתאפיינות בכך שהן יוניות, מטאליות, וחשוב מכך, מייצרות תמיסה בסיסית על ידי המסת מים. כדי לקבוע באופן ניסוי אם תחמוצת בסיסית, יש להוסיף אותה למיכל עם מים ומחוון אוניברסלי המומס בתוכו. צבעו לפני הוספת התחמוצת חייב להיות ירוק, ניטרלי pH.

ברגע שמוסיפים את התחמוצת למים, אם צבעו משתנה מירוק לכחול, פירושו שה- pH הפך לבסיסי. הסיבה לכך היא שהיא מייצרת איזון מסיסות בין ההידרוקסיד שנוצר למים:

EO (ים) + H ₂ O (l) => E (OH) ₂ (s) <=> E ²⁺ (aq) + OH ^- (aq)

למרות שהתחמוצת אינה מסיסה במים, רק חלק קטן מתמוסס כדי לשנות את החומציות. כמה תחמוצות בסיסיות כל כך מסיסות עד שהן מייצרות הידרוקסידיים קאסטיים כמו NaOH ו- KOH. כלומר תחמוצות נתרן ואשלגן, Na ₂ O ו- K ₂ O, הן בסיסיות ביותר. שימו לב לערכיות של +1 לשתי המתכות.

תחמוצות חומצה

תחמוצות חומציות מאופיינות בכך שיש בהן יסוד לא מתכתי, הן קוולנטיות, והן מייצרות תמיסות חומציות עם מים. שוב, ניתן לבדוק את החומציות שלה באמצעות המחוון האוניברסלי. אם הפעם כשמוסיפים את התחמוצת למים, צבעו הירוק הופך לאדמדם, אז זה תחמוצת חומצה.

איזו תגובה מתרחשת? הבא:

EO ₂ (s) + H ₂ O (l) => H ₂ EO ₃ (aq)

דוגמה לתחמוצת חומצה, שאינה מוצק, אלא גז, היא CO ₂ . כאשר הוא מתמוסס במים, הוא יוצר חומצה פחמית:

CO ₂ (g) + H ₂ O (l) <=> H ₂ CO ₃ (aq)

באופן דומה, CO ₂ אינו מורכב ^{מציונים} O ^2- ו- C ⁴⁺ , אלא מולקולה הנוצרת על ידי קשרים קוולנטיים: O = C = O. זה אולי אחד ההבדלים הגדולים ביותר בין תחמוצות בסיסיות לחומצות.

תחמוצות ניטראליות

תחמוצות אלה אינן משנות את צבען הירוק של מים ב- pH ניטרלי; כלומר, הם אינם יוצרים הידרוקסידיים או חומצות בתמיסה מימית. חלקם הם: N ₂ O, NO ו- CO. בדומה ל- CO, יש להם קשרים קוולנטיים אותם ניתן להמחיש על ידי מבנים של לואיס או כל תיאוריה של קשר.

תחמוצות אמפוטריות

דרך נוספת לסווג תחמוצות תלויה בשאלה אם הם מגיבים עם חומצה או לא. מים הם חומצה חלשה מאוד (וגם בסיס), כך שתחמוצות אמפוטריות אינן מציגות את "שני הפנים שלהן". תחמוצות אלה מתאפיינות בתגובה עם חומצות ובסיסים כאחד.

תחמוצת אלומיניום, למשל, היא תחמוצת אמפוטרית. שתי המשוואות הכימיות הבאות מייצגות את תגובתו עם חומצות או בסיסים:

Al ₂ O ₃ (ים) + 3H ₂ SO ₄ (aq) => Al ₂ (SO ₄ ) ₃ (aq) + 3H ₂ O (l)

Al ₂ O ₃ (s) + 2NaOH (aq) + 3H ₂ O (l) => 2NaAl (OH) ₄ (aq)

Al ₂ (SO ₄ ) ₃ הוא מלח האלומיניום גופרתי, ו NaAl (OH) _{4 הוא} מלח מורכב הנקרא נתרן טטרהידרוקסו אלומינאט.

תחמוצת המימן, H ₂ O (מים), היא גם אמפוטרית, ומעיד על כך מאזן היינון שלה:

H ₂ O (l) <=> H ₃ O ⁺ (aq) + OH ^- (aq)

תחמוצות מעורבות

תחמוצות מעורבות הן אלה המורכבות מתערובת של תחמוצות אחת או יותר באותו מוצק. Pb ₃ O ₄ הוא דוגמא להם. מגנטיט, Fe ₃ O ₄ , הוא גם דוגמא נוספת לתחמוצת מעורב. Fe ₃ O ₄ הוא תערובת של FeO ו- Fe ₂ O ₃ בפרופורציות 1: 1 (שלא כמו Pb ₃ O ₄ ).

התערובות יכולות להיות מורכבות יותר, וכך ליצור מגוון עשיר של מינרלים תחמוצתיים.

נכסים

תכונותיהם של תחמוצות תלויות בסוגן. תחמוצות יכולות להיות יוניות (E ^{n +} O ^2- ), כמו CaO (Ca ²⁺ O ^2– ), או קוולנטיות, כמו SO ₂ , O = S = O.

מעובדה זו, ומהנטייה כי אלמנטים צריכים להגיב עם חומצות או בסיסים, נאספים מספר תכונות עבור כל תחמוצת.

כמו כן, האמור לעיל בא לידי ביטוי בתכונות הפיזיקליות כמו נקודות התכה ורתיחה. תחמוצות יוניות נוטות ליצור מבנים גבישיים העמידים מאוד בפני חום, כך שנקודות ההתכה שלהן גבוהות (מעל 1000 מעלות צלזיוס), בעוד הקובלנטים נמסים בטמפרטורות נמוכות, או אפילו גזים או נוזלים.

איך הם נוצרים?

מקור: פיט באמצעות פליקר

תחמוצות נוצרות כאשר אלמנטים מגיבים עם חמצן. תגובה זו יכולה להתרחש במגע פשוט עם אטמוספרות עשירות חמצן, או דורשת חום (כמו להבה בהירה יותר). כלומר, כששורפים חפץ הוא מגיב עם חמצן (כל עוד הוא נמצא באוויר).

אם לוקחים חתיכת זרחן, למשל, ומניחים אותה בלהבה, היא תישרף ותיצור את תחמוצת המקביל:

4P (ים) + 5O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

במהלך תהליך זה כמה מוצקים, כמו סידן, יכולים לשרוף עם להבה צבעונית.

דוגמא נוספת מתקבלת על ידי שריפת עץ או כל חומר אורגני שיש בהם פחמן:

C (ים) + O ₂ (g) => CO ₂ (g)

אבל אם אין מספיק חמצן, CO נוצר במקום CO ₂ :

C (ים) + 1 / 2O ₂ (g) => CO (g)

שימו לב כיצד יחס ה- C / O משמש לתיאור תחמוצות שונות.

דוגמאות לתחמוצות

מקור: מאת Yikrazuul, מתוך Wikimedia Commons

התמונה העליונה תואמת את מבנה תחמוצת הקואוולנט I ₂ O ₅ , היציבה ביותר שיוצרת יוד. שימו לב לקשרים היחידים והכפולים שלהם, כמו גם למטענים הפורמליים של אני ושחמצן בצדיהם.

תחמוצות הלוגן מאופיינות בכך שהן קוולנטיות ותגובות מאוד, וכך גם המקרים של O ₂ F ₂ (FOOF) ו- OF ₂ (FOF). כלור דו-חמצני, ClO ₂ , למשל, הוא תחמוצת הכלור היחידה שמסונתזת בקנה מידה תעשייתי.

מכיוון שההלוגנים יוצרים תחמוצות קוולנטיות, הערכים ה"היפותטיים "שלהם מחושבים באותו אופן באמצעות עיקרון האלקטרוניטריות.

תחמוצות מתכת מעבר

בנוסף לתחמוצות ההלוגן, יש תחמוצות מתכת מעבר:

-CoO: קובלט (II) תחמוצת; תחמוצת קובלט; u קובלט חד חמצני.

-HgO: כספית (II) תחמוצת; תחמוצת כספית; u תחמוצת כספית.

-ג ₂ O: תחמוצת כסף; תחמוצת כסף; או חד חמצני.

-Au ₂ O ₃ : תחמוצת זהב (III); תחמוצת אורית; או דיור דו-חמצני.

דוגמאות נוספות

-B ₂ O ₃ : תחמוצת בור; תחמוצת בור; או דיבורון דו-חמצני.

-Cl ₂ O ₇ : תחמוצת כלור (VII); תחמוצת perchloric; דילטורו הפטוקסיד.

-NO: תחמוצת (II) תחמוצת; תחמוצת חנקן; חנקן חד חמצני.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. תחמוצות מתכתיות ולא מתכתיות. נלקח מ: chem.uiuc.edu
3. כימיה בחינם. (2018). תחמוצות ואוזון. נלקח מ: freechemistryonline.com
4. Toppr. (2018). תחמוצות פשוטות. נלקח מ: toppr.com
5. סטיבן ס. זומדל. (7 במאי 2018). תַחמוֹצֶת. אנציקלופדיה בריטניקה. נלקח מ: britannica.com
6. כימיה LibreTexts. (24 באפריל 2018). תחמוצות. נלקח מ: chem.libretexts.org
7. Quimicas.net (2018). דוגמאות לתחמוצות. התאושש מ: quimicas.net