산화물

Oxide
산소를 포함하는 음전하 다원자 이온에 대해서는 옥시아니온을 참조하십시오.
티타늄의 중요한 산화물인 루타일의 단위전지.Ti(IV) 중심은 회색이고 산소 중심은 빨간색입니다.산소는 티타늄과 3개의 결합을 형성하고 티타늄은 산소와 6개의 결합을 형성한다는 것에 주목하세요.

산화물(/ ˈɒka ɪd/)은 적어도 하나의 산소 원자와 하나의 다른 원소를 포함하는 화학 화합물입니다.산화물 자체가 산소의 음이온( –2의2– 순전하를 갖는 음이온)이며, 산화 상태가 -2인 산화 상태가 -2인 산소의 O 이온입니다.지구의 지각의 대부분은 산화물로 이루어져 있습니다.순수 원소로 간주되는 물질조차도 종종 산화물 코팅이 발생합니다.예를 들어 알루미늄 포일은 다음과 같은 얇은 피부를 형성합니다.추가적인 산화로부터 호일을 보호하는 AlO23(패시베이션 층이라고 함)[2]

화학양론

산화물은 화학양론적 관점(반응물과 반응물의 화학 방정식 사이의 측정 가능한 관계)과 각 화학양론적 관점에서 매우 다양합니다.대부분의 원소는 하나 이상의 화학양론적 산화물을 형성합니다.잘 알려진 예로는 일산화탄소와 이산화탄소가 있습니다.[2]이것은 2진 산화물, 즉 산화물과 다른 원소만을 포함하는 화합물에 적용됩니다.이진 산화물보다 훨씬 더 일반적인 것은 더 복잡한 화학양론적 구조의 산화물입니다.이러한 복잡성은 다른 양이온(양으로 대전된 이온, 즉 전기 분해에서 음극으로 끌어당길 수 있는 이온) 또는 다른 음이온(음으로 대전된 이온)의 도입에 의해 발생할 수 있습니다.철 규산염, FeSiO24, 광물 파얄라이트는 삼원계 산화물의 많은 예들 중 하나입니다.많은 금속 산화물의 경우 다형성과 비화학양론의 가능성도 존재합니다.[3]상업적으로 중요한 티타늄의 다이옥사이드는 예를 들어 세 가지의 별개의 구조로 존재합니다.많은 금속 산화물들이 다양한 비양론적 상태로 존재합니다.다양한 리간드를 가진 많은 분자 산화물들이 또한 존재합니다.[4]

단순화를 위해 이 기사의 대부분은 이진 산화물에 초점을 맞추고 있습니다.

형성

산화물은 몇 가지 희가스를 제외한 모든 요소와 관련이 있습니다.이와 같이 다양한 종류의 화합물이 형성되는 경로는 그만큼 많습니다.

금속산화물

많은 금속 산화물은 탄산염, 수산화물 및 질산염과 같은 다른 금속 화합물의 분해에 의해 발생합니다.칼슘 산화물을 만드는 과정에서 탄산칼슘(석회석)은 가열할 때 분해되어 이산화탄소를 방출합니다.[2]

공기 중의 산소와 요소의 반응은 특히 철의 상업적 사용과 관련된 부식의 핵심 단계입니다.거의 모든 원소들은 산소 분위기로 가열할 때 산화물을 형성합니다.예를 들어, 아연 분말은 공기 중에서 연소되어 산화 아연을 제공합니다.[5]

광석으로부터 금속을 생산하는 것은 종종 금속 황화물 광물을 공기 중에서 로스팅(가열)함으로써 산화물을 생산하는 것을 수반합니다.이러한 방식으로, MoS2(몰리브덴나이트)는 사실상 모든 몰리브덴 화합물의 전구체인 삼산화몰리브덴으로 변환됩니다.[6]

금과 백금과 같은 귀금속은 산소와 직접적인 화학적 결합에 저항하기 때문에 귀하게 여겨집니다.[2]

비금속산화물

중요하고 널리 사용되는 비금속 산화물은 이산화탄소와 일산화탄소입니다.이 종들은 탄소 또는 탄화수소의 완전한 또는 부분적인 산화에 의해 형성됩니다.산소가 부족한 상태에서 일산화탄소가 생성됩니다.[2]

산소가 과잉일 경우 이산화탄소가 생성되며, 일산화탄소의 매개에 의해 경로가 진행됩니다.

질소 원소(N2)는 산화물로 변환하기 어렵지만 암모니아의 연소로 산화 질소가 생성되어 산소와 더 반응합니다.

이러한 반응은 상품 화학물질인 질산의 생산에서 실행됩니다.[7]

산업적으로 가장 큰 규모로 생산되는 화학물질은 황산입니다.이산화황으로 황이 산화되어 삼산화황으로 따로 산화됩니다.[8]

마지막으로 삼산화물은 수화 반응에 의해 황산으로 전환됩니다.

구조.

산화물은 개별 분자에서 고분자 및 결정 구조에 이르기까지 다양한 구조를 가지고 있습니다.표준 조건에서 산화물의 범위는 고체에서 기체에 이르기까지 다양합니다.금속의 고체 산화물은 일반적으로 주변 조건에서 고분자 구조를 갖습니다.[9]

분자산화물

  • 일부 중요한 기체 산화물
  • Carbon dioxide is the main product of fossil fuel combustion.

    이산화탄소는 화석 연료 연소의 주요 생성물입니다.

  • Carbon monoxide is the product of the incomplete combustion of carbon-based fuels and a precursor to many useful chemicals.

    일산화탄소는 탄소 기반 연료의 불완전 연소의 산물이며 많은 유용한 화학물질의 전구물질입니다.

  • Nitrogen dioxide is a problematic pollutant from internal combustion engines.

    이산화질소는 내연기관에서 발생하는 문제가 되는 오염물질입니다.

  • Sulfur dioxide, the principal oxide of sulfur, is emitted from volcanoes.

    황의 주요 산화물인 이산화황은 화산에서 배출됩니다.

  • Nitrous oxide ("laughing gas") is a potent greenhouse gas produced by soil bacteria.

    아산화질소("웃는 가스")는 토양 박테리아에 의해 생성되는 강력한 온실가스입니다.

대부분의 금속 산화물은 결정성 고체이지만 일부 산화물은 분자입니다.분자 산화물의 예로는 이산화탄소와 일산화탄소가 있습니다.질소의 모든 단순 산화물은 분자입니다. 예를 들어 NO, NO2, NO2 및 NO24.오산화인은 기만적인 이름을 가진 더 복잡한 분자 산화물이며, 실제 공식은 PO입니다410.테트로옥사이드는 희귀하며, 몇 가지 더 일반적인 예로는 이리듐 테트로옥사이드,[10] 루테늄 테트로옥사이드, 오스뮴 테트로옥사이드, 제논 테트로옥사이드가 있습니다.[2]

반응

축소

참고 항목: 발열량 감소

금속 산화물을 금속으로 환원하는 것은 일부 금속 생산에서 대규모로 실행됩니다.많은 금속 산화물이 가열만으로 금속으로 변환됩니다(열분해 참조).예를 들어 산화은은 200 °C에서 분해됩니다.[11]

그러나 대부분의 경우 금속 산화물은 화학 시약에 의해 환원됩니다.일반적이고 저렴한 환원제는 콜라 형태의 탄소입니다.가장 눈에 띄는 예는 철광석 제련입니다.많은 반응이 관련되어 있지만, 단순화된 방정식은 보통 다음과 같이 나타납니다.[2]

일부 금속 산화물은 유기 화합물을 포함할 수 있는 환원제의 존재 하에서 용해됩니다.산화철의 환원 용해는 철의 순환과 같은 지구화학 현상에 필수적입니다.[12]

가수분해 및 용해

일반적으로 M-O 결합이 강하기 때문에 금속 산화물은 수성 산과 염기에 의해 공격을 받을 수 있지만 용매에 불용성인 경향이 있습니다.[2]

산화물의 용해는 종종 옥시아니온을 제공합니다.수성 염기를 PO에410 첨가하면 다양한 인산염을 얻을 수 있습니다.수성 염기를 MoO에3 첨가하면 폴리옥소메탈레이트가 생성됩니다.옥시케이션은 더 드물며, 일부 예로는 니트로소늄(NO+), 바나딜(VO2+), 우라닐(UO2+2)이 있습니다.물론 많은 화합물들이 산화물과 다른 그룹 모두에 알려져 있습니다.유기 화학에서, 이것들은 케톤과 많은 관련된 카보닐 화합물을 포함합니다.전이 금속의 경우, 옥시할라이드 뿐만 아니라 많은 옥소 복합체가 알려져 있습니다.[2]

명명법 및 수식

가장 높은 산화 상태의 화학 원소 산화물의 화학 공식은 예측 가능하며 해당 원소에 대한 원자가 전자의 수에서 유도됩니다.16족4 원소로는 O의 화학식인 테트라산소도 예측 가능합니다.한 가지 예외는 구리이며, 이 경우 가장 높은 산화 상태의 산화물은 구리)입니다.II) 구리(I) 산화물이 아닌 산화물.불소는 FO로 예상되는 것처럼27 존재하지 않지만 OF로2 존재합니다.[13]

참고 항목

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참고문헌

  1. ^ Hein, Morris; Arena, Susan (2006). Foundations of College Chemistry (12th ed.). Wiley. ISBN 978-0-471-74153-4.
  2. ^ a b c d e f g h i 그린우드, N. N. & Earnshaw, A. (1997)원소의 화학 (제2판), 옥스포드:버터워스-하이네만.ISBN 0-7506-3365-4.
  3. ^ C. N. R. Rao, B. Raveau (1995). Transition Metal Oxides. New York: VCH. ISBN 1-56081-647-3.
  4. ^ Roesky, Herbert W.; Haiduc, Ionel; Hosmane, Narayan S. (2003). "Organometallic Oxides of Main Group and Transition Elements Downsizing Inorganic Solids to Small Molecular Fragments". Chem. Rev. 103 (7): 2579–2596. doi:10.1021/cr020376q. PMID 12848580.
  5. ^ Graf, Günter G. (2000). "Zinc". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a28_509. ISBN 3-527-30673-0.
  6. ^ Roger F. Sebenik; et al. (2005). "Molybdenum and Molybdenum Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a16_655.
  7. ^ Thiemann, Michael; Scheibler, Erich; Wiegand, Karl Wilhelm. "Nitric Acid, Nitrous Acid, and Nitrogen Oxides". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a17_293.
  8. ^ Müller, Hermann (2000). "Sulfuric Acid and Sulfur Trioxide". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a25_635.
  9. ^ P.A. Cox (2010). Transition Metal Oxides. An Introduction to Their Electronic Structure and Properties. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-958894-7.
  10. ^ Gong, Yu; Zhou, Mingfei; Kaupp, Martin; Riedel, Sebastian (2009). "Formation and Characterization of the Iridium Tetroxide Molecule with Iridium in the Oxidation State +VIII". Angewandte Chemie International Edition. 48 (42): 7879–7883. doi:10.1002/anie.200902733. PMID 19593837.
  11. ^ "Silver oxide".
  12. ^ Cornell, R. M.; Schwertmann, U. (2003). The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences and Uses, Second Edition. p. 323. doi:10.1002/3527602097. ISBN 978-3-527-30274-1.
  13. ^ Schultz, Emeric (2005). "Fully Exploiting the Potential of the Periodic Table through Pattern Recognition". J. Chem. Educ. 82 (11): 1649. Bibcode:2005JChEd..82.1649S. doi:10.1021/ed082p1649.