OKSIDA LOGAM: SIFAT, TATA NAMA, PENGGUNAAN DAN CONTOH - KIMIA - 2025

Oksida logam adalah senyawa anorganik yang terdiri dari kation logam dan oksigen. Mereka umumnya terdiri dari sejumlah besar padatan ionik, di mana anion oksida (O ^2– ) berinteraksi secara elektrostatis dengan spesies M ⁺ .

M ⁺ seperti ini kation apa pun yang berasal dari logam murni: dari logam alkali dan transisi, dengan pengecualian beberapa logam mulia (seperti emas, platina dan paladium), hingga unsur terberat dari blok p tabel periodik (seperti timbal dan bismut).

Sumber: Pixabay.

Gambar di atas menunjukkan permukaan besi yang tertutup kerak kemerahan. "Keropeng" ini dikenal sebagai karat atau karat, yang pada gilirannya merupakan bukti visual dari oksidasi logam sebagai akibat dari kondisi lingkungannya. Secara kimiawi, karat adalah campuran oksida besi (III) terhidrasi.

Mengapa oksidasi logam menyebabkan degradasi permukaannya? Hal ini disebabkan oleh penggabungan oksigen dalam struktur kristal logam.

Ketika ini terjadi, volume logam meningkat dan interaksi aslinya melemah, menyebabkan padatan pecah. Demikian pula, retakan ini memungkinkan lebih banyak molekul oksigen untuk menembus lapisan logam internal, sehingga menggerogoti potongan dari dalam.

Namun, proses ini terjadi pada kecepatan yang berbeda dan bergantung pada sifat logam (reaktivitasnya) dan kondisi fisik yang mengelilinginya. Oleh karena itu, terdapat faktor-faktor yang mempercepat atau memperlambat oksidasi logam; dua di antaranya adalah adanya kelembaban dan pH.

Mengapa? Karena oksidasi logam untuk menghasilkan oksida logam melibatkan transfer elektron. “Perjalanan” ini dari satu spesies kimia ke spesies lainnya selama lingkungan memfasilitasi, baik dengan keberadaan ion (H ⁺ , Na ⁺ , Mg ²⁺ , Cl ^- , dll.), Yang mengubah pH, ​​atau dengan molekul air yang menyediakan alat transportasi.

Secara analitis, kecenderungan suatu logam untuk membentuk oksida yang sesuai tercermin dalam potensi reduksinya, yang menunjukkan logam mana yang bereaksi lebih cepat dibandingkan logam lainnya.

Emas, misalnya, memiliki potensi reduksi yang jauh lebih besar daripada besi, itulah sebabnya ia bersinar dengan karakteristik kilau keemasannya tanpa oksida untuk menumpulkannya.

Sifat oksida non-logam

Magnesium oksida, oksida logam.

Sifat-sifat oksida logam bervariasi sesuai dengan logam dan bagaimana berinteraksi dengan O ^2- anion . Ini berarti bahwa beberapa oksida memiliki kerapatan atau kelarutan yang lebih tinggi dalam air daripada yang lain. Namun, mereka semua memiliki kesamaan karakter logam, yang pasti tercermin dalam kebasaannya.

Dengan kata lain: mereka juga dikenal sebagai anhidrida basa atau oksida basa.

Dasar

Kebasaan oksida logam dapat diverifikasi secara eksperimental dengan menggunakan indikator asam basa. Bagaimana? Menambahkan sebagian kecil oksida ke larutan berair dengan beberapa indikator terlarut; Ini bisa menjadi jus cair dari kubis ungu.

Memiliki kisaran warna tergantung pada pH, oksida akan mengubah jus menjadi warna kebiruan, sesuai dengan pH dasar (dengan nilai antara 8 dan 10). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa bagian oksida yang terlarut melepaskan ion OH ^- ke dalam medium, yang bertanggung jawab atas perubahan pH dalam percobaan tersebut.

Jadi, untuk oksida MO yang terlarut dalam air, ia diubah menjadi logam hidroksida ("oksida terhidrasi") menurut persamaan kimia berikut:

MO + H ₂ O => M (OH) ₂

M (OH) ₂ <=> M ²⁺ + 2OH ^-

Persamaan kedua adalah kesetimbangan kelarutan hidroksida M (OH) ₂ . Perhatikan bahwa logam memiliki muatan 2+, yang juga berarti valensinya +2. Valensi logam berhubungan langsung dengan kecenderungannya untuk mendapatkan elektron.

Dengan cara ini, semakin positif valensinya, semakin besar keasamannya. Dalam hal M bervalensi +7, maka oksida M ₂ O ₇ bersifat asam dan bukan basa.

Amfoterisme

Oksida logam bersifat basa, namun tidak semuanya memiliki karakter logam yang sama. Bagaimana Anda tahu? Menemukan logam M pada tabel periodik. Semakin jauh Anda ke kiri, dan dalam periode rendah, semakin logam itu dan oleh karena itu oksida Anda akan semakin basa.

Di perbatasan antara oksida basa dan asam (oksida non-logam) terdapat oksida amfoter. Di sini kata 'amfoter' berarti bahwa oksida bertindak baik sebagai basa maupun sebagai asam, yang sama seperti dalam larutan air ia dapat membentuk hidroksida atau kompleks berair M (OH ₂ ) ₆ ²⁺ .

Kompleks aqueous tidak lebih dari koordinasi n molekul air dengan pusat logam M. Untuk kompleks M (OH ₂ ) ₆ ²⁺ , logam M ²⁺ dikelilingi oleh enam molekul air, dan dapat dianggap sebagai a kation terhidrasi. Banyak dari kompleks ini menunjukkan pewarnaan yang intens, seperti yang diamati pada tembaga dan kobalt.

Tata nama

Bagaimana oksida logam dinamai? Ada tiga cara untuk melakukannya: tradisional, sistematis, dan stok.

Nomenklatur tradisional

Untuk menamai oksida logam dengan benar sesuai dengan aturan yang diatur oleh IUPAC, penting untuk mengetahui kemungkinan valensi logam M. Yang terbesar (paling positif) diberikan sufiks -ico untuk nama logam, sedangkan minor, awalan –oso.

Contoh: diberi valensi +2 dan +4 dari logam M, oksidanya yang sesuai adalah MO dan MO ₂ . Jika M lepas timbal, Pb, maka oksida PbO Plumb akan menanggung, dan PbO ₂ oksida PLUMB ico . Jika logam hanya memiliki satu valensi, oksidanya dinamai dengan sufiks –ico. Jadi, Na ₂ O adalah natrium oksida.

Sebaliknya, prefiks hypo- dan per- ditambahkan bila ada tiga atau empat valensi yang tersedia untuk logam. Jadi, Mn ₂ O ₇ adalah oksida per Mangan ico , karena Mn memiliki valensi +7.

Namun, jenis nomenklatur ini menghadirkan kesulitan tertentu dan biasanya paling jarang digunakan.

Nomenklatur sistematis

Di dalamnya, jumlah atom M dan oksigen yang menyusun rumus kimia oksida dipertimbangkan. Dari mereka, itu diberikan prefiks yang sesuai mono-, di-, tri-, tetra-, dll.

Mengambil tiga oksida logam baru-baru ini sebagai contoh, PbO adalah timbal monoksida; PbO ₂ timbal dioksida; dan Na ₂ O adalah disodium monoksida. Dalam kasus karat, Fe ₂ O ₃ , namanya masing-masing adalah besi trioksida.

Nomenklatur saham

Berbeda dengan dua nomenklatur lainnya, yang satu ini, valensi logam lebih penting. Valensi ditentukan oleh angka Romawi dalam tanda kurung: (I), (II), (III), (IV), dll. Oksida logam kemudian dinamai logam (n) oksida.

Menerapkan nomenklatur saham untuk contoh sebelumnya, kami memiliki:

-PbO: timbal (II) oksida.

-PbO ₂ : timbal (IV) oksida.

-Na ₂ O: natrium oksida. Karena memiliki valensi unik +1, ini tidak ditentukan.

-Fe ₂ O ₃ : besi (III) oksida.

-Mn ₂ O ₇ : mangan (VII) oksida.

Perhitungan bilangan valensi

Tetapi, jika Anda tidak memiliki tabel periodik dengan valensi, bagaimana Anda bisa menentukannya? Untuk ini, kita harus ingat bahwa anion O ^2– memberikan dua muatan negatif pada oksida logam. Mengikuti prinsip netralitas, muatan negatif ini harus dinetralkan dengan muatan positif logam.

Oleh karena itu, jika jumlah oksigen diketahui dari rumus kimianya, valensi logam dapat ditentukan secara aljabar sehingga jumlah muatannya nol.

Mn ₂ O ₇ memiliki tujuh oksigen, sehingga muatan negatifnya sama dengan 7x (-2) = -14. Untuk menetralkan muatan negatif -14, mangan harus berkontribusi +14 (14-14 = 0). Dengan mengajukan persamaan matematika yang kita miliki:

2X - 14 = 0

Angka 2 berasal dari fakta bahwa ada dua atom mangan. Memecahkan dan memecahkan X, valensi logam:

X = 14/2 = 7

Dengan kata lain, setiap Mn memiliki valensi +7.

Bagaimana mereka terbentuk?

Kelembaban dan pH secara langsung mempengaruhi oksidasi logam menjadi oksida yang sesuai. Keberadaan CO ₂ , oksida asam, dapat larut dalam air yang menutupi bagian logam untuk mempercepat penggabungan oksigen dalam bentuk anionik ke struktur kristal logam.

Reaksi ini juga dapat dipercepat dengan peningkatan suhu, terutama bila diinginkan untuk memperoleh oksida dalam waktu singkat.

Reaksi langsung logam dengan oksigen

Oksida logam terbentuk sebagai produk reaksi antara logam dan oksigen di sekitarnya. Ini dapat diwakili oleh persamaan kimia di bawah ini:

2M (s) + O ₂ (g) => 2MO (s)

Reaksi ini lambat, karena oksigen memiliki ikatan rangkap O = O yang kuat dan transfer elektronik antara oksigen dan logam tidak efisien.

Namun, percepatannya sangat tinggi dengan peningkatan suhu dan luas permukaan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa energi yang diperlukan disediakan untuk memutus ikatan rangkap O = O, dan karena ada area yang lebih besar, oksigen bergerak secara seragam di seluruh logam, bertabrakan pada saat yang sama dengan atom-atom logam.

Semakin besar jumlah oksigen yang bereaksi, semakin besar valensi atau bilangan oksidasi yang dihasilkan untuk logam tersebut. Mengapa? Karena oksigen semakin banyak mengambil elektron dari logam, hingga mencapai bilangan oksidasi tertinggi.

Ini bisa dilihat untuk tembaga, misalnya. Ketika sepotong tembaga logam bereaksi dengan oksigen dalam jumlah terbatas, terbentuk Cu ₂ O (tembaga (I) oksida, tembaga oksida, atau dicobre monoksida):

4Cu (s) + O ₂ (g) + Q (heat) => 2Cu ₂ O (s) (padatan merah)

Tetapi ketika bereaksi dalam jumlah yang setara, diperoleh CuO (tembaga (II) oksida, cupric oksida atau tembaga monoksida):

2Cu (s) + O ₂ (g) + Q (heat) => 2CuO (s) (padatan hitam)

Reaksi garam logam dengan oksigen

Oksida logam dapat dibentuk melalui dekomposisi termal. Agar ini mungkin, satu atau dua molekul kecil harus dilepaskan dari senyawa awal (garam atau hidroksida):

M (OH) ₂ + Q => MO + H ₂ O

OLS ₃ + Q => MO + CO ₂

2M (TIDAK ₃ ) ₂ + Q => MO + 4NO ₂ + O ₂

Perhatikan bahwa H ₂ O, CO ₂ , NO ₂ dan O ₂ adalah molekul yang dilepaskan.

Aplikasi

Karena komposisi logam yang kaya di kerak bumi, dan oksigen di atmosfer, oksida logam ditemukan di banyak sumber mineralogi, yang darinya dasar yang kokoh untuk pembuatan bahan baru dapat diperoleh.

Setiap oksida logam menemukan kegunaan yang sangat spesifik, mulai dari nutrisi (ZnO dan MgO) hingga sebagai aditif semen (CaO), atau hanya sebagai pigmen anorganik (Cr ₂ O ₃ ).

Beberapa oksida sangat padat sehingga pertumbuhan lapisan yang terkontrol dapat melindungi paduan atau logam dari oksidasi lebih lanjut. Penelitian bahkan telah mengungkapkan bahwa oksidasi lapisan pelindung berlanjut seolah-olah itu adalah cairan yang menutupi semua retakan atau cacat permukaan logam.

Oksida logam dapat mengambil struktur yang menarik, baik sebagai partikel nano atau sebagai agregat polimer besar.

Fakta ini menjadikan mereka objek studi untuk sintesis bahan cerdas, karena luas permukaannya yang besar, yang digunakan untuk merancang perangkat yang merespons stimulus fisik paling sedikit.

Selain itu, oksida logam merupakan bahan mentah untuk berbagai aplikasi teknologi, mulai dari cermin dan keramik dengan sifat unik untuk peralatan elektronik, hingga panel surya.

Contoh

Oksida besi

2Fe (s) + O ₂ (g) => 2FeO (s) besi (II) oksida.

6FeO (s) + O ₂ (g) => 2Fe ₃ O ₄ (s) oksida besi magnet.

Fe ₃ O ₄ , juga dikenal sebagai magnetit, adalah oksida campuran; Artinya terdiri dari campuran padat FeO dan Fe ₂ O ₃ .

4Fe ₃ O ₄ (s) + O ₂ (g) => 6Fe ₂ O ₃ (s) besi (III) oksida.

Oksida alkali dan alkali tanah

Baik logam alkali maupun alkali tanah hanya memiliki satu bilangan oksidasi, sehingga oksidanya lebih "sederhana":

-Na ₂ O: natrium oksida.

-Li ₂ O: litium oksida.

-K ₂ O: kalium oksida.

-CaO: kalsium oksida.

-MgO: magnesium oksida.

-BeO: berilium oksida (yang merupakan oksida amfoter)

Oksida golongan IIIA (13)

Unsur golongan IIIA (13) dapat membentuk oksida hanya dengan bilangan oksidasi +3. Jadi, senyawa ini memiliki rumus kimia M ₂ O ₃ dan oksidanya adalah sebagai berikut:

-Al ₂ O ₃ : aluminium oksida.

-Ga ₂ O ₃ : galium oksida.

-Dalam ₂ O ₃ : indium oksida.

Dan akhirnya

-Tl ₂ O ₃ : talium oksida.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hal 237.
2. AlonsoFormula. Oksida Logam. Diambil dari: alonsoformula.com
3. Bupati Universitas Minnesota. (2018). Karakteristik Asam-basa Oksida Logam dan Bukan Logam. Diambil dari: chem.umn.edu
4. David L. Chandler. (3 April 2018). Oksida logam yang dapat menyembuhkan sendiri dapat melindungi dari korosi. Diambil dari: news.mit.edu
5. Keadaan Fisik dan Struktur Oksida. Diambil dari: wou.edu
6. Quimitube. (2012). Oksidasi besi. Diambil dari: quimitube.com
7. Kimia LibreTexts. Oksida. Diambil dari: chem.libretexts.org
8. Kumar M. (2016) Struktur Nanostruktur Oksida Logam: Pertumbuhan dan Aplikasi. Dalam: Husain M., Khan Z. (eds) Maju dalam Nanomaterials. Material Terstruktur Lanjut, vol 79. Springer, New Delhi