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La diversità degli ossidi: perché lo stesso elemento può formare molti ossidi diversi?
Un ossido è un composto chimico che contiene almeno un atomo di ossigeno e le formule chimiche di altri elementi. La crosta terrestre è composta per la maggior parte da ossidi. Anche alcuni materiali considerati elementi puri spesso formano ossidi. Ad esempio, la lamina di alluminio forma sulla sua superficie uno strato sottile di ossido di alluminio (Al2O3), chiamato strato di passivazione, che la protegge da ulteriore ossidazione.
La diversità degli ossidi si riflette nelle loro diverse composizioni chimiche e strutture.
La composizione chimica e la struttura degli ossidi variano, il che consente allo stesso elemento di formare molti ossidi diversi. Un esempio famoso sono gli ossidi di carbonio. L'anidride carbonica (CO2) e il monossido di carbonio (CO) mostrano gli ossidi di carbonio in diversi stati di ossidazione. Questi ossidi binari sono solo la punta dell'iceberg della diversità degli ossidi. Infatti, ci sono ossidi più complessi e la formazione di questi ossidi spesso comporta l'intervento di altri cationi o anioni.
Formazione di ossidi
Ad eccezione di alcuni gas nobili, la maggior parte degli elementi può formare ossidi. Esistono anche diversi percorsi per la formazione degli ossidi, in particolare degli ossidi metallici. Molti ossidi metallici derivano dalla decomposizione di altri composti metallici, come carbonati, idrossidi e nitrati. Nel processo di produzione dell'ossido di calcio, il carbonato di calcio si decompone quando viene riscaldato, rilasciando anidride carbonica.
CaCO3 ⟶ CaO + CO2
Quasi tutti gli elementi formano ossidi quando riscaldati in presenza di ossigeno. Ad esempio, la polvere di zinco brucia nell'aria formando ossido di zinco:
2 Zn + O2 ⟶ 2 ZnO
L'estrazione dei minerali metallici solitamente comporta la combustione dei minerali di solfuro metallico nell'aria per produrre ossidi. Ad esempio, durante questo processo il disolfuro di molibdeno (MoS2) viene convertito in triossido di molibdeno, che è il precursore di tutti i composti del molibdeno.
2 MoS2 + 7 O2 ⟶ 2 MoO3 + 4 SO2
Ossidi metallici e non metallici
Tra gli ossidi non metallici, l'anidride carbonica e il monossido di carbonio sono ossidi molto importanti e comuni. Questi ossidi sono i prodotti dell'ossidazione completa o parziale del carbonio o degli idrocarburi. In assenza di ossigeno si produce monossido di carbonio, mentre in eccesso si produce anidride carbonica.
CH4 + 3/2 O2 ⟶ CO + 2 H2OCH4 + 2 O2 ⟶ CO2 + 2 H2O
Inoltre, il processo di conversione dell'azoto in ossidi è più difficile, ma quando l'ammoniaca viene bruciata produce ossido nitrico, che reagisce ulteriormente con l'ossigeno per produrre biossido di azoto:
4 NH3 + 5 O2 ⟶ 4 NO + 6 H2O
NO + 1/2 O2 ⟶ NO2
Struttura e reazione degli ossidi
Le strutture degli ossidi variano, da singole molecole a polimeri e strutture cristalline. Gli ossidi metallici solidi spesso formano strutture polimeriche in condizioni ambientali. Mentre la maggior parte degli ossidi metallici sono solidi cristallini, molti ossidi non metallici sono molecole gassose, come l'anidride carbonica e il monossido di carbonio.
La reazione di riduzione degli ossidi metallici è stata ampiamente utilizzata nella produzione di alcuni metalli. Gli ossidi metallici vengono spesso ridotti mediante riscaldamento, mentre alcuni ossidi richiedono una riduzione chimica, utilizzando come comune agente riducente il carbonio.
2 Fe2O3 + 3 C ⟶ 4 Fe + 3 CO2
Inoltre, la dissoluzione degli ossidi è anche correlata a forti legami M-O. Sebbene gli ossidi metallici siano solitamente insolubili nei solventi, possono essere attaccati e produrre anioni di ossigeno in presenza di acidi e basi.
Nomenclatura e formula degli ossidi
La formula chimica di un ossido può essere solitamente ricavata dallo stato di ossidazione più elevato dell'elemento. La prevedibilità di queste formule ci consente di comprendere la formazione di un'ampia varietà di ossidi, persino di tetraossigeni come O4.
La formazione di O4 riflette anche la regolarità degli ossidi.
Questi diversi ossidi ci forniscono una vasta conoscenza chimica e svelano molti misteri della natura. In futuro, con il progresso della scienza e della tecnologia, potremmo essere in grado di scoprire maggiori proprietà degli ossidi e persino esplorarne le potenziali applicazioni. Quanti modi e forme di ossidi esistono che non conosciamo?
