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Mudanças fantásticas nos óxidos metálicos: você sabe como extrair metais dos minérios?
Óxidos referem-se a compostos que contêm pelo menos um átomo de oxigênio e outros elementos em sua fórmula química. O próprio óxido é um estado de íons de oxigênio com carga líquida de -2. O estado de oxidação do oxigênio em sua fórmula química é -2. A crosta terrestre é composta principalmente de óxidos, e mesmo materiais considerados elementos puros freqüentemente formam películas superficiais de óxidos. Por exemplo, a folha de alumínio formará uma fina camada de Al2O3 (chamada camada de passivação) em um ambiente oxidante para protegê-la de oxidação adicional.
As vias de formação dos óxidos são muito diversas e estão intimamente relacionadas com quase todos os elementos.
O processo de formação de óxidos metálicos
A produção de óxidos metálicos é frequentemente acompanhada pela decomposição de outros compostos metálicos, como carbonatos, hidróxidos e nitratos. Tomando como exemplo a produção de óxido de cálcio, quando o carbonato de cálcio (calcário) é aquecido e decomposto, o dióxido de carbono é liberado:
Em uma atmosfera de oxigênio, quase todos os elementos reagirão com o oxigênio quando aquecidos, resultando em uma reação de oxidação. Por exemplo, o pó de zinco queima no ar para produzir óxido de zinco:
No processo de refino de metais a partir de minérios, os óxidos são frequentemente gerados pela torrefação de minérios de sulfeto metálico. Tomando como exemplo o minério de molibdênio (MoS2), ele é transformado em trióxido de molibdênio após a torrefação, que é o precursor de quase todos os compostos de molibdênio:
Metais preciosos como ouro e platina são valorizados por sua resistência à ligação química direta com o oxigênio.
Diversidade de óxidos não metálicos
Entre os óxidos não metálicos, os mais importantes e comuns incluem o dióxido de carbono e o monóxido de carbono. A formação destas substâncias resulta da oxidação completa ou parcial de carbono ou hidrocarbonetos. Na ausência de oxigênio, o monóxido de carbono é produzido:
Em um ambiente com excesso de oxigênio, é produzido dióxido de carbono:
É relativamente difícil converter o nitrogênio em óxidos, mas a combustão da amônia pode gerar óxido nítrico, que reage ainda mais com o oxigênio para formar dióxido de nitrogênio.
Estruturas e reações de óxidos
As estruturas dos óxidos variam de moléculas individuais a estruturas poliméricas e cristalinas. Os óxidos sólidos geralmente têm a estrutura de polímeros e, embora a maioria dos óxidos metálicos sejam sólidos cristalinos, muitos óxidos não metálicos são moléculas. Exemplos de óxidos moleculares incluem dióxido de carbono e monóxido de carbono.
A reação de redução de óxidos é amplamente utilizada na produção de certos metais. Muitos óxidos metálicos podem ser reduzidos a metais por aquecimento. Tomemos como exemplo o óxido de prata, ele se decompõe a 200°C:
Mais comumente, os óxidos metálicos são reduzidos pela reação com reagentes químicos. Um agente redutor comumente usado é o carbono na forma de coque. Por exemplo, o processo de fundição de minério de ferro envolve múltiplas reações, e a equação simplificada é a seguinte:
A dissolução de óxidos geralmente melhora a recuperação e utilização do metal.
Com o aprofundamento da investigação científica, a nossa compreensão sobre os óxidos também está a aumentar. Isto não é importante apenas para a ciência dos materiais, mas também desempenha um papel importante em áreas como catálise, armazenamento de energia e governança ambiental. À medida que o nosso conhecimento sobre óxidos metálicos se aprofunda, que novas tecnologias podemos utilizar esta informação para desenvolver?
