Gli ossidi metallici sono composti binari costituiti da un catione metallico e ossigeno che reagiscono con l’acqua per formare gli idrossidi o con gli acidi per formare sali. Vi sono, tuttavia, ossidi metallici anfoteri che possono reagire sia con gli acidi che con le basi.
Gli ossidi metallici sono componenti del suolo e spesso sono presenti nella frazione argillosa dei suoli nelle regioni con clima tropicale e subtropicale. Sono presenti, insieme a carbonati, solfuri, silicati e alogenuri nelle rocce.
Dai carbonati si possono ottenere gli ossidi metallici tramite riscaldamento; ad esempio l’ossido di zinco può essere ottenuto dal carbonato di zinco secondo la reazione:
ZnCO3 → ZnO + CO2
Dai solfuri si possono ottenere gli ossidi metallici per arrostimento; ad esempio l’ossido di zinco può essere ottenuto dal solfuro di zinco secondo la reazione da cui si sviluppa anidride solforosa:
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
Proprietà degli ossidi metallici
Gli ossidi metallici presentano una grande varietà di proprietà, fortemente dipendenti dalla loro struttura cristallina, morfologia e composizione che determinano le loro proprietà ottiche, elettriche, chimiche e catalitiche.
Generalmente i metalli, in soluzioni acquose o a contatto con l’ossigeno atmosferico, formano una pellicola superficiale di ossido, che può passivare la superficie verso un’ulteriore ossidazione.
Gli ossidi metallici con dimensioni nell’ordine dei nanometri sono utilizzati come catalizzatori, in campo fotovoltaico, nei sensori ottici, come sensori di gas e come materiale anodico nella cella a combustibile.
Le dimensioni e la forma dell’ossido metallico nanostrutturato influenzano principalmente le proprietà dei nanomateriali dipendenti dalla superficie come le proprietà ottiche, meccaniche, elettriche, magnetiche e catalitiche.
Reazioni
Gli ossidi metallici reagiscono con l’acqua per dare gli idrossidi. Ad esempio dalla reazione tra ossido di calcio e acqua si ottiene l’idrossido di calcio secondo la reazione:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Dalla reazione tra un ossido metallico e un acido si ottengono sali, come nel caso dell’ossido di magnesio che, per reazione con l’acido cloridrico dà luogo alla formazione di cloruro di sodio:
MgO + 2 HCl → MgCl2 + H2O
Vi sono, tuttavia, ossidi metallici anfoteri caratterizzati da elevati punti di fusione e di ebollizione, usualmente poco solubili in acqua in cui il legame tra il metallo e l’ossigeno è di tipo covalente. Questi ossidi possono quindi reagire sia con gli acidi che con le basi.
Tipici esempi di ossidi metallici anfoteri sono l’ossido di zinco, l’ossido di piombo e l’ossido di alluminio. Ad esempio l’ossido di zinco reagisce con l’acido nitrico per dare il nitrato di zinco secondo la reazione:
ZnO + 2 HNO3 → Zn(NO3)2 + H2O
In presenza di una base l’ossido di zinco dà luogo alla formazione del complesso tetraidrossozincato di sodio secondo la reazione:
ZnO + H2O + 2 NaOH → Na2Zn(OH)4
Analoghe reazioni si verificano con l’ossido di alluminio che reagisce con l’acido cloridrico per dare cloruro di alluminio secondo la reazione:
Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3H2O
In ambiente basico l’ossido di alluminio dà luogo alla formazione del complesso tetraidrossoalluminato di sodio secondo la reazione:
Al2O3 + 2 NaOH +3 H2O →2 NaAl(OH)4
Proprietà periodiche
In generale, l’elettronegatività del metallo influenza la basicità dell’ossido. Meno il metallo è elettronegativo più l’ossido è basico. Pertanto gli ossidi metallici del gruppo dei metalli alcalini e dei metalli alcalino-terrosi sono basici ad eccezione dell’ossido di berillio che è anfotero.
Nel gruppo 13 sono anfoteri gli ossidi di alluminio, gallio e indio mentre è basico l’ossido di tallio che è l’elemento del gruppo che ha la minore elettronegatività.
Poiché l’acidità di un catione aumenta rapidamente con la carica, gli elementi del blocco d che presentano un’ampia varietà di numeri di ossidazione possono avere uno o più ossidi che presentano proprietà basiche, anfotere o acide.
Più alto è il numero di ossidazione, più acido è l’ossido corrispondente. Ad esempio il cromo presenta tre ossidi ovvero CrO in cui il cromo ha numero di ossidazione +2, Cr2O3 in cui il cromo ha numero di ossidazione +3, e CrO3 in cui il cromo ha numero di ossidazione +6. Pertanto CrO è basico, Cr2O3 è anfotero e CrO3 è acido.