Структура оксида железа, свойства, номенклатура, применение



оксид железа является любым из соединений, образующихся между железом и кислородом. Они характеризуются тем, что они являются ионными и кристаллическими, и они являются рассеянным продуктом эрозии их минералов, составляющих полы, растительную массу и даже внутреннюю часть живых организмов..

Тогда это одно из семейств соединений, которые преобладают в земной коре. Что именно они? На сегодняшний день известно шестнадцать оксидов железа, большинство из которых природного происхождения, а другие синтезируются в экстремальных условиях давления или температуры..

На верхнем изображении показана порция порошка оксида железа. Его характерный красный цвет покрывает железо нескольких архитектурных элементов в так называемой ржавчине. Кроме того, это наблюдается на склонах, в горах или почвах, смешанных с другими минералами, такими как желтый порошок гетита (α-FeOOH).

Наиболее известными оксидами железа являются гематит (α-Fe2О3) и маггемит (Υ- Вера2О3а) оба полиморфа оксида железа; и не в последнюю очередь, магнетит (Вера3О4). Их полиморфные структуры и большая площадь поверхности делают их интересными материалами, такими как сорбенты, или для синтеза наночастиц широкого применения..

индекс

  • 1 структура
    • 1.1 Полиморфизм
    • 1.2 Структурные связи
  • 2 свойства
  • 3 Номенклатура
    • 3.1 Систематическая номенклатура
    • 3.2 Товарная номенклатура
    • 3.3 Традиционная номенклатура
  • 4 использования
    • 4.1 Наночастицы
    • 4.2 Пигменты
  • 5 ссылок

структура

Верхнее изображение представляет кристаллическую структуру FeO, одного из оксидов железа, где железо имеет валентность +2. Красные сферы соответствуют анионам O2-, в то время как желтые катионы Fe2+. Обратите внимание, что каждая вера2+ окружен шестью буквами2-, образуя октаэдрическую координационную единицу.

Следовательно, структура FeO может «рассыпаться» на единицы FeO6, где центральным атомом является Вера2+. В случае оксигидроксидов или гидроксидов октаэдрической единицей является FeO3(ОН)3.

В некоторых структурах вместо октаэдра имеются тетраэдрические единицы FeO4. По этой причине структуры оксидов железа обычно представлены октаэдрами или тетраэдрами с центрами железа..

Структуры оксида железа зависят от условий давления или температуры, отношения Fe / O (т. Е. Сколько кислорода содержится в расчете на железо и наоборот) и валентности железа (+2, +3 и, очень редко в синтетических оксидах, +4).

В общем, громоздкие анионы O2- они выровнены, образуя листы, в отверстиях которых находятся катионы Fe2+ о вера3+. Таким образом, есть оксиды (такие как магнетит), которые имеют утюги с обоими валентностями.

полиморфизм

Оксиды утюгов обладают полиморфизмом, то есть разными структурами или кристаллическими структурами для одного и того же соединения. Оксид железа, Fe2О3, У этого есть до четырех возможных полиморфов. Гематит, α-Fe2О3, это самый стабильный из всех; Вслед за Маггемитом, Υ- Вера2О3, и для синтетического β-Fe2О3 и ε- Вера2О3.

Все они имеют свои типы структур и кристаллических систем. Однако соотношение 2: 3 остается постоянным, поэтому существует три аниона O2- на каждые два катиона Fe3+. Разница заключается в том, как расположены октаэдрические единицы FeO6 в космосе и как вы собрались вместе.

Структурные связи

Октаэдрические единицы FeO6 они могут быть визуализированы с помощью превосходного изображения. О в углах октаэдра2-, в то время как в его центре Вера2+ о вера3+(для случая Веры2О3). То, как эти октаэдры расположены в пространстве, показывает структуру оксида..

Однако они также влияют на то, как они связаны. Например, два октаэдра можно соединить, касаясь двух их вершин, которые представлены кислородным мостиком: Fe-O-Fe. Точно так же октаэдры могут быть соединены через их края (смежные друг с другом). Тогда он будет представлен двумя кислородными мостиками: Fe- (O)2-вера.

И, наконец, октаэдры могут взаимодействовать через их лица. Таким образом, представление теперь будет с тремя кислородными мостиками: Fe- (O)3-Fe. Способ, которым октаэдры связаны, будет варьировать межъядерные расстояния Fe-Fe и, следовательно, физические свойства оксида.

свойства

Оксид железа представляет собой соединение с магнитными свойствами. Они могут быть анти-, ферро- или ферримагнитными и зависеть от валентностей железа и от того, как катионы взаимодействуют в твердом теле..

Поскольку структуры твердых тел очень разнообразны, так же как и их физические и химические свойства..

Например, полиморфы и гидраты железа2О3 они имеют разные значения температур плавления (в диапазоне от 1200 до 1600ºC) и плотности. Тем не менее, они имеют общую низкую растворимость из-за Fe3+, с одинаковой молекулярной массой коричневого цвета и редко растворяются в кислотных растворах.

номенклатура

IUPAC устанавливает три способа назвать оксид железа. Все три очень полезны, хотя для сложных оксидов (таких как Fe7О9) систематика управляет другими для простоты.

Систематическая номенклатура

Кислородные и железные числа учитываются, называя их префиксами греческих цифр моно-, ди-, три- и т. Д. Согласно этой номенклатуре Вера2О3 это называется: триоксид дижелезо. И для веры7О9 его имя будет: ненаоксид гептаерро.

Товарная номенклатура

Это учитывает валентность железа. Если речь идет о вере2+, оксид железа написан ... и его валентность с римскими цифрами заключена в скобки. Для веры2О3 его зовут: оксид железа (III).

Обратите внимание, что Вера3+ это может быть определено алгебраическими суммами. Если O2- имеет два отрицательных заряда, и их три, добавьте -6. Чтобы нейтрализовать это -6, нам нужно +6, но есть два Fe, поэтому они должны быть разделены на два, + 6/2 = +3:

2X (валентность металла) + 3 (-2) = 0

Просто очистив X, вы получите валентность Fe в оксиде. Но если X не является целым числом (как почти со всеми остальными оксидами), то существует смесь Fe2+ и вера3+.

Традиционная номенклатура

Суффикс -ico присваивается префиксу ferr-, когда Fe имеет валентность +3, и -oso, когда его валентность составляет 2+. Таким образом, Вера2О3 это называется: оксид железа.

приложений

наночастицы

Оксиды железа имеют общую высокую энергию кристаллизации, что позволяет создавать очень маленькие кристаллы, но с большой площадью поверхности.

По этой причине они представляют большой интерес в области нанотехнологий, где они разрабатывают и синтезируют оксидные наночастицы (НЧ) для специальных целей:

-Как катализаторы.

-Как резервуар лекарств или генов в организме

-В дизайне сенсорных поверхностей для различных типов биомолекул: белки, сахара, жиры

-Хранить магнитные данные

пигменты

Поскольку некоторые оксиды очень стабильны, они служат для окрашивания тканей или придают яркие цвета поверхности любого материала. Из мозаики полов; красные, желтые и оранжевые картины (даже зеленые); керамика, пластик, кожа и даже архитектурные работы.

ссылки

  1. Попечители Дартмутского колледжа. (18 марта 2004 г.) Стехиометрия оксидов железа. Взято из: dartmouth.edu
  2. Ryosuke Sinmyo et al. (8 сентября 2016 г.) Открытие Веры7О9: новый оксид железа со сложной моноклинной структурой. Получено с: nature.com
  3. М. Корнелл, У. Швертманн. Оксиды железа: структура, свойства, реакции, происшествия и использование. [PDF]. Wiley-VCH. Взято из: epsc511.wustl.edu
  4. Алиса Бу. (2018). Наночастицы оксида железа, характеристики и применение. Взято из: sigmaaldrich.com
  5. Али, А., Зафар, Х., Зия, М., уль Хак, И., Фулл, А.Р., Али, Дж. С. и Хуссейн, А. (2016). Синтез, характеристика, применение и проблемы наночастиц оксида железа. Нанотехнология, Наука и Приложения, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
  6. Пигменты Golchha. (2009). Оксиды железа: применение. Взято из: golchhapigments.com
  7. Химическая формулировка (2018). Оксид железа (II). Взято из: формула cionquimica.com
  8. Wikipedia. (2018). Оксид железа (III). Взято из: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide