OXID DE FIER: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, NOMENCLATOR, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Un oxid de fier este oricare dintre compușii formați între fier și oxigen. Acestea se caracterizează prin a fi ionice și cristaline și sunt împrăștiate ca urmare a eroziunii mineralelor lor, compunând solurile, masa vegetală și, chiar, interiorul organismelor vii.

Este apoi una dintre familiile compușilor care predomină în scoarța terestră. Ce sunt exact? Șisprezece oxizi de fier sunt cunoscuți până în prezent, majoritatea de origine naturală și alții sintetizați în condiții extreme de presiune sau temperatură.

Sursa: cinci a șaptea, Flickr.

O porție de oxid feric praf este prezentată în imaginea de mai sus. Culoarea sa roșie caracteristică acoperă fierul diferitelor elemente arhitecturale în ceea ce este cunoscut sub numele de rugină. La fel, se observă în pantele, munții sau solurile, amestecate cu multe alte minerale, cum ar fi pulberea galbenă de goethită (α-FeOOH).

Cei mai cunoscuți oxizi de fier sunt hematitul (α-Fe ₂ O ₃ ) și maghemitul (ϒ- Fe ₂ O ₃ ), ambele polimorfe ale oxidului feric; și nu în ultimul rând, magnetită (Fe ₃ O ₄ ). Structurile lor polimorfe și suprafața lor mare fac din acestea materiale interesante ca sorbenti sau pentru sinteza nanoparticulelor cu aplicații largi.

Structura

Sursa: Siyavula Education, Flickr.

Imaginea de sus este o reprezentare a structurii cristaline a FeO, unul dintre oxizii de fier unde fierul are o valență de +2. Sferele roșii corespund cu anionii O ^2- , în timp ce cele galbene la cationii Fe ²⁺ . Rețineți, de asemenea, că fiecare Fe ²⁺ este înconjurat de șase O ^2- , formând o unitate octaedrică de coordonare.

Prin urmare, structura FeO poate fi „descompusă” în unități ale FeO ₆ , unde atomul central este Fe ²⁺ . În cazul oxhidroxizilor sau hidroxizilor, unitatea octaedrică este FeO ₃ (OH) ₃ .

În unele structuri, în loc de octaedru, există unități tetraedrice, FeO ₄ . Din acest motiv, structurile oxizilor de fier sunt de obicei reprezentate prin octaedre sau tetraedre cu centre de fier.

Structurile oxizilor de fier depind de condițiile de presiune sau de temperatură, de raportul Fe / O (adică câte oxigeni există pe fier și invers) și de valența fierului (+2, +3 și, foarte mai rar în oxizi sintetici, +4).

În general, anioni voluminoși O- ² găuri aliniate în foi care adăpostesc cationii Fe ²⁺ sau Fe ³⁺ . Astfel, există oxizi (cum ar fi magnetita) care au fier cu ambele valențe.

polimorfismul

Oxizii de fier prezintă polimorfism, adică structuri diferite sau aranjamente cristaline pentru același compus. Oxidul feric, Fe ₂ O ₃ , are până la patru posibile polimorfe. Hematitul, α-Fe ₂ O ₃ , este cel mai stabil dintre toate; urmat de maghemite, Υ- Fe ₂ O ₃ , și prin sinteză β- Fe ₂ O ₃ și ε- Fe ₂ O ₃ .

Toate au propriile tipuri de structuri și sisteme de cristal. Cu toate acestea, raportul 2: 3 rămâne constantă, deci există trei O ^2- anioni pentru fiecare doi Fe ³⁺ cationi . Diferența constă în modul în care unitățile octoedrice FeO ₆ sunt amplasate în spațiu și cum sunt atașate.

Legături structurale

Sursa: Public Domain Files

Unitățile octoedrice FeO ₆ pot fi vizualizate cu ajutorul imaginii de mai sus. În colțurile octaedrului se află O- ² , în timp ce în centrul său Fe ²⁺ sau Fe ³⁺ (în cazul Fe ₂ O ₃ ). Modul în care aceste octaedre sunt dispuse în spațiu dezvăluie structura oxidului.

Cu toate acestea, influențează și modul în care sunt legate. De exemplu, două octaedre pot fi unite prin atingerea a două dintre vârfurile lor, care este reprezentată de o punte de oxigen: Fe-O-Fe. În mod similar, octaedrele pot fi unite prin marginile lor (adiacente între ele). Acesta va fi apoi reprezentat cu două punți de oxigen: Fe- (O) ₂ -Fe.

Și în sfârșit, octahedra poate interacționa prin fețele lor. Astfel, reprezentarea ar fi acum cu trei punți de oxigen: Fe- (O) ₃ -Fe. Modul în care se leagă octaedrele ar varia distanțele internucleare Fe-Fe și, prin urmare, proprietățile fizice ale oxidului.

Proprietăți

Un oxid de fier este un compus cu proprietăți magnetice. Acestea pot fi anti, ferro sau ferrimagnetice și depind de valențele Fe și de modul în care interacționează cationii în solid.

Deoarece structurile solidelor sunt foarte variate, la fel și proprietățile fizice și chimice ale acestora.

De exemplu, polimorfii și hidrații din Fe ₂ O ₃ au valori diferite ale punctelor de topire (care variază între 1200 și 1600ºC) și densități. Cu toate acestea, au în comun solubilitatea scăzută datorită Fe ³⁺ , aceeași masă moleculară, sunt de culoare maro și se dizolvă slab în soluții acide.

Nomenclatură

IUPAC stabilește trei moduri de a denumi un oxid de fier. Toate trei sunt foarte utile, deși pentru oxizi complecși (cum ar fi Fe ₇ O ₉ ), sistematicele guvernează asupra celorlalți datorită simplității lor.

Nomenclatura sistematică

Numerele de oxigen și fier sunt luate în considerare, numindu-le cu prefixurile numerice grecești mono-, di-, tri- etc. Conform acestei nomenclaturi, Fe ₂ O ₃ se numește: tri oxid de di fier. Și pentru Fe ₇ O ₉ numele său ar fi: neoxid de hepta-fier.

Nomenclatura stocurilor

Aceasta are în vedere valența fierului. Dacă este Fe ²⁺ , este scris oxid de fier … și valența sa cu cifre romane înglobate între paranteze. Pentru Fe ₂ O ₃ numele său este: oxid de fier (III).

Rețineți că Fe ³⁺ poate fi determinat prin sume algebrice. Dacă O- ² are două încărcări negative și există trei, acestea se adaugă până la -6. Pentru a neutraliza acest -6, este necesar +6, dar există două Fe, deci trebuie împărțite la două, + 6/2 = +3:

2X (valență metalică) + 3 (-2) = 0

Pur și simplu rezolvând X, se obține valența Fe în oxid. Dar dacă X nu este un număr întreg (cum este cazul cu aproape toți ceilalți oxizi), atunci există un amestec de Fe ²⁺ și Fe ³⁺ .

Nomenclatura tradițională

Sufixul –ico este dat prefixului ferr- când Fe are valență +3, și –oso când valența lui este 2+. Astfel, Fe ₂ O ₃ se numește: oxid feric.

Aplicații

Nanoparticulele

Oxizii de fier au o energie de cristalizare ridicată în comun, ceea ce face posibilă crearea de cristale foarte mici, dar cu o suprafață mare.

Din acest motiv, sunt de mare interes în domeniile nanotehnologiei, unde proiectează și sintetizează nanoparticule de oxid (NPs) în scopuri specifice:

- Ca catalizatori.

-Cum rezervor de medicamente sau gene în interiorul organismului

-In proiectarea suprafetelor senzoriale pentru diferite tipuri de biomolecule: proteine, zaharuri, grasimi

-Pentru a stoca date magnetice

pigmenţi

Deoarece unii oxizi sunt foarte stabili, pot fi folosiți pentru vopsirea textilelor sau pentru a da culori strălucitoare suprafețelor oricărui material. Din mozaicurile de pe podele; vopsele roșii, galbene și portocalii (chiar verzi); ceramică, materiale plastice, piele și chiar lucrări de arhitectură.

Referințe

1. Administratorii Colegiului Dartmouth. (18 martie 2004). Stoichiometria oxizilor de fier. Luat de la: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo și colab. (8 septembrie 2016). Descoperirea Fe ₇ O ₉ : un nou oxid de fier cu o structură monoclinică complexă. Recuperat din: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Oxizii de fier: structură, proprietăți, reacții, întâmplări și utilizări. . WileyVCH. Preluat de la: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Nanoparticule cu oxid de fier, caracteristici și aplicații. Luat de la: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS și Hussain, A. (2016). Sinteză, caracterizare, aplicații și provocări ale nanoparticulelor de oxid de fier. Nanotehnologie, știință și aplicații, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmenți Golchha. (2009). Oxizi de fier: aplicații. Luat de la: golchhapigments.com
7. Formulare chimică. (2018). Oxid de fier (II). Luat de la: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Oxid de fier (III). Luat de la: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxid