Struktura tlenku żelaza, właściwości, nazewnictwo, zastosowania



A tlenek żelaza jest dowolnym ze związków utworzonych między żelazem a tlenem. Charakteryzują się byciem jonowym i krystalicznym i leżą w rozproszonym produkcie erozji ich minerałów, komponowania podłóg, masy roślinnej, a nawet wnętrza żywych organizmów.

Jest to wtedy jedna z rodzin związków, które dominują w skorupie ziemskiej. Czym one dokładnie są? Do tej pory znanych jest szesnaście tlenków żelaza, większość z nich pochodzenia naturalnego i inne zsyntetyzowane w ekstremalnych warunkach ciśnienia lub temperatury..

Na górnym obrazku pokazano część proszku tlenku żelazowego. Jego charakterystyczny czerwony kolor pokrywa żelazo kilku elementów architektonicznych w tak zwanej rdzy. Obserwuje się go także na zboczach, górach lub glebach, zmieszanych z innymi minerałami, takimi jak żółty proszek getytu (α-FeOOH).

Najczęściej znanymi tlenkami żelaza są hematyt (α-Fe2O3) i maghemite (Υ- Wiara2O3), oba polimorfy tlenku żelazowego; i nie mniej, magnetyt (Faith3O4). Ich polimorficzne struktury i duża powierzchnia sprawiają, że są one interesującymi materiałami, takimi jak sorbenty lub do syntezy nanocząstek o szerokim zastosowaniu.

Indeks

  • 1 Struktura
    • 1.1 Polimorfizm
    • 1.2 Powiązania strukturalne
  • 2 Właściwości
  • 3 Nazewnictwo
    • 3.1 Nomenklatura systematyczna
    • 3.2 Nomenklatura zapasów
    • 3.3 Tradycyjna nomenklatura
  • 4 zastosowania
    • 4.1 Nanocząstki
    • 4.2 Pigmenty
  • 5 referencji

Struktura

Górny obraz przedstawia strukturę krystaliczną FeO, jednego z tlenków żelaza, w którym żelazo ma wartościowość +2. Czerwone kule odpowiadają anionom O2-, natomiast żółte do kationów Fe2+. Zauważ także, że każda wiara2+ jest otoczony przez sześć O2-, tworząc ośmiościenną jednostkę koordynacyjną.

Dlatego struktura FeO może „rozpadać się” na jednostki FeO6, gdzie głównym atomem jest wiara2+. W przypadku tlenowodorotlenków lub wodorotlenków jednostką oktaedryczną jest FeO3(OH)3.

W niektórych strukturach zamiast ośmiościanu są jednostki czworościenne, FeO4. Z tego powodu struktury tlenków żelaza są zwykle reprezentowane przez ośmiościany lub czworościany z centrami żelaza.

Struktury tlenku żelaza zależą od warunków ciśnienia lub temperatury, stosunku Fe / O (tj. Ile jest tlenów na żelazo i odwrotnie) oraz wartościowości żelaza (+2, +3 i, bardzo rzadko w tlenkach syntetycznych, +4).

Ogólnie rzecz biorąc, duże aniony O2- są one wyrównane tworząc arkusze, których otwory mieszczą kationy Fe2+ o Wiara3+. Istnieją więc tlenki (takie jak magnetyt), które mają żelazo o obu wartościowościach.

Polimorfizm

Tlenki żelaza wykazują polimorfizm, to znaczy różne struktury lub układy kryształów dla tego samego związku. Tlenek żelaza, Fe2O3, Ma do czterech możliwych polimorfów. Hematyt, α-Fe2O3, jest najbardziej stabilny ze wszystkich; następnie maghemite, Υ- Wiara2O3, a dla syntetycznego β-Fe2O3 i ε-Wiara2O3.

Wszystkie mają własne typy struktur i systemów krystalicznych. Jednak stosunek 2: 3 pozostaje stały, więc istnieją trzy aniony O2- na każde dwa kationy Fe3+. Różnica polega na tym, jak zlokalizowane są oktaedryczne jednostki FeO6 w przestrzeni i jak się spotykacie.

Połączenia strukturalne

Oktaedryczne jednostki FeO6 można je wizualizować za pomocą lepszego obrazu. O znajdują się w rogach ośmiościanu2-, podczas gdy w jego centrum wiara2+ o Wiara3+(w przypadku wiary2O3). Sposób, w jaki te ośmiości są rozmieszczone w przestrzeni, ujawnia strukturę tlenku.

Jednak wpływają również na ich powiązania. Na przykład dwa ośmiościany można połączyć, dotykając dwóch ich wierzchołków, co reprezentuje mostek tlenowy: Fe-O-Fe. Podobnie, ośmiościany można łączyć poprzez ich krawędzie (sąsiadujące ze sobą). Byłoby to reprezentowane przez dwa mostki tlenowe: Fe- (O)2-Wiara.

I wreszcie, oktaedry mogą wchodzić w interakcje poprzez ich twarze. Tak więc reprezentacja będzie teraz z trzema mostkami tlenowymi: Fe- (O)3-Fe. Sposób, w jaki ośmiościany są połączone, zmieniałby międzyjądrowe odległości Fe-Fe, a zatem właściwości fizyczne tlenku.

Właściwości

Tlenek żelaza jest związkiem o właściwościach magnetycznych. Mogą to być anty, żelazo lub ferrimagnetyczne i zależą od wartościowości Fe i od tego, jak kationy oddziałują na ciało stałe.

Ponieważ struktury ciał stałych są bardzo zróżnicowane, tak też ich właściwości fizyczne i chemiczne.

Na przykład, polimorfy i hydraty Fe2O3 mają różne wartości temperatur topnienia (które wahają się między 1200 a 1600 ° C) i gęstości. Jednak mają one wspólną niską rozpuszczalność dzięki Fe3+, ta sama masa cząsteczkowa, są brązowe i słabo rozpuszczają się w roztworach kwasów.

Nomenklatura

IUPAC ustanawia trzy sposoby nazywania tlenku żelaza. Wszystkie trzy są bardzo przydatne, chociaż dla złożonych tlenków (takich jak Fe7O9) systematyczne rządzi innymi za prostotę.

Nomenklatura systematyczna

Liczby tlenowe i żelazne są brane pod uwagę, nadając im greckie przedrostki liczbowe mono-, di-, tri- itd. Zgodnie z tą nomenklaturą wiara2O3 nazywa się to: tritlenek diżelazo I dla wiary7O9 jego nazwa brzmi: nonaoksyd heptahierro.

Nomenklatura zapasów

Dotyczy to wartościowości żelaza. Jeśli chodzi o Faith2+, tlenek żelaza jest zapisywany ... i jego wartościowość z cyframi rzymskimi zawartymi w nawiasach. Dla wiary2O3 nazywa się: tlenek żelaza (III).

Zauważ, że wiara3+ może być określona przez sumy algebraiczne. Jeśli O2- ma dwa ładunki ujemne, a są ich trzy, dodaj -6. Aby zneutralizować to -6, potrzebujemy +6, ale są dwa Fe, więc muszą być podzielone przez dwa, + 6/2 = +3:

2X (wartościowość metalu) + 3 (-2) = 0

Po prostu przez wyczyszczenie X otrzymujesz wartościowość Fe w tlenku. Ale jeśli X nie jest liczbą całkowitą (jak w przypadku prawie wszystkich innych tlenków), to istnieje mieszanina Fe2+ i wiara3+.

Tradycyjna nomenklatura

Przyrostek -ico jest nadawany przedrostkowi ferr-, gdy Fe ma wartościowość +3, a -oso, gdy jego wartościowość wynosi 2+. Tak więc wiara2O3 nazywa się to: tlenkiem żelaza.

Używa

Nanocząstki

Tlenki żelaza mają wspólną wysoką energię krystalizacji, która pozwala na tworzenie bardzo małych kryształów, ale o dużej powierzchni.

Z tego powodu cieszą się dużym zainteresowaniem w dziedzinie nanotechnologii, gdzie projektują i syntetyzują nanocząstki tlenkowe (NP) do określonych celów:

-Jako katalizatory.

-Jako rezerwuar leków lub genów w organizmie

-W projektowaniu powierzchni sensorycznych dla różnych rodzajów biomolekuł: białek, cukrów, tłuszczów

-Aby przechowywać dane magnetyczne

Pigmenty

Ponieważ niektóre tlenki są bardzo stabilne, służą do barwienia tkanin lub nadawania jasnych kolorów powierzchniom dowolnego materiału. Z mozaiki podłóg; czerwone, żółte i pomarańczowe obrazy (nawet zielone); ceramika, tworzywa sztuczne, skóra, a nawet prace architektoniczne.

Referencje

  1. Powiernicy Dartmouth College. (18 marca 2004). Stechiometria tlenków żelaza. Zaczerpnięte z: dartmouth.edu
  2. Ryosuke Sinmyo i in. (8 września 2016 r.). Odkrycie wiary7O9: nowy tlenek żelaza o złożonej strukturze jednoskośnej. Źródło: nature.com
  3. M. Cornell, U. Schwertmann. Tlenki żelaza: struktura, właściwości, reakcje, zdarzenia i zastosowania. [PDF] WILEY-VCH. Zrobiono z: epsc511.wustl.edu
  4. Alice Bu. (2018). Nanocząstki tlenku żelaza, właściwości i zastosowania. Zaczerpnięte z: sigmaaldrich.com
  5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S. i Hussain, A. (2016). Synteza, charakterystyka, zastosowania i wyzwania związane z nanocząstkami tlenku żelaza. Nanotechnology, Science and Applications, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
  6. Pigmenty Golchha. (2009). Tlenki żelaza: zastosowania. Zaczerpnięte z: golchhapigments.com
  7. Preparat chemiczny (2018). Tlenek żelaza (II). Zrobiono z: formulacionquimica.com
  8. Wikipedia. (2018). Tlenek żelaza (III). Zaczerpnięte z: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide