Štruktúra oxidov železa, vlastnosti, názvoslovie, použitia

oxid železitý "Látka" je ktorákoľvek zo zlúčenín vytvorených medzi železom a kyslíkom. Sú charakteristické tým, že sú iónové a kryštalické a ležia rozptýleným produktom erózie ich minerálov, skladaním podláh, rastlinnej hmoty a dokonca aj vnútorného prostredia živých organizmov..

To je potom jedna z rodiny zlúčenín, ktoré prevládajú v zemskej kôre. Čo sú to presne? Doteraz je známych šestnásť oxidov železa, z ktorých väčšina je prírodného pôvodu a ďalšie sú syntetizované v extrémnych podmienkach tlaku alebo teploty..

Na hornom obrázku je znázornená časť prášku oxidu železitého. Jeho charakteristická červená farba pokrýva železo niekoľkých architektonických prvkov v tzv. Hrdze. Tiež sa pozoruje na svahoch, horách alebo pôdach, zmiešaných s inými minerálmi, ako je napríklad žltý prášok goetitu (α-FeOOH).

Najbežnejšie známe oxidy železa sú hematit (α-Fe₂O₃) a maghemite (ith- Viera₂O₃), obidva polymorfy oxidu železitého; a v neposlednom rade magnetit (Faith₃O₄). Ich polymorfné štruktúry a ich veľký povrch ich robia zaujímavými materiálmi, ako sú sorbenty, alebo na syntézu nanočastíc so širokým uplatnením..

index

• 1 Štruktúra
  • 1.1 Polymorfizmus
  • 1.2 Štrukturálne prepojenia
• 2 Vlastnosti
• 3 Nomenklatúra
  • 3.1 Systematická nomenklatúra
  • 3.2 Skladová nomenklatúra
  • 3.3 Tradičná nomenklatúra
• 4 Použitie
  • 4.1 Nanočastice
  • 4.2 Pigmenty
• 5 Referencie

štruktúra

Horný obrázok je znázornením kryštalickej štruktúry FeO, jedného z oxidov železa, kde železo má valenciu +2. Červené guľôčky zodpovedajú aniónom O^2-, zatiaľ čo žlté na katiónoch Fe²⁺. Všimnite si tiež, že každá viera²⁺ je obklopený šiestimi O^2-, vytvorenie oktaedrálnej koordinačnej jednotky.

Preto sa štruktúra FeO môže "rozpadať" na jednotky FeO₆, kde centrálnym atómom je viera²⁺. V prípade oxyhydroxidov alebo hydroxidov je oktaedrickou jednotkou FeO₃(OH)₃.

V niektorých štruktúrach namiesto oktaedronov sú tetrahedrálne jednotky, FeO₄. Z tohto dôvodu sú štruktúry oxidov železa zvyčajne reprezentované oktaedrónmi alebo tetraedrami so železnými centrami.

Štruktúry oxidu železa závisia od podmienok tlaku alebo teploty, pomeru Fe / O (tj, koľko kyslíkov existuje na železo a naopak) a valencie železa (+2, +3 a veľmi zriedka v syntetických oxidoch, +4).

Všeobecne platí, že objemné anióny O^2- sú usporiadané tak, že vytvárajú plechy, v ktorých sú umiestnené Fe katióny²⁺ o Viera³⁺. Existujú teda oxidy (napríklad magnetit), ktoré majú železo s obidvomi valenciami.

polymorfizmus

Oxidy železa predstavujú polymorfizmus, to znamená rôzne štruktúry alebo kryštálové usporiadania pre tú istú zlúčeninu. Oxid železitý, Fe₂O₃, Má až štyri možné polymorfy. Hematit, α-Fe₂O₃, je najstabilnejší zo všetkých; nasleduje maghemite, Υ- Faith₂O₃, a pre syntetické β-Fe₂O₃ a ε- Faith₂O₃.

Všetky majú svoje vlastné typy štruktúr a kryštalických systémov. Pomer 2: 3 však zostáva konštantný, takže existujú tri anióny O^2- pre každé dve Fe katióny³⁺. Rozdiel spočíva v tom, ako sa nachádzajú oktaedrické jednotky FeO₆ vo vesmíre a ako sa stretávate.

Štrukturálne prepojenia

Oktaedrické jednotky FeO₆ môžu byť vizualizované pomocou nadradeného obrazu. O sú v rohoch oktaedronu^2-, zatiaľ čo v jeho strede sa nachádza Viera²⁺ o Viera³⁺(pre prípad viery₂O₃). Spôsob, akým sú tieto oktaedry usporiadané v priestore, odhaľuje štruktúru oxidu.

Ovplyvňujú však aj to, ako sú prepojené. Napríklad dva oktaedrony môžu byť spojené dotykom dvoch z ich vrcholov, ktoré je reprezentované kyslíkovým mostíkom: Fe-O-Fe. Podobne, oktaedra môže byť spojená cez svoje hrany (vedľa seba). To by potom predstavovalo dva kyslíkové mosty: Fe- (O)₂-viera.

A nakoniec, oktaedra môže komunikovať cez ich tváre. Zastúpenie by teda bolo teraz s tromi kyslíkovými mostíkmi: Fe- (O)₃-Fe. Spôsob, akým sú spojené oktaedróny, by menil vzdialenosti medzi jadrovými Fe-Fe a teda fyzikálne vlastnosti oxidu..

vlastnosti

Oxid železitý je zlúčenina s magnetickými vlastnosťami. Môžu byť anti, ferro alebo ferrimagnetické a závisia od valencií Fe a od toho, ako katióny pôsobia v pevnom skupenstve..

Pretože štruktúry pevných látok sú veľmi rôznorodé, tak aj ich fyzikálne a chemické vlastnosti.

Napríklad polymorfy a hydráty Fe₂O₃ majú rozdielne hodnoty teploty topenia (ktoré sa pohybujú medzi 1200 a 1600 ° C) a hustoty. Avšak majú spoločnú nízku rozpustnosť v dôsledku Fe³⁺, majú rovnakú molekulovú hmotnosť, sú hnedé a rozpúšťajú sa v roztokoch kyselín.

názvoslovie

IUPAC stanovuje tri spôsoby, ako pomenovať oxid železitý. Všetky tri sú veľmi užitočné, hoci pre komplexné oxidy (napr. Fe₇O₉) systematické vládnutie nad ostatnými pre jeho jednoduchosť.

Systematická nomenklatúra

Čísla kyslíka a železa sa berú do úvahy, pričom sa označujú gréckymi číslicovými predponami mono-, di-, tri- atď. Podľa tejto nomenklatúry viery₂O₃ nazýva sa: trioxid z. \ t diželezo. A pre vieru₇O₉ jeho názov by bol: neoxid kyseliny heptahierro.

Skladová nomenklatúra

Toto berie do úvahy valenciu železa. Ak je to o viere²⁺, Oxid železitý je napísaný ... a jeho valencia s rímskymi číslicami je uzavretá v zátvorkách. Za vieru₂O₃ jeho názov je: oxid železitý (III).

Všimnite si, že viera³⁺ môže byť určená algebraickými súčtami. Ak je O^2- má dve záporné poplatky a sú tri z nich, pridajte -6. Ak chcete neutralizovať tento -6 budeme potrebovať +6, ale existujú dve Fe, takže musia byť rozdelené dvoma, + 6/2 = +3:

2X (kovová valencia) + 3 (-2) = 0

Jednoducho zúčtovaním X dostanete valenciu Fe v oxide. Ale ak X nie je celé číslo (ako pri takmer všetkých ostatných oxidoch), potom existuje zmes Fe²⁺ a viera³⁺.

Tradičná nomenklatúra

Prípona -ico je daná prefixu ferr-, keď Fe má valenciu +3 a -oso, keď je jeho valencia 2+. Tak, Viera₂O₃ nazýva sa: oxid železitý.

aplikácie

nanočastice

Oxidy železa majú spoločnú energiu s vysokou kryštalizáciou, ktorá umožňuje vytvoriť veľmi malé kryštály, ale s veľkým povrchom.

Z tohto dôvodu majú veľký záujem v oblasti nanotechnológie, kde navrhujú a syntetizujú oxidové nanočastice (NP) na špecifické účely:

-Ako katalyzátory.

-Ako rezervoár liekov alebo génov v tele

-V dizajne zmyslových povrchov pre rôzne typy biomolekúl: proteíny, cukry, tuky

-Ukladanie magnetických údajov

pigmenty

Pretože niektoré oxidy sú veľmi stabilné, slúžia na farbenie textílií alebo na svetlé povrchy akéhokoľvek materiálu. Z mozaiky podláh; červené, žlté a oranžové maľby (dokonca zelené); keramika, plasty, koža a dokonca aj architektonické práce.

referencie

1. Správcovia Dartmouth College. (18. marec 2004). Stoichiometria železných oxidov. Prevzaté z: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo a kol. (8. septembra 2016). Objavenie viery₇O₉: nový oxid železitý s komplexnou monoklinickou štruktúrou. Zdroj: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Železné oxidy: štruktúra, vlastnosti, reakcie, výskyty a použitia. [PDF]. Wiley-VCH. Prevzaté z: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Oxid železitý Nanočastice, charakteristika a aplikácie. Prevzaté z: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., & Hussain, A. (2016). Syntéza, charakterizácia, aplikácie a výzvy nanočastíc oxidu železitého. Nanotechnology, Science and Applications, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmenty Golchha. (2009). Železné oxidy: Aplikácie. Prevzaté z: golchhapigments.com
7. Chemická formulácia (2018). Oxid železitý (II). Prevzaté z: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Oxid železitý. Prevzaté z: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide