Järnoxidstruktur, egenskaper, nomenklatur, användningsområden



en järnoxid är vilken som helst av föreningarna som bildas mellan järn och syre. Karakteriseras som kristallin joniska och ligger utspridda på grund av erosion av sina mineraler komponera jord, växtmassa och även inne levande organismer.

Det är då en av familjerna av föreningar som dominerar i jordskorpan. Vad är de exakt? Sexton järnoxider är kända hittills, de flesta av naturligt ursprung och andra syntetiseras under extrema förhållanden av tryck eller temperatur..

I den övre bilden visas en del av järnoxidpulver. Dess karakteristiska röda färg täcker järnet av flera arkitektoniska element i det som kallas rost. Det observeras också i backarna, bergen eller marken, blandat med andra mineraler, såsom det gula pulveret av goetit (a-FeOOH).

De vanligast kända järnoxiderna är hematit (a-Fe2O3) och maghemit (Υ- Faith2O3), båda polymorferna av järnoxid; och inte minst magnetit (tro3O4). Deras polymorfa strukturer och deras stora ytarea gör dem till intressanta material som sorbenter eller för syntes av nanopartiklar med breda applikationer.

index

  • 1 struktur
    • 1.1 Polymorfism
    • 1.2 Strukturella länkar
  • 2 egenskaper
  • 3 nomenklaturen
    • 3.1 Systematisk nomenklatur
    • 3.2 Lagernomenklatur
    • 3.3 Traditionell nomenklatur
  • 4 användningsområden
    • 4.1 Nanopartiklar
    • 4.2 pigment
  • 5 referenser

struktur

Den övre bilden är en representation av den kristallina strukturen av FeO, en av järnoxiderna där järnet har valens +2. De röda kulorna motsvarar anjonerna O2-, medan de gula till fakationerna2+. Notera också att varje tro2+ är omgiven av sex o2-, bildande en oktaedisk koordinationsenhet.

Därför kan strukturen hos FeO "smälta" i enheter av FeO6, där den centrala atomen är troen2+. I fallet med oxihydroxider eller hydroxider är den oktaedriska enheten FeO3(OH)3.

I vissa strukturer istället för oktaedronen är tetraedriska enheter, FeO4. Av denna anledning är strukturerna av järnoxiderna vanligtvis representerade med oktaedroner eller tetraeder med järncentra.

Strukturerna för järnoxiderna beror på villkoren för tryck eller temperatur, Fe / O-förhållande (dvs hur många syreatomerna är järn och vice versa), och valensen för järn (2, 3 och mycket sällan i syntetiska oxider, +4).

I allmänhet är de skrymmande anjonerna O2- De är inriktade på att bilda ark vars hål rymmer Fe-katjonerna2+ o Tro3+. Således finns det oxider (såsom magnetit) som har ironer med båda valenserna.

polymorfism

Oxiderna av järn närvarande polymorfism, det vill säga olika strukturer eller kristallarrangemang för samma förening. Järnoxid, Fe2O3, Den har upp till fyra möjliga polymorfer. Hematit, a-Fe2O3, det är det mest stabila av alla; följt av maghemiten, Υ- Faith2O3, och för den syntetiska p-Fe2O3 och e-tro2O3.

Alla har sina egna typer av strukturer och kristallina system. Emellertid förblir 2: 3-förhållandet konstant, så det finns tre anjoner O2- för varje två Fe kationer3+. Skillnaden ligger i hur de oktaedriska FeO-enheterna finns6 i rymden och hur kommer du ihop.

Strukturella länkar

De oktaedriska FeO-enheterna6 De kan visualiseras med hjälp av den överlägsna bilden. O: erna ligger i okahedronens hörn2-, medan i sitt centrum trogen2+ o Tro3+(för fallet av tro2O3). Det sätt på vilket dessa oktaedrar är anordnade i rymden avslöjar oxidens struktur.

De påverkar dock hur de är kopplade. Till exempel kan två oktaedroner förenas genom att vidröra två av deras vertices, som representeras av en syrebro: Fe-O-Fe. På samma sätt kan oktaedra förenas genom sina kanter (intill varandra). Det skulle representeras då med två syrebroar: Fe- (O)2-tro.

Och slutligen kan oktaedra interagera genom sina ansikten. Således skulle representationen nu vara med tre syrebroar: Fe- (O)3-Fe. Det sätt på vilket oktaedronerna är kopplade skulle variera de inter-kärnliga Fe-Fe avstånden och därmed oxidens fysikaliska egenskaper.

egenskaper

En järnoxid är en förening med magnetiska egenskaper. Dessa kan vara anti, ferro eller ferrimagnetiska, och beror på valens Fe och hur kationerna interagerar i det fasta.

Eftersom de fasta ämnenas strukturer är mycket varierade, så är deras fysikaliska och kemiska egenskaper.

Till exempel, polymorferna och hydraterna av Fe2O3 De har olika värden på smältpunkter (som varierar mellan 1200 och 1600ºC) och densiteter. Emellertid har de gemensamt den låga lösligheten på grund av Fe3+, samma molekylmassa, är bruna och upplöses sparsamt i sura lösningar.

nomenklatur

IUPAC fastställer tre sätt att namnge en järnoxid. Alla tre är mycket användbara, även om för komplexa oxider (såsom Fe7O9) den systematiska styrs över de andra för dess enkelhet.

Systematisk nomenklatur

Syre- och järnantalet beaktas, namnges med de grekiska siffror prefixerna mono-, di-, tri-, etc. Enligt denna nomenklatur trogen2O3 det heter: trioxid av dijärn. Och för troen7O9 dess namn skulle vara: nonaoxid av heptahierro.

Lagernomenklatur

Detta betraktar valens av järn. Om det handlar om tro2+, järnoxid är skrivet ... och dess valens med romerska siffror bifogade inom parentes. För Troen2O3 dess namn är: järnoxid (III).

Observera att troen3+ Det kan bestämmas av de algebraiska summorna. Om O2- har två negativa avgifter, och det finns tre av dem, lägg till -6. För att neutralisera detta -6 behöver vi +6, men det finns två Fe, så de måste delas med två, + 6/2 = +3:

2X (metallvalens) + 3 (-2) = 0

Helt enkelt genom att rensa X får du valens Fe i oxiden. Men om X inte är ett helt tal (som med nästan alla andra oxider), så finns det en blandning av Fe2+ och tro3+.

Traditionell nomenklatur

Suffixet -ico ges till prefixet ferr- när Fe har valens +3 och -oso när dess valens är 2+. Således trogen2O3 det kallas: järnoxid.

tillämpningar

nanopartiklar

Järnoxider har en gemensam högkristalliseringsenergi som gör det möjligt att skapa mycket små kristaller men med en stor yta.

Av denna anledning är de av stort intresse för nanoteknik, där de utformar och syntetiserar oxid nanopartiklar (NP) för specifika ändamål:

-Som katalysatorer.

-Som en reservoar av droger eller gener i kroppen

-Vid utformning av sensoriska ytor för olika typer av biomolekyler: proteiner, sockerarter, fetter

-För att lagra magnetiska data

pigment

Eftersom vissa oxider är väldigt stabila, tjänar de till att färga textilier eller ge ljusa färger på ytorna av något material. Från golvens mosaik; De röda, gula och orange målningarna (även gröna); keramik, plast, läder och till och med arkitektoniska verk.

referenser

  1. Förvaltare av Dartmouth College. (18 mars 2004). Stoichiometry of Iron Oxides. Hämtad från: dartmouth.edu
  2. Ryosuke Sinmyo et al. (8 september 2016). Upptäckt av tro7O9: en ny järnoxid med en komplex monoklinisk struktur. Hämtad från: nature.com
  3. M. Cornell, U. Schwertmann. Järnoxiderna: Struktur, Egenskaper, Reaktioner, Förekomst och Användning. [PDF]. Wiley-VCH. Hämtad från: epsc511.wustl.edu
  4. Alice Bu. (2018). Järnoxid nanopartiklar, egenskaper och tillämpningar. Hämtad från: sigmaaldrich.com
  5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., & Hussain, A. (2016). Syntes, karakterisering, tillämpningar och utmaningar av järnoxid nanopartiklar. Nanoteknik, vetenskap och tillämpningar, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
  6. Golchha Pigments. (2009). Järnoxider: Tillämpningar. Hämtad från: golchhapigments.com
  7. Kemisk formulering (2018). Järnoxid (II). Hämtad från: formulacionquimica.com
  8. Wikipedia. (2018). Järn (III) oxid. Hämtad från: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide