Δομή οξειδίου του σιδήρου, ιδιότητες, ονοματολογία, χρήσεις



Α οξείδιο του σιδήρου είναι οποιαδήποτε από τις ενώσεις που σχηματίζονται μεταξύ σιδήρου και οξυγόνου. Χαρακτηρίζονται ως κρυσταλλικά ιοντικά και βρίσκονται διάσπαρτα λόγω της διάβρωσης των μετάλλων της συνθέτοντας εδάφους, φυτική μάζα και ακόμη και στο εσωτερικό τους ζωντανούς οργανισμούς.

Είναι τότε μια από τις οικογένειες των ενώσεων που κυριαρχούν στο φλοιό της γης. Τι ακριβώς είναι; Δεκαέξι οξείδια σιδήρου είναι γνωστά μέχρι σήμερα, τα περισσότερα από αυτά φυσικής προέλευσης και άλλα συντίθενται υπό ακραίες συνθήκες πίεσης ή θερμοκρασίας..

Στην επάνω εικόνα απεικονίζεται ένα τμήμα σκόνης οξειδίου σιδήρου. Το χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα καλύπτει το σίδερο πολλών αρχιτεκτονικών στοιχείων σε αυτό που είναι γνωστό ως σκουριά. Επίσης, παρατηρείται στις πλαγιές, τα βουνά ή τα εδάφη, αναμιγνύεται με άλλα μέταλλα, όπως η κίτρινη σκόνη του goethite (α-FeOOH).

Τα πιο κοινά οξείδια σιδήρου είναι αιματίτης (α-Fe2Ο3) και το μάζεμα (Υ-Faith2Ο3), και τα δύο πολύμορφα οξείδιο σιδήρου, και όχι λιγότερο, μαγνητίτης (Faith3Ο4). Οι πολυμορφικές δομές και η μεγάλη επιφάνεια τους καθιστούν ενδιαφέροντα υλικά όπως ροφητικά ή για τη σύνθεση νανοσωματιδίων με ευρείες εφαρμογές.

Ευρετήριο

  • 1 Δομή
    • 1.1 Πολυμορφισμός
    • 1.2 Διαρθρωτικοί δεσμοί
  • 2 Ιδιότητες
  • 3 Ονοματολογία
    • 3.1 Συστηματική ονοματολογία
    • 3.2 Ονοματολογία αποθεμάτων
    • 3.3 Παραδοσιακή ονοματολογία
  • 4 Χρήσεις
    • 4.1 Νανοσωματίδια
    • 4.2 Χρωστικές ουσίες
  • 5 Αναφορές

Δομή

Η άνω εικόνα είναι μια αναπαράσταση της κρυσταλλικής δομής του FeO, ενός από τα οξείδια του σιδήρου όπου ο σίδηρος έχει σθένος +2. Οι κόκκινες σφαίρες αντιστοιχούν στα ανιόντα Ο2-, ενώ οι κίτρινες με τις Fe κατιόνες2+. Σημειώστε επίσης ότι κάθε πίστη2+ περιβάλλεται από έξι Ο2-, σχηματίζοντας μια οκταεδρική μονάδα συντονισμού.

Επομένως, η δομή του FeO μπορεί να «καταρρεύσει» σε μονάδες FeO6, όπου το κεντρικό άτομο είναι η Πίστη2+. Στην περίπτωση των οξυυδροξειδίων ή των υδροξειδίων, η οκταεδρική μονάδα είναι FeO3(ΟΗ)3.

Σε ορισμένες δομές αντί για οκταεδρόν είναι τετραεδρικές μονάδες, FeO4. Για το λόγο αυτό, οι δομές των οξειδίων του σιδήρου αντιπροσωπεύονται συνήθως με οκτάεδρα ή τετράεδρα με κέντρα σιδήρου.

Οι δομές οξειδίου του σιδήρου εξαρτώνται από τις συνθήκες πίεσης ή θερμοκρασίας, τη σχέση Fe / O (δηλαδή, πόσα οξυγόνα υπάρχουν ανά σίδηρο και αντίστροφα) και το σθένος του σιδήρου (+2, +3 και, πολύ σπάνια σε συνθετικά οξείδια, +4).

Γενικά, τα ογκώδη ανιόντα Ο2- είναι ευθυγραμμισμένα φύλλα σχηματισμού των οποίων οι οπές στεγάζουν τα Fe2+ o Πίστη3+. Έτσι, υπάρχουν οξείδια (όπως ο μαγνητίτης) που έχουν σίδερα και με τα δύο σθένη.

Πολυμορφισμός

Τα οξείδια των σιδηρικών παρουσιάζουν πολυμορφισμό, δηλαδή, διαφορετικές δομές ή κρυσταλλικές διατάξεις για την ίδια ένωση. Οξείδιο του σιδήρου, Fe2Ο3, Έχει μέχρι τέσσερα πιθανά πολύμορφα. Αιματίτης, α-Fe2Ο3, είναι το πιο σταθερό από όλα. ακολουθούμενη από τον μαγεμίτη, Υ-Faith2Ο3, και για το συνθετικό β-Fe2Ο3 και ε- Πίστη2Ο3.

Όλοι αυτοί έχουν τους δικούς τους τύπους κατασκευών και κρυσταλλικά συστήματα. Ωστόσο, ο λόγος 2: 3 παραμένει σταθερός, επομένως υπάρχουν τρία ανιόντα Ο2- για κάθε δύο Fe κάτια3+. Η διαφορά έγκειται στο πώς βρίσκονται οι οκταεδρικές μονάδες FeO6 στο διάστημα και πώς συναντιέστε.

Διαρθρωτικές συνδέσεις

Οι οκταεδρικές μονάδες FeO6 μπορούν να απεικονιστούν με τη βοήθεια της ανώτερης εικόνας. Οι Ο είναι στις γωνίες του οκτάεδρον2-, ενώ στο κέντρο της η Πίστη2+ o Πίστη3+(για την περίπτωση της πίστης2Ο3). Ο τρόπος με τον οποίο αυτά τα οκτάεδρα είναι διατεταγμένα στο χώρο αποκαλύπτουν τη δομή του οξειδίου.

Ωστόσο, επηρεάζουν επίσης τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται. Για παράδειγμα, δύο οκτάεδρα μπορούν να ενωθούν αγγίζοντας δύο από τις κορυφές τους, το οποίο αντιπροσωπεύεται από μια γέφυρα οξυγόνου: Fe-O-Fe. Παρομοίως, οι οκταέδρες μπορούν να ενωθούν μέσω των ακμών τους (γειτονικά το ένα με το άλλο). Θα αντιπροσωπευόταν τότε με δύο γέφυρες οξυγόνου: Fe- (O)2-Πίστη.

Και τέλος, οι οκταέδρες μπορούν να αλληλεπιδρούν μέσω των προσώπων τους. Έτσι, η αναπαράσταση θα ήταν τώρα με τρεις γέφυρες οξυγόνου: Fe- (O)3-Fe Ο τρόπος με τον οποίο συνδέονται τα οκτάεδρα, θα μεταβάλλει τις δια-πυρηνικές αποστάσεις Fe-Fe και συνεπώς τις φυσικές ιδιότητες του οξειδίου.

Ιδιότητες

Ένα οξείδιο σιδήρου είναι μια ένωση με μαγνητικές ιδιότητες. Αυτά μπορεί να είναι anti, ferro ή ferrimagnetic, και εξαρτώνται από τα σθένη του Fe και πώς τα κατιόντα αλληλεπιδρούν στο στερεό.

Επειδή οι δομές των στερεών είναι πολύ ποικίλες, τόσο οι φυσικές και χημικές ιδιότητες τους.

Για παράδειγμα, τα πολύμορφα και ένυδρα άλατα του Fe2Ο3 έχουν διαφορετικές τιμές σημείων τήξης (που κυμαίνονται μεταξύ 1200 και 1600οC) και πυκνότητες. Ωστόσο, έχουν την κοινή χαμηλή διαλυτότητα λόγω του Fe3+, της ίδιας μοριακής μάζας, είναι καφέ και διαλύονται μερικώς σε όξινα διαλύματα.

Ονοματολογία

Το IUPAC καθορίζει τρεις τρόπους για να ονομάσει ένα οξείδιο σιδήρου. Και οι τρεις είναι πολύ χρήσιμες, αν και για σύνθετα οξείδια (όπως Fe7Ο9) η συστηματική κυριαρχεί επί των άλλων για την απλότητα της.

Συστηματική ονοματολογία

Οι αριθμοί οξυγόνου και σιδήρου λαμβάνονται υπόψη, ονομάζοντάς τους με τα ελληνικά αριθμητικά προθέματα μονο-, δι-, τρι-, κ.λπ. Σύμφωνα με αυτή την ονοματολογία η Πίστη2Ο3 ονομάζεται: τρειςοξείδιο του diσιδήρου Και για την Πίστη7Ο9 το όνομά του θα είναι: μη-οξείδιο του heptahierro.

Ονοματολογία αποθεμάτων

Αυτό θεωρεί το σθένος του σιδήρου. Αν πρόκειται για την πίστη2+, το οξείδιο του σιδήρου είναι γραμμένο ... και το σθένος του με ρωμαϊκούς αριθμούς που περικλείονται σε παρενθέσεις. Για την Πίστη2Ο3 το όνομά του είναι: οξείδιο σιδήρου (III).

Σημειώστε ότι η πίστη3+ μπορεί να καθοριστεί από τα αλγεβρικά ποσά. Εάν το O2- έχει δύο αρνητικές χρεώσεις και υπάρχουν τρεις από αυτές, προσθέστε -6. Για να εξουδετερώσουμε αυτό το -6 χρειαζόμαστε +6, αλλά υπάρχουν δύο Fe, έτσι πρέπει να διαιρεθούν με δύο, + 6/2 = +3:

2Χ (μεταλλικό σθένος) + 3 (-2) = 0

Απλώς με την εκκαθάριση του Χ παίρνετε το σθένος του Fe στο οξείδιο. Αλλά αν το Χ δεν είναι ακέραιος αριθμός (όπως με σχεδόν όλα τα άλλα οξείδια), τότε υπάρχει ένα μίγμα Fe2+ και την πίστη3+.

Παραδοσιακή ονοματολογία

Η κατάληξη -ico δίνεται στο πρόθεμα ferr - όταν το Fe έχει βαλβίδα +3, και -oso όταν το σθένος του είναι 2+. Έτσι, η Πίστη2Ο3 ονομάζεται: οξείδιο σιδήρου.

Χρησιμοποιεί

Νανοσωματίδια

Τα οξείδια του σιδήρου έχουν κοινή υψηλή κρυσταλλική ενέργεια, η οποία επιτρέπει τη δημιουργία πολύ μικρών κρυστάλλων αλλά με μεγάλη επιφάνεια.

Γι 'αυτό το λόγο έχουν μεγάλο ενδιαφέρον στους τομείς της νανοτεχνολογίας, όπου σχεδιάζουν και συνθέτουν νανοσωματίδια οξειδίων (NPs) για συγκεκριμένους σκοπούς:

-Ως καταλύτες.

-Ως δεξαμενή φαρμάκων ή γονιδίων μέσα στο σώμα

-Στο σχεδιασμό των αισθητήριων επιφανειών για διάφορους τύπους βιομορίων: πρωτεΐνες, σάκχαρα, λίπη

-Για την αποθήκευση μαγνητικών δεδομένων

Χρωστικές ουσίες

Επειδή ορισμένα οξείδια είναι πολύ σταθερά, χρησιμεύουν για τη βαφή κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων ή για να δίνουν φωτεινά χρώματα στις επιφάνειες οποιουδήποτε υλικού. Από τα ψηφιδωτά των πατωμάτων. το κόκκινο, κίτρινο και πορτοκαλί πίνακες (ακόμη και πράσινο)? κεραμικά, πλαστικά, δέρματα, ακόμα και αρχιτεκτονικά έργα.

Αναφορές

  1. Επίτροποι του Κολλεγίου του Dartmouth. (18 Μαρτίου 2004). Στοιχειομετρία των οξειδίων του σιδήρου. Από: dartmouth.edu
  2. Ryosuke Sinmyo et αϊ. (8 Σεπτεμβρίου 2016). Ανακάλυψη της Πίστης7Ο9: ένα νέο οξείδιο σιδήρου με σύνθετη μονοκλινική δομή. Ανακτήθηκε από: nature.com
  3. Μ. Cornell, U. Schwertmann. Τα οξείδια του σιδήρου: δομή, ιδιότητες, αντιδράσεις, περιστατικά και χρήσεις. [PDF] WILEY-VCH. Λαμβάνεται από: epsc511.wustl.edu
  4. Αλίκη Βου. (2018). Νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου, χαρακτηριστικά και εφαρμογές. Λαμβάνεται από: sigmaaldrich.com
  5. Ali, Α., Zafar, Η., Zia, Μ., Ul Haq, Ι., Phull, Α.Ρ., Ali, J.S., & Hussain, Α. (2016). Σύνθεση, χαρακτηρισμός, εφαρμογές και προκλήσεις των νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου. Νανοτεχνολογία, Επιστήμη και Εφαρμογές, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
  6. Χρώματα Golchha. (2009). Οξείδια σιδήρου: Εφαρμογές. Λαμβάνεται από: golchhapigments.com
  7. Χημική σύνθεση (2018). Οξείδιο του σιδήρου (II). Από: formulacionquimica.com
  8. Wikipedia. (2018). Οξείδιο του σιδήρου (ΙΙΙ). Λαμβάνεται από: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide