Jernoxidstruktur, egenskaber, nomenklatur, anvendelser



en jernoxid er nogen af ​​forbindelserne dannet mellem jern og oxygen. De er karakteriseret ved at være ioniske og krystallinske, og de ligger i spredt produkt af erosionen af ​​deres mineraler og komponerer gulve, vegetabilske masser og endda det indre af de levende organismer.

Det er da en af ​​familierne af forbindelser, der dominerer i jordskorpen. Hvad er de præcist? Seksten jernoxider er kendt indtil nu, de fleste af dem af naturlig oprindelse og andre syntetiseres under ekstreme tryk- eller temperaturbetingelser..

I det øvre billede vises en del af ferrioxidpulver. Dens karakteristiske røde farve dækker jern af flere arkitektoniske elementer i det såkaldte rust. Det observeres også i skråninger, bjerge eller jordbund, blandet med andre mineraler, som det gule pulver af goethit (a-FeOOH).

De mest kendte jernoxider er hæmatit (a-Fe2O3) og maghemit (Υ- tro2O3), begge polymorfer af jernoxid; og ikke mindst magnetit (tro3O4). Deres polymorfe strukturer og deres store overfladeareal gør dem interessante materialer som sorbenter eller til syntese af nanopartikler med brede anvendelser.

indeks

  • 1 struktur
    • 1.1 Polymorfisme
    • 1.2 Strukturelle forbindelser
  • 2 Egenskaber
  • 3 nomenklaturen
    • 3.1 Systematisk nomenklatur
    • 3.2 Lagernomenklatur
    • 3.3 Traditionel nomenklatur
  • 4 anvendelser
    • 4.1 Nanopartikler
    • 4.2 pigmenter
  • 5 referencer

struktur

Det øvre billede er en repræsentation af den krystallinske struktur af FeO, en af ​​jernoxiderne, hvor jernet har valens +2. De røde kugler svarer til anionerne O2-, mens de gule til Fe kationerne2+. Bemærk også, at hver tro2+ er omgivet af seks o2-, danner en oktaedrisk koordinationsenhed.

Derfor kan strukturen af ​​FeO'en "smuldre" i enheder af FeO6, hvor det centrale atom er troen2+. I tilfælde af oxyhydroxider eller hydroxider er den oktaedriske enhed FeO3(OH)3.

I nogle strukturer i stedet for octahedronen er tetrahedrale enheder, FeO4. Af denne grund er jernoxidernes strukturer normalt repræsenteret med oktaedroner eller tetraeder med jerncentre.

Jernoxidstrukturerne afhænger af betingelserne for tryk eller temperatur, Fe / O-forholdet (dvs. hvor mange oxygener der er pr. Jern og omvendt) og jernens valens (+2, +3 og, meget sjældent i syntetiske oxider, +4).

Generelt er de store anioner O2- de er justeret danner ark, hvis huller huser Fe kationerne2+ o tro3+. Således er der oxider (såsom magnetit), der har jern med begge valenser.

polymorfi

Oksiderne af jern er til stede polymorfisme, det vil sige forskellige strukturer eller krystalarrangementer for den samme forbindelse. Ferrioxid, Fe2O3, Det har op til fire mulige polymorfer. Hematit, a-Fe2O3, det er den mest stabile af alle; efterfulgt af maghemitten, Υ- tro2O3, og for den syntetiske β-Fe2O3 og e-tro2O3.

Alle har deres egne strukturer og krystallinske systemer. Imidlertid forbliver forholdet 2: 3 konstant, så der er tre anioner O2- for hver to Fe kationer3+. Forskellen ligger i, hvordan de oktaedriske FeO-enheder er placeret6 i rummet og hvordan kommer du sammen.

Strukturelle forbindelser

De oktaedriske FeO-enheder6 de kan visualiseres ved hjælp af det overlegne billede. O'erne er i hjørnerne af oktaedronen2-, mens i centrum er troen2+ o tro3+(i tilfælde af tro2O3). Den måde, hvorpå disse oktaedra er arrangeret i rummet, afslører oxidets struktur.

Men de har også indflydelse på, hvordan de er forbundet. For eksempel kan to oktaedoner forbindes ved at røre to af deres hjørner, som er repræsenteret af en oxygenbro: Fe-O-Fe. På samme måde kan oktaedra forbindes gennem deres kanter (støder op til hinanden). Det ville blive repræsenteret med to oxygenbroer: Fe- (O)2-tro.

Og endelig kan octahedra interagere gennem deres ansigter. Således vil repræsentationen nu være med tre oxygenbroer: Fe- (O)3-Fe. Måden, hvorpå oktaedronerne er forbundet, vil variere inter-nukleare Fe-Fe afstande og derfor oxidens fysiske egenskaber.

egenskaber

Et jernoxid er en forbindelse med magnetiske egenskaber. Disse kan være anti, ferro eller ferrimagnetic, og afhænger af Fe's valenser og hvordan kationerne interagerer i det faste stof.

Fordi strukturerne af de faste stoffer er meget varierede, så er deres fysiske og kemiske egenskaber.

For eksempel er polymorferne og hydraterne af Fe2O3 De har forskellige værdier af smeltepunkter (som ligger mellem 1200 og 1600ºC) og tætheder. Imidlertid har de til fælles den lave opløselighed på grund af Fe3+, Den samme molekylmasse er brun og opløses sparsomt i sure opløsninger.

nomenklatur

IUPAC etablerer tre måder at kalde jernoxid på. Alle tre er meget nyttige, selvom for komplekse oxider (såsom Fe7O9) den systematiske styrer over de andre for sin enkelhed.

Systematisk nomenklatur

Oxygen- og jernnumrene tages i betragtning, idet de navngives de græske talpræfikser mono-, di-, tri-, etc. Ifølge denne nomenklatur er troen2O3 det hedder: trioxid af dijern. Og for troen7O9 dets navn ville være: nonaoxid af heptahierro.

Stocknomenklatur

Dette betragter jernens valens. Hvis det handler om tro2+, jernoxid er skrevet ... og dens valens med romerske tal indeholdt i parentes. For Troen2O3 dets navn er: jernoxid (III).

Bemærk at troen3+ Det kan bestemmes af de algebraiske beløb. Hvis O2- har to negative afgifter, og der er tre af dem, tilføj -6. For at neutralisere dette -6 kræver vi +6, men der er to Fe, så de skal divideres med to, + 6/2 = +3:

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

Simpelthen ved at rydde X får du valens Fe i oxidet. Men hvis X ikke er et helt tal (som med næsten alle andre oxider), så er der en blanding af Fe2+ og tro3+.

Traditionel nomenklatur

Suffiks -ico er givet til præfiks ferr- når Fe har valence +3 og -oso når dens valence er 2+. Således troen2O3 det hedder: jernoxid.

applikationer

nanopartikler

Jernoxider har en fælles højkrystallisationsenergi, som gør det muligt at skabe meget små krystaller, men med et stort overfladeareal.

Af denne grund er de af stor interesse inden for nanoteknologi, hvor de designer og syntetiserer oxid nanopartikler (NP'er) til specifikke formål:

-Som katalysatorer.

-Som et reservoir af stoffer eller gener i kroppen

-I design af sensoriske overflader til forskellige typer af biomolekyler: proteiner, sukkerarter, fedtstoffer

-At gemme magnetiske data

pigmenter

Fordi nogle oxider er meget stabile, tjener de til at farve tekstiler eller give lyse farver til overfladerne af ethvert materiale. Fra gulvens mosaikker; de røde, gule og orange malerier (selv grønne); keramik, plastik, læder og endda arkitektoniske værker.

referencer

  1. Trustees of Dartmouth College. (18. marts 2004). Stoichiometri af jernoxider. Taget fra: dartmouth.edu
  2. Ryosuke Sinmyo et al. (8. september 2016). Opdagelse af tro7O9: et nyt jernoxid med en kompleks monoklinisk struktur. Hentet fra: nature.com
  3. M. Cornell, U. Schwertmann. Jernoxiderne: Struktur, Egenskaber, Reaktioner, Begivenheder og Anvendelser. [PDF]. Wiley-VCH. Modtaget fra: epsc511.wustl.edu
  4. Alice Bu. (2018). Jernoxid nanopartikler, egenskaber og anvendelser. Hentet fra: sigmaaldrich.com
  5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., & Hussain, A. (2016). Syntese, karakterisering, anvendelser og udfordringer af jernoxid nanopartikler. Nanoteknologi, Videnskab og Applications, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
  6. Golchha Pigments. (2009). Jernoxider: applikationer. Taget fra: golchhapigments.com
  7. Kemisk formulering (2018). Jernoxid (II). Taget fra: formulacionquimica.com
  8. Wikipedia. (2018). Jern (III) oxid. Hentet fra: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide