Struktura oxidů železa, vlastnosti, názvosloví, použití

A oxid železitý je jakákoliv ze sloučenin vytvořených mezi železem a kyslíkem. Jsou charakterizovány tím, že jsou iontové a krystalické a leží v rozptýleném produktu eroze svých minerálů, skládají podlahy, rostlinnou hmotu a dokonce i vnitřek živých organismů..

To je pak jedna z rodin sloučenin, které převažují v zemské kůře. Co to přesně je? Dosud je známo šestnáct oxidů železa, z nichž většina je přírodního původu a další jsou syntetizovány za extrémních podmínek tlaku nebo teploty..

V horním obrázku je znázorněn podíl prášku oxidu železitého. Jeho charakteristická červená barva pokrývá železo několika architektonických prvků v tzv. Rzi. Také, to je pozorováno na svazích, horách nebo půdách, smíšený s jinými nerosty, takový jako žlutý prášek goethite (α-FeOOH) \ t.

Nejčastěji známými oxidy železa jsou hematit (α-Fe₂O₃) a maghemit (ith- Víra₂O₃), oba polymorfy oxidu železitého; a v neposlední řadě magnetit (Faith₃O₄). Jejich polymorfní struktury a jejich velká povrchová plocha z nich činí zajímavé materiály, jako jsou sorbenty, nebo pro syntézu nanočástic se širokým uplatněním..

Index

• 1 Struktura
  • 1.1 Polymorfismus
  • 1.2 Strukturální vazby
• 2 Vlastnosti
• 3 Nomenklatura
  • 3.1 Systematická nomenklatura
  • 3.2 Burzovní nomenklatura
  • 3.3 Tradiční názvosloví
• 4 Použití
  • 4.1 Nanočástice
  • 4.2 Pigmenty
• 5 Odkazy

Struktura

Horní obrázek je reprezentací krystalické struktury FeO, jednoho z oxidů železa, kde železo má valenci +2. Červené koule odpovídají aniontům O^2-, zatímco žluté k Fe kationům²⁺. Všimněte si také, že každá víra²⁺ je obklopen šesti O^2-, vytvoření oktaedrální koordinační jednotky.

Struktura FeO se tedy může "rozpadat" do jednotek FeO₆, kde centrální atom je víra²⁺. V případě oxyhydroxidů nebo hydroxidů je oktaedrální jednotkou FeO₃(OH)₃.

V některých strukturách místo octahedron jsou tetrahedral jednotky, FeO₄. Z tohoto důvodu jsou struktury oxidů železa obvykle reprezentovány oktaedrony nebo tetraedry se železnými centry.

Struktury oxidu železa závisí na podmínkách tlaku nebo teploty, poměru Fe / O (tj. Kolik kyslíků je na železo a naopak) a valence železa (+2, +3 a velmi vzácně u syntetických oxidů, +4).

Obecně platí, že objemné anionty O^2- jsou zarovnány, tvořící plechy, jejichž otvory jsou opatřeny kationty Fe²⁺ o Víra³⁺. Existují tedy oxidy (například magnetit), které mají železo s oběma valencemi.

Polymorfismus

Oxidy železa představují polymorfismus, tj. Různé struktury nebo uspořádání krystalů pro stejnou sloučeninu. Oxid železitý, Fe₂O₃, Má až čtyři možné polymorfy. Hematit, α-Fe₂O₃, je nejstabilnější ze všech; následoval maghemit, Υ- Víra₂O₃, a pro syntetický p-Fe₂O₃ a ε- Faith₂O₃.

Všechny mají své vlastní typy struktur a krystalických systémů. Poměr 2: 3 však zůstává konstantní, takže existují tři anionty O^2- pro každé dvě Fe kationty³⁺. Rozdíl spočívá v tom, jak se nacházejí oktaedrické jednotky FeO₆ ve vesmíru a jak se scházíte.

Strukturální vazby

Oktaedrické jednotky FeO₆ mohou být vizualizovány pomocí nadřazeného obrazu. O je v rozích oktaedronu^2-, zatímco v jeho středu víra²⁺ o Víra³⁺(pro případ víry₂O₃). Způsob, jakým jsou tyto oktaedry uspořádány v prostoru, odhaluje strukturu oxidu.

Ovlivňují však také způsob, jakým jsou propojeni. Například, dva oktaedrony mohou být spojeny tím, že se dotýká dvou jejich vrcholů, který je reprezentován kyslíkovým mostem: Fe-O-Fe. Podobně, oktaedra může být spojena přes jejich okraje (přilehlý k sobě). Byl by reprezentován dvěma kyslíkovými mosty: Fe- (O)₂-Víra.

A konečně, oktaedra může komunikovat přes jejich tváře. Tedy, reprezentace by nyní byla se třemi kyslíkovými mosty: Fe- (O)₃-Fe. Způsob, jakým jsou spojeny oktaedrony, by měnil mezidruhové vzdálenosti Fe-Fe a tím i fyzikální vlastnosti oxidu..

Vlastnosti

Oxid železitý je sloučenina s magnetickými vlastnostmi. Ty mohou být anti, ferro nebo ferrimagnetické a závisí na valenci Fe a na tom, jak kationty interagují v pevné látce..

Protože struktury pevných látek jsou velmi rozmanité, tak jsou jejich fyzikální a chemické vlastnosti.

Například polymorfy a hydráty Fe₂O₃ mají různé hodnoty teploty tání (které se pohybují mezi 1200 a 1600 ° C) a hustoty. Nicméně mají společnou nízkou rozpustnost způsobenou Fe³⁺, stejné molekulové hmotnosti, jsou hnědé a v roztocích kyselin se rozpouští.

Nomenklatura

IUPAC stanoví tři způsoby, jak pojmenovat oxid železitý. Všechny tři jsou velmi užitečné, i když pro komplexní oxidy (např. Fe₇O₉) systematické vládnutí nad ostatními pro svou jednoduchost.

Systematická nomenklatura

Čísla kyslíku a železa jsou vzata v úvahu, pojmenovává je s řeckými číselnými předponami mono-, di-, tri-, atd. Podle této nomenklatury víra₂O₃ nazývá se: trioxid z diželezo A pro víru₇O₉ jeho jméno by bylo: neoxid kyseliny heptahierro.

Burzovní nomenklatura

Toto zvažuje valenci železa. Jestli je to o víře²⁺, oxid železitý je psán ... a jeho valence s římskými číslicemi uzavřenými v závorkách. Pro víru₂O₃ jeho název je: oxid železitý (III).

Všimněte si, že víra³⁺ to může být určeno algebraickými součty. Pokud je O^2- má dva záporné náboje, a existují tři z nich, přidejte -6. Chcete-li neutralizovat tento -6 budeme požadovat +6, ale existují dvě Fe, takže musí být rozděleny dvěma, + 6/2 = +3:

2X (kovová valence) + 3 (-2) = 0

Jednoduše zúčtováním X získáte valenci Fe v oxidu. Pokud ale X není celé číslo (jako u téměř všech ostatních oxidů), pak existuje směs Fe²⁺ a víra³⁺.

Tradiční názvosloví

Přípona -ico je dána předponě ferr-, když Fe má valenci +3 a -oso, když je její valence 2+. Tak, víra₂O₃ nazývá se: oxid železitý.

Použití

Nanočástice

Oxidy železa mají společnou vysokou krystalizační energii, která umožňuje vytvořit velmi malé krystaly, ale s velkou plochou povrchu.

Z tohoto důvodu mají velký zájem v oblasti nanotechnologií, kde navrhují a syntetizují oxidové nanočástice (NP) pro specifické účely:

-Jako katalyzátory.

-Jako rezervoár léků nebo genů v těle

-V návrhu senzorických povrchů pro různé typy biomolekul: proteiny, cukry, tuky

-Ukládání magnetických dat

Pigmenty

Protože některé oxidy jsou velmi stabilní, slouží k barvení textilií nebo dávají jasným barvám povrchům jakéhokoliv materiálu. Z mozaik podlah; červené, žluté a oranžové obrazy (dokonce zelené); keramika, plasty, kůže a dokonce i architektonické práce.

Odkazy

1. Správci Dartmouth vysoké školy. (18. března 2004). Stoichiometrie železných oxidů. Převzato z: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8. září 2016). Objevení víry₇O₉: nový oxid železitý s komplexní monoklinickou strukturou. Zdroj: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Železné oxidy: Struktura, vlastnosti, reakce, výskyt a použití. [PDF] WILEY-VCH. Převzato z: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Oxid nanočástic, charakteristika a aplikace. Převzato z: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul. Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., & Hussain, A. (2016). Syntéza, charakterizace, aplikace a výzvy nanočástic oxidu železa. Nanotechnology, Science and Applications, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmenty Golchha. (2009). Oxid železitý: Aplikace. Převzato z: golchhapigments.com
7. Chemická formulace (2018). Oxid železitý (II). Převzato z: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Oxid železitý. Převzato z: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide