Estrutura, propriedades, nomenclatura, usos do óxido de ferro

Um óxido de ferro é qualquer um dos compostos formados entre ferro e oxigênio. Caracterizam-se por serem iônicos e cristalinos, e são produtos dispersos da erosão de seus minerais, compondo os solos, a massa vegetal e, inclusive, o interior dos organismos vivos.

É então uma das famílias de compostos que predominam na crosta terrestre. O que eles são exatamente? Dezesseis óxidos de ferro são conhecidos até hoje, a maioria deles de origem natural e outros sintetizados sob condições extremas de pressão ou temperatura.

Na imagem superior é mostrada uma porção de pó de óxido férrico. Sua característica cor vermelha cobre o ferro de vários elementos arquitetônicos no que é conhecido como ferrugem. Além disso, é observado nas encostas, montanhas ou solos, misturado com outros minerais, como o pó amarelo de goethita (α-FeOOH).

Os óxidos de ferro mais comumente conhecidos são hematita (α-Fe₂O₃) e maghemite (Υ- fé₂O₃), ambos os polimorfos do óxido férrico; e não menos importante, magnetite (Faith₃O₄). Suas estruturas polimórficas e sua grande área de superfície os tornam materiais interessantes, como sorventes, ou para a síntese de nanopartículas com ampla aplicação.

Índice

• 1 estrutura
  • 1.1 Polimorfismo
  • 1.2 Links Estruturais
• 2 Imóveis
• 3 Nomenclatura
  • 3.1 Nomenclatura Sistemática
  • 3.2 Nomenclatura de ações
  • 3.3 Nomenclatura Tradicional
• 4 usos
  • 4.1 Nanopartículas
  • 4.2 Pigmentos
• 5 referências

Estrutura

A imagem superior é uma representação da estrutura cristalina de FeO, um dos óxidos de ferro onde o ferro tem valência +2. As esferas vermelhas correspondem aos aniões O^2-enquanto os amarelos para os cátions Fe²⁺. Observe também que cada Fé²⁺ está rodeado por seis O^2-, formando uma unidade de coordenação octaédrica.

Portanto, a estrutura do FeO pode "desmoronar" em unidades de FeO₆onde o átomo central é a Fé²⁺. No caso de oxihidróxidos ou hidróxidos, a unidade octaédrica é FeO₃(OH)₃.

Em algumas estruturas em vez do octaedro são unidades tetraédricas, FeO₄. Por esta razão, as estruturas de óxidos de ferro são geralmente representadas por octaedros ou tetraedros com centros de ferro.

As estruturas dos óxidos de ferro dependem das condições de pressão ou temperatura, da relação Fe / O (ou seja, quantos oxigênios existem por ferro e vice-versa) e da valência do ferro (+2, +3 e, muito raramente em óxidos sintéticos, +4).

Em geral, ânions volumosos O^2- eles estão alinhados formando folhas cujos buracos abrigam os cátions Fe²⁺ o fé³⁺. Assim, existem óxidos (como a magnetita) que possuem ferros com as duas valências.

Polimorfismo

Óxidos de ferro têm polimorfismo, isto é, diferentes estruturas cristalinas ou arranjos para o mesmo composto. Óxido férrico, Fe₂O₃, tem até quatro possíveis polimorfos. Hematita, α-Fe₂O₃é o mais estável de todos; seguido por maghemite, Υ- Faith₂O₃e para o β-Fe sintético₂O₃ e fé₂O₃.

Todos eles têm seus próprios tipos de estruturas e sistemas cristalinos. No entanto, a proporção 2: 3 permanece constante, então há três ânions O^2- para cada dois cátions³⁺. A diferença está em como as unidades de FeO octaédricas estão localizadas₆ no espaço e como você se une.

Links estruturais

As unidades octaédricas FeO₆ eles podem ser visualizados com a ajuda da imagem superior. Ós são encontrados nos cantos do octaedro^2-, enquanto em seu centro a Fé²⁺ o fé³⁺(para o caso da fé₂O₃). O modo como esses octaedros estão dispostos no espaço revela a estrutura do óxido.

No entanto, eles também influenciam como eles estão ligados. Por exemplo, dois octaedros podem ser unidos tocando dois de seus vértices, o que é representado por uma ponte de oxigênio: Fe-O-Fe. Da mesma forma, os octaedros podem ser unidos através de suas bordas (adjacentes uns aos outros). Seria representado então com duas pontes de oxigênio: Fe- (O)₂-Fe.

E finalmente, o octaedro pode interagir através de seus rostos. Assim, a representação seria agora com três pontes de oxigênio: Fe- (O)₃-Fe. O modo como os octaedros estão ligados variaria as distâncias entre Fe e Fe e, portanto, as propriedades físicas do óxido.

Propriedades

Um óxido de ferro é um composto com propriedades magnéticas. Estes podem ser anti, ferro ou ferrimagnético, e dependem das valências do Fe e como os cátions interagem no sólido.

Porque as estruturas de sólidos são muito variadas, assim são as suas propriedades físicas e químicas.

Por exemplo, os polimorfos e hidratos de Fe₂O₃ eles têm valores diferentes de pontos de fusão (que variam entre 1200 e 1600ºC) e densidades. No entanto, eles têm em comum a baixa solubilidade devido a Fe³⁺, a mesma massa molecular, é marrom e se dissolve com moderação em soluções ácidas.

Nomenclatura

A IUPAC estabelece três maneiras de nomear um óxido de ferro. Todos os três são muito úteis, embora para óxidos complexos (como Fe₇O₉) a sistemática governa sobre as outras por causa de sua simplicidade.

Nomenclatura sistemática

números de oxigénio e ferro são considerados nomeando-os com prefixos de numeração gregas mono-, di-, tri-, etc. De acordo com esta nomenclatura, a Fé₂O₃ se chama: trióxido de diferro E pela fé₇O₉ seu nome seria: hexoxido nonaido.

Nomenclatura de ações

Isso considera a valência do ferro. Se é sobre fé²⁺, óxido de ferro é escrito ... e sua valência com algarismos romanos entre parênteses. Para a fé₂O₃ Seu nome é: óxido de ferro (III).

Note que a fé³⁺ pode ser determinado pelas somas algébricas. Se oO^2- tem duas cargas negativas, e há três delas, adicione -6. Para neutralizar este -6 +6 necessário, mas dois Fe, de modo que deve ser dividida entre os dois, + 6/2 = +3:

2X (valência de metal) + 3 (-2) = 0

Simplesmente limpando X você obtém a valência de Fe no óxido. Mas se X não é um número inteiro (como acontece com quase todos os outros óxidos), então há uma mistura de Fe²⁺ e fé³⁺.

Nomenclatura tradicional

O -ic sufixo é dado a ferr- prefixo quando Fe é 3 valência e -oso quando a sua valência é 2+. Assim, a fé₂O₃ é chamado: óxido férrico.

Usos

Nanopartículas

Os óxidos de ferro têm uma energia comum de alta cristalização, o que permite criar cristais muito pequenos com uma grande área superficial.

Por esta razão são de grande interesse no campo da nanotecnologia, onde concebidos e sintetizados nanopartículas de óxido de (PN) para fins específicos:

-Como catalisadores.

-Como um reservatório de drogas ou genes dentro do corpo

-No design de superfícies sensoriais para diferentes tipos de biomoléculas: proteínas, açúcares, gorduras

-Para armazenar dados magnéticos

Pigmentos

Porque alguns óxidos são muito estáveis, que são utilizados para a coloração de têxteis dar cores brilhantes para as superfícies de qualquer material. Dos mosaicos dos andares; as pinturas vermelhas, amarelas e laranjas (até verdes); cerâmica, plásticos, couro e até trabalhos arquitetônicos.

Referências

1. Curadores do Dartmouth College. (18 de março de 2004). Estequiometria de óxidos de ferro. Retirado de: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8 de setembro de 2016). Descoberta da Fé₇O₉: um novo óxido de ferro com estrutura monoclínica complexa. Retirado de: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Os Óxidos de Ferro: Estrutura, Propriedades, Reações, Ocorrências e Usos. [PDF] WILEY-VCH Retirado de: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018) Nanopartículas, Características e Aplicações de Óxido de Ferro. Retirado de: sigmaaldrich.com
5. Ali, A. Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A. R., Ali, S. J., & Hussain, A. (2016). Síntese, caracterização, aplicações e desafios das nanopartículas de óxido de ferro. Nanotecnologia, Ciência e Aplicações, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmentos Golchha. (2009). Óxidos de Ferro: Aplicações. Retirado de: golchhapigments.com
7. Formulação química (2018) Óxido de ferro (II). Retirado de: formulacionquimica.com
8. Wikipédia. (2018) Óxido de ferro (III). Retirado de: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide