Jernoksydstruktur, egenskaper, nomenklatur, bruk



en jernoksid er noen av forbindelsene dannet mellom jern og oksygen. De er karakterisert ved å være ioniske og krystallinske, og de ligger et spredt produkt av erosjonen av deres mineraler, som komponerer gulvene, vegetabilskmassen og selv interiøret i de levende organismer.

Det er da en av familien av forbindelser som dominerer i jordskorpen. Hva er de egentlig? Seksten jernoksider er kjent for tiden, de fleste av dem har naturlig opprinnelse og andre syntetiseres under ekstreme forhold av trykk eller temperatur..

I det øvre bildet vises en del av jernoksidpulver. Dens karakteristiske røde farge dekker jern av flere arkitektoniske elementer i det som kalles rust. Det er også observert i bakken, fjell eller jord, blandet med andre mineraler, som det gule pulveret av goetitt (a-FeOOH).

De mest kjente jernoksidene er hematitt (a-Fe2O3) og maghemitt (Υ- tro2O3), begge polymorfer av jernoksid; og ikke minst magnetitt (tro3O4). Deres polymorfe strukturer og deres store overflateareal gjør dem interessante materialer som sorbenter, eller til syntese av nanopartikler med brede anvendelser.

index

  • 1 struktur
    • 1.1 Polymorfisme
    • 1.2 Strukturelle lenker
  • 2 Egenskaper
  • 3 Nomenklatur
    • 3.1 Systematisk nomenklatur
    • 3.2 Lagernomenklatur
    • 3.3 Tradisjonell nomenklatur
  • 4 bruksområder
    • 4.1 Nanopartikler
    • 4.2 pigmenter
  • 5 referanser

struktur

Det øvre bildet er en fremstilling av den krystallinske strukturen av FeO, en av jernoksidene der jernet har valens +2. De røde kulene samsvarer med anionerne O2-, mens de gule til Fe-kasjonene2+. Legg også merke til at hver tro2+ er omgitt av seks o2-, danner en oktaedisk koordinasjonsenhet.

Derfor kan strukturen av FeO'en "smuldre" i enheter av FeO6, hvor det sentrale atom er troen2+. I tilfelle av oksyhydroksider eller hydroksyder er den oktaediske enheten FeO3(OH)3.

I noen strukturer i stedet for oktaedronen er tetrahedrale enheter, FeO4. Av denne grunn er strukturen av jernoksidene vanligvis representert med oktaedroner eller tetraeder med jernsentre.

Jernoksydstrukturen avhenger av forholdene mellom trykk og temperatur, Fe / O-forholdet (dvs. hvor mange oksygener det er per jern og omvendt), og valensen av jern (+2, +3 og, veldig sjelden i syntetiske oksyder, +4).

Generelt er de store anionene O2- de er justert danner ark hvis hull huser Fe-kasjonene2+ o tro3+. Således er det oksider (som magnetitt) som har strykejern med begge valenser.

polymorfisme

Oksider av jern er tilstede polymorfisme, det vil si forskjellige strukturer eller krystallarrangementer for samme forbindelse. Ferrioksid, Fe2O3, Den har opptil fire mulige polymorfer. Hematitt, a-Fe2O3, det er den mest stabile av alle; etterfulgt av maghemitten, Υ- tro2O3, og for den syntetiske β-Fe2O3 og e-tro2O3.

Alle har sine egne strukturer og krystallinske systemer. Imidlertid forblir 2: 3-forholdet konstant, så det er tre anioner O2- for hver to Fe kasjoner3+. Forskjellen ligger i hvordan de oktaedriske FeO-enhetene ligger6 i rommet og hvordan kommer du sammen.

Strukturelle lenker

De oktaedriske FeO-enhetene6 De kan visualiseres ved hjelp av det overlegne bildet. O er i hjørner av oktaedronen2-, mens i sentrum er troen2+ o tro3+(i tilfelle av tro2O3). Måten som disse oktaedrene er arrangert i rommet, avslører strukturen av oksydet.

Imidlertid påvirker de også hvordan de er knyttet. For eksempel kan to oktaedoner bli sammenføyet ved å berøre to av sine krysser, som er representert ved en oksygenbro: Fe-O-Fe. På samme måte kan oktaedra bli sammenføyet gjennom kantene deres (ved siden av hverandre). Det ville bli representert da med to oksygenbroer: Fe- (O)2-tro.

Og til slutt kan oktaedra interagere gjennom sine ansikter. Dermed vil representasjonen nå være med tre oksygenbroer: Fe- (O)3-Fe. Måten som oktaedronene er koblet til, vil variere internukleære Fe-Fe avstander og derfor de oksidasjonens fysiske egenskaper.

egenskaper

Et jernoksid er en forbindelse med magnetiske egenskaper. Disse kan være anti, ferro eller ferrimagnetic, og avhenger av valens Fe og hvordan kationene samhandler i det faste stoffet.

Fordi strukturen av faststoffene er svært varierte, så er deres fysiske og kjemiske egenskaper.

For eksempel er polymorfene og hydrater av Fe2O3 De har forskjellige verdier av smeltepunkter (som varierer mellom 1200 og 1600ºC) og tettheter. Imidlertid har de til felles den lave oppløseligheten på grunn av Fe3+, Den samme molekylmasse er brun og oppløses sparsomt i syreoppløsninger.

nomenklatur

IUPAC etablerer tre måter å nevne et jernoksid. Alle tre er svært nyttige, men for komplekse oksider (som Fe7O9) den systematiske styrer over de andre for sin enkelhet.

Systematisk nomenklatur

Oksygen og jernstallet er tatt med i betraktning, idet de navngis de greske tallprinsippene mono-, di-, tri-, etc. I følge denne nomenklaturen er troen2O3 det heter: trioksyd av dijern. Og for troen7O9 navnet ville være: nonaoksid av heptahierro.

Lagernomenklatur

Dette vurderer valens av jern. Hvis det handler om tro2+, jernoksid er skrevet ... og dens valens med romerske tall som er innhevet i parentes. For troen2O3 navnet heter: jernoksid (III).

Legg merke til at troen3+ Det kan bestemmes av de algebraiske summene. Hvis O2- har to negative kostnader, og det er tre av dem, legg til -6. For å nøytralisere dette -6 krever vi +6, men det er to Fe, så de må deles med to, + 6/2 = +3:

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

Bare ved å rydde X får du valens av Fe i oksydet. Men hvis X ikke er et helt tall (som med nesten alle andre oksider), så er det en blanding av Fe2+ og tro3+.

Tradisjonell nomenklatur

Suksippet -ico er gitt til prefiks-ferr-når Fe har valens +3, og -os når valensen er 2+. Dermed er troen2O3 det kalles: jernoksid.

søknader

nanopartikler

Jernoksider har en felles høy krystallisasjonsenergi, noe som gjør det mulig å lage meget små krystaller, men med et stort overflateareal.

Av denne grunn er de av stor interesse innen nanoteknologi, hvor de designer og syntetiserer oksid nanopartikler (NP) for spesielle formål:

-Som katalysatorer.

-Som et reservoar av stoffer eller gener i kroppen

-I utformingen av sensoriske overflater for ulike typer biomolekyler: proteiner, sukkerarter, fettstoffer

-For å lagre magnetiske data

pigmenter

Fordi noen oksider er svært stabile, tjener de til å fargestoff tekstiler eller gi lyse farger til overflatene av noe materiale. Fra mosaikkene til gulvene; de røde, gule og oransje maleriene (til og med grønn); keramikk, plast, lær og til og med arkitektoniske verk.

referanser

  1. Forvaltere av Dartmouth College. (18. mars 2004). Stoichiometry of Iron Oxides. Tatt fra: dartmouth.edu
  2. Ryosuke Sinmyo et al. (8. september 2016). Oppdagelse av tro7O9: et nytt jernoksid med en kompleks monoklinisk struktur. Hentet fra: nature.com
  3. M. Cornell, U. Schwertmann. Jernoksydene: Struktur, egenskaper, reaksjoner, forekomster og bruksområder. [PDF]. Wiley-VCH. Tatt fra: epsc511.wustl.edu
  4. Alice Bu. (2018). Jernoksid nanopartikler, egenskaper og applikasjoner. Tatt fra: sigmaaldrich.com
  5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., & Hussain, A. (2016). Syntese, karakterisering, applikasjoner og utfordringer av jernoksid nanopartikler. Nanoteknologi, vitenskap og applikasjoner, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
  6. Golchha Pigments. (2009). Iron Oxides: Applications. Tatt fra: golchhapigments.com
  7. Kjemisk formulering (2018). Jernoksid (II). Tatt fra: formulacionquimica.com
  8. Wikipedia. (2018). Jern (III) oksid. Hentet fra: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide