OXID ŽELEZA: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, NÁZVOSLOVIE, POUŽITIA - CHÉMIA - 2026

Oxid železa je akékoľvek zo zlúčenín, vytvorených medzi železom a kyslíka. Vyznačujú sa tým, že sú iónové a kryštalické, a ležia rozptýleným produktom erózie ich minerálov, ktoré tvoria pôdu, rastlinnú hmotu a dokonca aj vnútro živých organizmov.

Je to potom jedna z rodín zlúčenín, ktoré prevládajú v zemskej kôre. Čo presne sú? Doteraz je známych šestnásť oxidov železa, väčšina z nich prírodného pôvodu a iné syntetizované v extrémnych podmienkach tlaku alebo teploty.

Zdroj: päťý siedmy, Flickr.

Časť práškového oxidu železitého je znázornená na obrázku vyššie. Jeho charakteristická červená farba pokrýva železo rôznych architektonických prvkov v tzv. Hrdze. Podobne sa pozoruje na svahoch, horách alebo pôdach zmiešaných s mnohými inými minerálmi, ako je napríklad žltý prášok goetitu (a-FeOOH).

Najznámejšie oxidy železa sú hematit (α-Fe ₂ O ₃ ) a maghemit (Υ- Fe ₂ O ₃ ), obaja polymorfov oxidu železitého; a v neposlednom rade, magnetit (Fe ₃ O ₄ ). Vďaka svojim polymorfným štruktúram a veľkému povrchu sú zaujímavé materiály ako sorbenty alebo na syntézu nanočastíc so širokými aplikáciami.

štruktúra

Zdroj: Siyavula Education, Flickr.

Horný obrázok predstavuje kryštálovú štruktúru FeO, jedného z oxidov železa, kde železo má valenciu +2. Červené gule zodpovedajú O ^2- anióny , zatiaľ čo žlté ty k Fe ²⁺ katióny . Všimnite si tiež, že každý Fe2 ⁺ je obklopený šiestimi O ² , ktoré tvoria osemstennú koordinačnú jednotku.

Preto je štruktúra oxidu železnatého možno "rozdeliť" do jednotiek FeO ₆ , kde centrálne atóm je Fe ²⁺ . V prípade oxyhydroxidů alebo hydroxidov, okteadrální jednotka FeO ₃ (OH) ₃ .

V niektorých konštrukciách, namiesto octahedron existujú štvorboké jednotky, FeO ₄ . Z tohto dôvodu sú štruktúry oxidov železa zvyčajne zastúpené oktaedrou alebo tetraedrou so stredmi železa.

Štruktúry oxidov železa závisia od podmienok tlaku alebo teploty, od pomeru Fe / O (to znamená, koľko kyslíkov je na železo a naopak) a od valencie železa (+2, +3 a veľmi zriedka v syntetických oxidoch, +4).

Všeobecne platí, že objemná O ^2- anióny zoradia pre vytvorenie listov, ktorých dutiny domu na Fe ²⁺ alebo Fe ³⁺ katióny . Existujú teda oxidy (ako je magnetit), ktoré majú železo s obidvoma valenciami.

polymorfizmus

Oxidy železa predstavujú polymorfizmus, to znamená rôzne štruktúry alebo usporiadanie kryštálov pre tú istú zlúčeninu. Oxid železitý, Fe ₂ O ₃ , má až štyri možné polymorfov. Hematit, α-Fe ₂ O ₃ , je najstabilnejší zo všetkých; nasleduje maghemitu, Υ- Fe ₂ O ₃ , a syntetické β- Fe ₂ O ₃ a ε- Fe ₂ O ₃ .

Všetci majú svoje vlastné typy kryštalických štruktúr a systémov. Avšak, pomer 2: 3 zostáva konštantný, takže sú k dispozícii tri O ^2- anióny na každých dvoch Fe ³⁺ katióny . Rozdiel spočíva v tom, ako sú oktaedrálne jednotky FeO ₆ umiestnené v priestore a ako sú pripojené.

Štrukturálne prepojenia

Zdroj: Public Domain Files

Oktahedrické jednotky FeO _{6 sa} môžu vizualizovať pomocou vyššie uvedeného obrázka. V rohoch sú osemstenu O ² , pričom vo svojom strede Fe ²⁺ alebo Fe ³⁺ (v prípade Fe ₂ O ₃ ). Spôsob, akým sú tieto oktaedry usporiadané vo vesmíre, odhaľuje štruktúru oxidu.

Ovplyvňujú však aj to, ako sú prepojené. Napríklad dve oktaedry môžu byť spojené dotykom dvoch z ich vrcholov, ktoré sú predstavované kyslíkovým mostíkom: Fe-O-Fe. Podobne aj oktaedra sa môže spojiť cez svoje okraje (vedľa seba). Potom by bol reprezentovaný dvoma kyslíkovými mostíkmi: Fe- (0) _2- Fe.

A nakoniec, oktaedra môže interagovať cez ich tváre. Znázornenie by teda bolo teraz s tromi kyslíkovými mostíkmi: Fe- (0) _3- Fe. Spôsob, akým sú oktaedry spojené, by menil internukleárne vzdialenosti Fe-Fe, a teda fyzikálne vlastnosti oxidu.

vlastnosti

Oxid železa je zlúčenina s magnetickými vlastnosťami. Môžu byť anti, ferro alebo ferrimagnetické a závisia od valencií Fe a od toho, ako katióny interagujú v tuhej látke.

Pretože štruktúra tuhých látok je veľmi rôznorodá, sú to tiež ich fyzikálne a chemické vlastnosti.

Napríklad, polymorfov a hydráty Fe ₂ O ₃ majú rôzne hodnoty teplôt topenia (ktoré sa pohybujú medzi 1200 a 1600ºC) a hustoty. Spoločne však majú nízku rozpustnosť v dôsledku toho, že Fe ³⁺ , rovnaká molekulová hmotnosť, majú hnedú farbu a v kyslých roztokoch sa zle rozpúšťajú.

názvoslovie

IUPAC zavádza tri spôsoby pomenovania oxidu železa. Všetky tri sú veľmi užitočné, aj keď v prípade komplexných oxidov (napríklad Fe ₇ O ₉ ) systematika nad ostatnými vládne kvôli ich jednoduchosti.

Systematická nomenklatúra

Do úvahy sa berú počty kyslíka a železa, ktoré sa pomenujú gréckymi predponami číslovania mono-, di-, tri- atď. Podľa tejto nomenklatúry, Fe ₂ O ₃ , sa nazýva: tri oxid di železa. A pre Fe ₇ O ₉ by to bolo meno: hepta-železo nonaoxid.

Skladová nomenklatúra

Toto zvažuje mocnosť železa. Ak je to Fe ²⁺ , je to napísaný oxid železitý … a jeho valencia s rímskymi číslicami uzavretými v zátvorkách. Pre Fe ₂ O ₃ jeho názov je: oxid železitý (III).

Všimnite si, že Fe ³⁺ je možné určiť pomocou algebraických súčtov. Ak O ² má dva záporné náboje a sú tri, súčet až -6. Aby sa to neutralizovalo -6, je potrebné +6, ale sú tu dve Fe, takže sa musia deliť dvoma, + 6/2 = +3:

2X (kovová valencia) + 3 (-2) = 0

Jednoduchým riešením pre X sa získa valencia Fe v oxide. Ak však X nie je celé číslo (ako je tomu v prípade takmer všetkých ostatných oxidov), potom existuje zmes Fe ²⁺ a Fe ³⁺ .

Tradičná nomenklatúra

Prípona –ico je daná prefixu ferr-, keď Fe má valenciu +3, a –oso, keď je jeho valencia 2+. Tak, Fe ₂ O ₃ , sa nazýva: oxid železitý.

aplikácia

nanočastice

Oxidy železa majú spoločnú vysokú kryštalizačnú energiu, čo umožňuje vytvárať veľmi malé kryštály, ale s veľkou povrchovou plochou.

Z tohto dôvodu sú veľmi zaujímavé v oblasti nanotechnológií, kde navrhujú a syntetizujú oxidové nanočastice (NP) na konkrétne účely:

- Ako katalyzátory.

- je rezervou liekov alebo génov v tele

- pri navrhovaní senzorických povrchov pre rôzne typy biomolekúl: bielkoviny, cukry, tuky

- Na ukladanie magnetických údajov

pigmenty

Pretože niektoré oxidy sú veľmi stabilné, môžu sa použiť na farbenie textílií alebo na dodanie jasných farieb povrchom akéhokoľvek materiálu. Z mozaiky na podlahách; červené, žlté a oranžové (dokonca zelené) farby; keramika, plasty, koža a dokonca aj architektonické diela.

Referencie

1. Správcovia Dartmouth College. (18. marca 2004). Stechiometria oxidov železa. Prevzaté z: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo a kol. (8. september 2016). Objav Fe ₇ O ₉ : nový oxid železa s komplexnou monoklinickou štruktúrou. Získané z: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Oxidy železa: štruktúra, vlastnosti, reakcie, výskyt a použitie. , Wiley-VCH. Prevzaté z: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Nanočastice oxidu železitého, vlastnosti a aplikácie. Prevzaté z: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, a Hussain, A. (2016). Syntéza, charakterizácia, aplikácie a výzvy nanočastíc oxidu železitého. Nanotechnology, Science and Applications, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmenty Golchha. (2009). Oxidy železa: Aplikácie. Prevzaté z: golchhapigments.com
7. Chemická formulácia. (2018). Oxid železitý. Prevzaté z: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Oxid železitý. Prevzaté z: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide