Struktura, lastnosti, nomenklatura, uporaba železovega oksida

A železov oksid je katera koli spojina, ki nastane med železom in kisikom. Za njih je značilno, da so ionski in kristalni, in da so raztreseni produkt erozije njihovih mineralov, ki sestavljajo tla, rastlinsko maso in celo notranjost živih organizmov..

Nato je to ena od družin spojin, ki prevladujejo v zemeljski skorji. Kaj točno so? Do danes je znanih šestnajst železovih oksidov, večinoma naravnega izvora in drugi sintetizirani v ekstremnih pogojih tlaka ali temperature..

Na zgornji sliki je prikazan del prahu železovega oksida. Njegova značilna rdeča barva pokriva železo več arhitekturnih elementov v rju. Opazuje se tudi na pobočjih, gorah ali v tleh, pomešanih z drugimi minerali, kot je rumeni prah goethita (α-FeOOH)..

Najpogosteje znani železovi oksidi so hematit (α-Fe₂O₃) in maghemita (Fa- Faith₂O₃oba polimorfa železovega oksida; in ne nazadnje, magnetit (Faith₃O₄). Njihove polimorfne strukture in njihova velika površina so zanimivi materiali, kot so sorbenti, ali za sintezo nanodelcev s široko uporabo..

Indeks

• 1 Struktura
  • 1.1 Polimorfizem
  • 1.2 Strukturne povezave
• 2 Lastnosti
• 3 Nomenklatura
  • 3.1 Sistematična nomenklatura
  • 3.2 Nomenklatura zalog
  • 3.3 Tradicionalna nomenklatura
• 4 Uporabe
  • 4.1 Nanodelci
  • 4.2 Pigmenti
• 5 Reference

Struktura

Zgornja slika je prikaz kristalne strukture FeO, enega od železovih oksidov, kjer ima železo valenco +2. Rdeče krogle ustrezajo anionom O^2-, medtem ko so rumeni do Fe kationov²⁺. Upoštevajte tudi, da vsaka vera²⁺ je obdano s šestimi O^2-, tvorjenje oktaedarske koordinacijske enote.

Zato se lahko struktura FeO "sruši" v enote FeO₆, kjer je osrednji atom vera²⁺. V primeru oksihidroksidov ali hidroksidov je oktaedrična enota FeO₃(OH)₃.

V nekaterih strukturah so namesto oktaedra tetraedarske enote, FeO₄. Zato so strukture železovih oksidov ponavadi predstavljene z oktaedri ali tetraedri z železnimi središči.

Strukture železovega oksida so odvisne od pogojev tlaka ali temperature, razmerja Fe / O (tj. Koliko kisikov je na železo in obratno) in valence železa (+2, +3 in, zelo). redko v sintetičnih oksidih, +4).

Na splošno so voluminozni anioni O^2- so poravnane in tvorijo liste, katerih luknje hranijo Fe katione²⁺ o Vera³⁺. Tako obstajajo oksidi (kot je magnetit), ki imajo likalnike z obema valencama.

Polimorfizem

Železovi oksidi predstavljajo polimorfizem, to je različne strukture ali kristalne ureditve za isto spojino. Železov oksid, Fe₂O₃, Ima do štiri možne polimorfe. Hematit, α-Fe₂O₃, je najbolj stabilna od vseh; sledi maghemit, Fa- Faith₂O₃, in za sintetični β-Fe₂O₃ in ε-Faith₂O₃.

Vsi imajo svoje vrste struktur in kristalnih sistemov. Vendar razmerje 2: 3 ostaja konstantno, zato obstajajo trije anioni O^2- za vsaka dva Fe kationa³⁺. Razlika je v tem, kako se nahajajo oktaedarske enote FeO₆ v prostoru in kako se združite.

Strukturne povezave

Oktaedrske enote FeO₆ lahko jih vizualiziramo s pomočjo vrhunske podobe. O so v vogalih oktaedra^2-, medtem ko je v njenem središču Vera²⁺ o Vera³⁺(za primer Faith₂O₃). Način, kako so ti oktaedre razporejene v prostoru, razkriva strukturo oksida.

Vendar pa vplivajo tudi na to, kako so povezane. Na primer, dva oktaedra se lahko združita z dotikom dveh njihovih tock, kar je predstavljeno s kisikovim mostom: Fe-O-Fe. Podobno se lahko oktaedre združijo preko svojih robov (sosednjih). Predstavljen bi bil potem z dvema kisikima mostoma: Fe- (O)₂-Vera.

In končno, oktaedre lahko komunicirajo preko svojih obrazov. Tako bi bila predstavitev zdaj s tremi kisikovimi mostovi: Fe- (O)₃-Način, na katerega so povezani oktaedri, bi spreminjal med jedrske razdalje Fe-Fe in s tem fizikalne lastnosti oksida..

Lastnosti

Železov oksid je spojina z magnetnimi lastnostmi. Te so lahko anti, ferro ali ferimagnetne in so odvisne od valenc Fe in od tega, kako kationi delujejo v trdnem stanju..

Ker so strukture trdnih snovi zelo različne, so tudi njihove fizikalne in kemijske lastnosti.

Na primer, polimorfi in hidrati Fe₂O₃ imajo različne vrednosti tališča (ki se gibljejo med 1200 in 1600 ° C) in gostoto. Vendar imata skupno nizko topnost zaradi Fe³⁺, enake molekulske mase, rjave in se raztopijo v kislih raztopinah.

Nomenklatura

IUPAC določa tri načine za imenovanje železovega oksida. Vsi trije so zelo koristni, čeprav za kompleksne okside (kot je Fe₇O₉) sistematično upravlja nad drugimi zaradi svoje preprostosti.

Sistematična nomenklatura

Upoštevane so številke kisika in železa, ki jih poimenujejo z grškimi številskimi predponami mono-, di-, tri-, itd. V skladu s to nomenklaturo je vera₂O₃ imenuje se: trioksid diželezo In za vero₇O₉ njegovo ime bi bilo: nonaoxide heptahierro.

Nomenklatura zalog

To upošteva valenco železa. Če gre za Faith²⁺, Železov oksid je napisan ... in njegova valenca z rimskimi številkami v oklepajih. Za vero₂O₃ ime je: železov oksid (III).

Upoštevaj to vero³⁺ lahko ga določimo z algebrskimi vsotami. Če je O^2- ima dva negativna naboja in trije, dodajte -6. Za nevtralizacijo tega -6 potrebujemo +6, vendar sta dva Fe, zato ju moramo deliti z dvema, + 6/2 = +3:

2X (kovinska valenca) + 3 (-2) = 0

Enostavno s čiščenjem X dobimo valenco Fe v oksidu. Če pa X ni celo število (kot pri skoraj vseh drugih oksidih), potem je mešanica Fe²⁺ in Faith³⁺.

Tradicionalna nomenklatura

Pripona -ico dobimo s predpono ferr-, ko je Fe valenca +3, in -oso, kadar je njena valenca 2+. Tako je vera₂O₃ imenuje se: železov oksid.

Uporabe

Nanodelci

Železovi oksidi imajo skupno visoko kristalizacijsko energijo, ki omogoča ustvarjanje zelo majhnih kristalov, vendar z veliko površino.

Zato so zelo zanimivi na področju nanotehnologije, kjer oblikujejo in sintetizirajo oksidne nanodelce (NP) za posebne namene:

-Kot katalizatorji.

-Kot rezervoar zdravil ali genov v telesu

-Pri oblikovanju senzoričnih površin za različne tipe biomolekul: beljakovine, sladkorji, maščobe

-Za shranjevanje magnetnih podatkov

Pigmenti

Ker so nekateri oksidi zelo stabilni, služijo barvanju tekstilij ali dajejo svetle barve površin katerega koli materiala. Iz mozaika nadstropij; rdeče, rumene in oranžne slike (celo zelene); keramika, plastika, usnje in celo arhitekturna dela.

Reference

1. Skrbniki Dartmouth College. (18. marec 2004). Stehiometrija železovih oksidov. Vzeto iz: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8. september 2016). Odkritje vere₇O₉: nov železov oksid s kompleksno monoklinsko strukturo. Vzpostavljeno iz: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Železni oksidi: struktura, lastnosti, reakcije, dogodki in uporabe. [PDF] WILEY-VCH. Vzeto iz: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Nanodelci železovih oksidov, značilnosti in aplikacije. Vzeto iz: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., & Hussain, A. (2016). Sinteza, karakterizacija, aplikacije in izzivi nanodelcev železovega oksida. Nanotehnologija, znanost in aplikacije, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Golchha Pigmenti. (2009). Železni oksidi: aplikacije. Vzeto iz: golchhapigments.com
7. Kemična formulacija (2018). Železov oksid (II). Vzeto iz: formulacionquimica.com
8. Wikipedija. (2018). Železov (III) oksid. Vzeto iz: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide