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 O2-, medtem ko so rumeni do Fe kationov2+. Upoštevajte tudi, da vsaka vera2+ je obdano s šestimi O2-, 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 O2- 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 O2- 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 oktaedra2-, 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 O2- 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