GELEŽIES OKSIDAS: STRUKTŪRA, SAVYBĖS, NOMENKLATŪRA, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Geležies oksidas yra bet kurį iš junginią tarp geležies ir deguonies. Jie pasižymi joniškumu ir kristališkumu, todėl išsisklaido dėl savo mineralų erozijos, sudarydami dirvožemį, augalinę masę ir net gyvų organizmų vidų.

Tuomet tai yra viena iš junginių, vyraujančių žemės plutoje. Kokie jie yra? Iki šiol žinoma šešiolika geležies oksidų, iš kurių dauguma yra natūralios kilmės, kiti sintetinami esant ekstremalioms slėgio ar temperatūros sąlygoms.

Šaltinis: penktas septintas, „Flickr“.

Dalis miltelių pavidalo geležies oksido parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Būdinga raudona spalva padengia įvairių architektūrinių elementų geležį, vadinamą rūdimis. Panašiai jis pastebimas šlaituose, kalnuose ar dirvožemyje, sumaišytoje su daugeliu kitų mineralų, tokių kaip geltonieji goetito milteliai (α-FeOOH).

Geriausiai žinomi geležies oksidai yra hematitas (α-Fe ₂ O ₃ ) ir maghemitas (ϒ - Fe ₂ O ₃ ), abu geležies oksido polimorfai; ir ne mažiau svarbus dalykas - magnitas (Fe ₃ O ₄ ). Dėl jų polimorfinių struktūrų ir didelio paviršiaus ploto jie tampa įdomiomis medžiagomis kaip sorbentai arba plačiai naudojamų nanodalelių sintezei.

Struktūra

Šaltinis: „Siyavula Education“, „Flickr“.

Viršutinis vaizdas yra FeO, vieno iš geležies oksidų, kuriame geležies valentingumas yra +2, kristalinės struktūros vaizdas. Raudonos sferos atitinka O ² anijonus , o geltonos sferos - Fe ²⁺ katijonus . Taip pat pažymi, kad kiekvienas Fe ²⁺ yra apsuptas šešių O ^2- , sudarančiomis aštuonsienis vienetas koordinavimo.

Todėl FeO struktūrą galima „suskaidyti“ į FeO ₆ vienetus , kur centrinis atomas yra Fe ²⁺ . Oksihidroksidų ar hidroksidų atveju aštuonkampis vienetas yra FeO ₃ (OH) ₃ .

Kai kuriose struktūrose vietoje oktaedro yra tetraedriniai vienetai, FeO ₄ . Dėl šios priežasties geležies oksidų struktūras paprastai vaizduoja oktaedra arba tetraedra su geležies centrais.

Geležies oksidų struktūros priklauso nuo slėgio ar temperatūros sąlygų, nuo Fe / O santykio (tai yra, kiek deguonies yra vienoje geležyje ir atvirkščiai) bei nuo geležies valentingumo (+2, +3 ir, labai retai sintetiniuose oksiduose, +4).

Apskritai, didelių gabaritų O ^2- anijonų linija iki formos lapų, kurių tuštumos namas Fe ²⁺ arba Fe ³⁺ katijonų . Taigi, yra oksidų (tokių kaip magnetitas), turinčių lygintuvus su abiem valencijomis.

Polimorfizmas

Geležies oksidai pasižymi polimorfizmu, tai yra skirtingos to paties junginio struktūros ar kristalų išdėstymas. Geležies oksidas Fe ₂ O ₃ turi iki keturių galimų polimorfų. Hematitas, α-Fe ₂ O ₃ , yra stabiliausias iš visų; po jo seka maghemitas, ϒ-Fe ₂ O ₃ ir sintetiniai β-Fe ₂ O ₃ ir ε-Fe ₂ O ₃ .

Jie visi turi savo kristalų struktūrų ir sistemų rūšis. Tačiau 2: 3 santykis išlieka pastovi, todėl yra trys O ^2- anijonų už kiekvieną iš dviejų Fe ³⁺ katijonų . Skirtumas yra tas, kaip FeO ₆ oktaedriniai blokai išdėstomi erdvėje ir kaip jie pritvirtinti.

Struktūrinės jungtys

Šaltinis: viešo domeno failai

Aštuonkampius FeO _{6 įrenginius} galima vizualizuoti naudojant aukščiau esantį vaizdą. Atsižvelgiant į Oktaedr kampuose yra O ^2- , o jos centre Fe ²⁺ arba Fe ³⁺ (į Fe atveju ₂ O ₃ ). Tai, kaip šie oktaedrai yra išdėstyti erdvėje, atskleidžia oksido struktūrą.

Tačiau jie taip pat daro įtaką jų tarpusavio ryšiui. Pavyzdžiui, dvi oktaedras galima sujungti palietus dvi jų viršūnes, kurias žymi deguonies tiltas: Fe-O-Fe. Panašiai oktaedrą galima sujungti per jų kraštus (greta vienas kito). Tada jis bus pavaizduotas dviem deguonies tilteliais: Fe- (O) _2- Fe.

Galiausiai oktaedrai gali bendrauti per jų veidus. Taigi dabar vaizduojama su trimis deguonies tilteliais: Fe- (O) ₃ -Fe. Oktaedrų sujungimo būdas skirtų Fe-Fe vidinius branduolių atstumus ir atitinkamai fizines oksido savybes.

Savybės

Geležies oksidas yra junginys, turintis magnetinių savybių. Tai gali būti anti-, geležies ar feromagnetiniai ir priklausyti nuo Fe malencijos ir nuo to, kaip katijonai sąveikauja kietoje medžiagoje.

Kadangi kietų medžiagų struktūros yra labai įvairios, tai yra ir jų fizinės bei cheminės savybės.

Pavyzdžiui, Fe ₂ O ₃ polimorfai ir hidratai turi skirtingas lydymosi temperatūrų (kurios svyruoja nuo 1200 iki 1600 ºC) ir tankio vertes. Tačiau jie paprastai būna mažai tirpūs dėl Fe ³⁺ , tos pačios molekulinės masės, yra rudos spalvos ir silpnai tirpsta rūgščiuose tirpaluose.

Nomenklatūra

IUPAC nustato tris geležies oksido pavadinimo būdus. Visi trys yra labai naudingi, nors sudėtiniams oksidams (tokiems kaip Fe ₇ O ₉ ) sistematika vadovaujasi kitais dėl jų paprastumo.

Sisteminė nomenklatūra

Į deguonies ir geležies skaičių atsižvelgiama, pavadinant juos graikų numeracijos priešdėliais mono-, di-, tri- ir kt. Pagal šią nomenklatūrą Fe ₂ O ₃ vadinamas: di geležies tri oksidu . O Fe ₇ O ₉ pavadinimas būtų hepta-geležies nonaoksidas.

Akcijų nomenklatūra

Tai atsižvelgia į geležies valentingumą. Jei tai yra Fe ²⁺ , rašomas geležies oksidas …, o jo valentingumas su skliausteliuose užrašytais romėniškais skaitmenimis. Fe ₂ O ₃ pavadinimas yra: geležies oksidas (III).

Atminkite, kad Fe ³⁺ galima nustatyti pagal algebrines sumas. Jei O ^2- turi dvi neigiamas mokesčius, ir yra trys iš jų, jie pridėti iki -6. Norint neutralizuoti šį -6, reikia +6, tačiau yra du Fe, todėl jie turi būti padalyti iš dviejų, + 6/2 = +3:

2X (metalo valentingumas) + 3 (-2) = 0

Paprasčiausiai išsprendus X, gaunamas Fe valentas okside. Bet jei X nėra sveikas skaičius (kaip yra beveik visų kitų oksidų atveju), tada yra Fe ²⁺ ir Fe ³⁺ mišinys .

Tradicinė nomenklatūra

Priesaga „ico “suteikiama priešdėliui„ ferr “, kai Fe turi valentę +3, ir -, kai jo valentė yra 2+. Taigi Fe ₂ O ₃ vadinamas: geležies oksidu.

Programos

Nanodalelės

Geležies oksidai turi didelę bendrą kristalizacijos energiją, kuri leidžia sukurti labai mažus kristalus, bet turinčius didelį paviršiaus plotą.

Dėl šios priežasties jie yra labai suinteresuoti nanotechnologijų srityse, kur projektuoja ir sintezuoja oksido nanodaleles (NP) specialiems tikslams:

- Kaip katalizatoriai.

-Kaip organizme yra narkotikų ar genų rezervuaras

- Projektuojant sensorinius paviršius skirtingoms biomolekulių rūšims: baltymams, cukrui, riebalams

-Apsaugoti magnetinius duomenis

Pigmentai

Kadangi kai kurie oksidai yra labai stabilūs, jie gali būti naudojami tekstilės gaminiams dažyti arba bet kokioms medžiagoms suteikti ryškių spalvų. Iš mozaikų grindyse; raudoni, geltoni ir oranžiniai (net žali) dažai; keramikos, plastiko, odos ir net architektūros darbai.

Nuorodos

1. Dartmuto kolegijos patikėtiniai. (2004 m. Kovo 18 d.). Geležies oksidų stechiometrija. Paimta iš: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo ir kt. (2016 m. Rugsėjo 8 d.). Fe ₇ O ₉ atradimas : naujas sudėtingos monoklininės struktūros geležies oksidas. Atgauta iš: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Geležies oksidai: struktūra, savybės, reakcijos, atsiradimas ir panaudojimas. . WILEY-VCH. Paimta iš: epsc511.wustl.edu
4. Alisa Bu. (2018 m.). Geležies oksido nanodalelės, jų charakteristikos ir pritaikymas. Paimta iš: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Geležies oksido nanodalelių sintezė, apibūdinimas, pritaikymas ir iššūkiai. Nanotechnologijos, Mokslas ir programos, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. „Golchha“ pigmentai. (2009). Geležies oksidai: Pritaikymai. Paimta iš: golchhapigments.com
7. Cheminė sudėtis. (2018 m.). Geležies (II) oksidas. Paimta iš: formulacionquimica.com
8. Vikipedija. (2018 m.). Geležies (III) oksidas. Paimta iš: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide