Struttura dell'ossido di ferro, proprietà, nomenclatura, usi

un ossido di ferro è uno qualsiasi dei composti formati tra ferro e ossigeno. Sono caratterizzati dall'essere ionici e cristallini, e giacciono sparsi prodotti dell'erosione dei loro minerali, componendo i terreni, la massa vegetale e persino l'interno degli organismi viventi.

È quindi una delle famiglie di composti che predominano nella crosta terrestre. Cosa sono esattamente? Ad oggi sono noti sedici ossidi di ferro, la maggior parte di essi di origine naturale e altri sintetizzati in condizioni estreme di pressione o temperatura.

Nell'immagine superiore viene mostrata una porzione di polvere di ossido di ferro. Il suo caratteristico colore rosso copre il ferro di diversi elementi architettonici in quella che è conosciuta come la ruggine. Inoltre, si osserva su pendii, montagne o suoli, mescolati con altri minerali, come la polvere gialla di goethite (α-FeOOH).

Gli ossidi di ferro più comunemente conosciuti sono l'ematite (α-Fe₂O₃) e maghemite (Υ- Fede₂O₃), entrambi polimorfi di ossido di ferro; e non meno importante, magnetite (Fede₃O₄). Le loro strutture polimorfiche e la loro ampia superficie li rendono materiali interessanti come i sorbenti o per la sintesi di nanoparticelle con applicazioni ampie.

indice

• 1 struttura
  • 1.1 Polimorfismo
  • 1.2 Collegamenti strutturali
• 2 proprietà
• 3 Nomenclatura
  • 3.1 Nomenclatura sistematica
  • 3.2 Nomenclatura delle scorte
  • 3.3 Nomenclatura tradizionale
• 4 usi
  • 4.1 Nanoparticelle
  • 4.2 Pigmenti
• 5 riferimenti

struttura

L'immagine superiore è una rappresentazione della struttura cristallina di FeO, uno degli ossidi di ferro in cui il ferro ha valenza +2. Le sfere rosse corrispondono agli anioni O^2-, mentre quelli gialli ai Fe cations²⁺. Nota anche che ogni fede²⁺ è circondato da sei O^2-, formando un'unità di coordinamento ottaedrica.

Pertanto, la struttura del FeO può "sgretolarsi" in unità di FeO₆, dove l'atomo centrale è la fede²⁺. Nel caso di ossidrossidi o idrossidi l'unità ottaedrica è FeO₃(OH)₃.

In alcune strutture invece dell'ottaedro ci sono unità tetraedriche, FeO₄. Per questo motivo le strutture degli ossidi di ferro sono solitamente rappresentate da ottaedri o tetraedri con centri di ferro.

Le strutture degli ossidi di ferro dipendono dalle condizioni di pressione o temperatura, dal rapporto Fe / O (cioè quanti ossigeni ci sono per ferro e viceversa) e dalla valenza del ferro (+2, +3 e, molto raramente in ossidi sintetici, +4).

In generale, ingombranti anioni O^2- sono allineati formando fogli i cui fori ospitano i cationi Fe²⁺ o fede³⁺. Quindi, ci sono ossidi (come la magnetite) che hanno ferri con entrambe le valenze.

polimorfismo

Gli ossidi di ferro hanno polimorfismo, cioè differenti strutture o disposizioni cristalline per lo stesso composto. Ossido di ferro, Fe₂O₃, ha fino a quattro possibili polimorfismi. Ematite, α-Fe₂O₃, è il più stabile di tutti; seguito da maghemite, Υ- Fede₂O₃e per il β-Fe sintetico₂O₃ e ε- Fede₂O₃.

Tutti loro hanno i loro tipi di strutture e sistemi cristallini. Tuttavia, il rapporto 2: 3 rimane costante, quindi ci sono tre anioni O^2- per ogni due cationi Faith³⁺. La differenza sta nel modo in cui si trovano le unità di FeO ottaedriche₆ nello spazio e come vi unite.

Collegamenti strutturali

Le unità ottaedriche FeO₆ possono essere visualizzati con l'aiuto dell'immagine superiore. O si trovano negli angoli dell'ottaedro^2-, mentre al centro la fede²⁺ o fede³⁺(per il caso di Fede₂O₃). Il modo in cui questi ottaedri sono disposti nello spazio rivela la struttura dell'ossido.

Tuttavia, influenzano anche il modo in cui sono collegati. Per esempio, due ottaedri possono essere uniti toccando due dei loro vertici, che è rappresentato da un ponte di ossigeno: Fe-O-Fe. Allo stesso modo, l'ottaedro può essere unito attraverso i loro bordi (adiacenti l'uno all'altro). Sarebbe rappresentato quindi con due ponti di ossigeno: Fe- (O)₂-Fe.

E infine, l'ottaedro può interagire attraverso i loro volti. Quindi, la rappresentazione sarebbe ora con tre ponti di ossigeno: Fe- (O)₃-Fe. Il modo in cui gli ottaedri sono collegati, varierebbe le distanze inter-nucleari di Fe-Fe e, quindi, le proprietà fisiche dell'ossido.

proprietà

Un ossido di ferro è un composto con proprietà magnetiche. Questi possono essere anti, ferro o ferrimagnetici e dipendono dalle valenze di Fe e dal modo in cui i cationi interagiscono nel solido.

Poiché le strutture dei solidi sono molto varie, lo sono anche le loro proprietà fisiche e chimiche.

Ad esempio, i polimorfi e gli idrati di Fe₂O₃ hanno valori diversi dei punti di fusione (che variano tra 1200 e 1600ºC) e densità. Tuttavia, hanno in comune la bassa solubilità dovuta a Fe³⁺la stessa massa molecolare è marrone e si dissolve con parsimonia nelle soluzioni acide.

nomenclatura

L'IUPAC stabilisce tre modi per nominare un ossido di ferro. Tutti e tre sono molto utili, sebbene per ossidi complessi (come Fe₇O₉) il sistematico governa sugli altri a causa della sua semplicità.

Nomenclatura sistematica

I numeri di ossigeno e ferro sono presi in considerazione, nominandoli con i prefissi numerici greci mono-, di-, tri-, ecc. Secondo questa nomenclatura la fede₂O₃ si chiama: triossido di diferro. E per la fede₇O₉ il suo nome sarebbe: hexoxx nonaoxide.

Nomenclatura di borsa

Questo considera la valenza del ferro. Se si tratta di fede²⁺, l'ossido di ferro è scritto ..., e la sua valenza con numeri romani racchiusi tra parentesi. Per la fede₂O₃ Il suo nome è: ossido di ferro (III).

Nota che la fede³⁺ può essere determinato dalle somme algebriche. Se l'O^2- ha due cariche negative, e ce ne sono tre, aggiungi -6. Per neutralizzare questo -6 richiediamo +6, ma ci sono due Fe, quindi devono essere divisi per due, + 6/2 = +3:

2X (metal valence) + 3 (-2) = 0

Semplicemente cancellando X ottieni la valenza di Fe nell'ossido. Ma se X non è un numero intero (come con quasi tutti gli altri ossidi), allora c'è una miscela di Fe²⁺ e fede³⁺.

Nomenclatura tradizionale

Il suffisso -ico è dato al prefisso ferr- quando Fe ha valenza +3 ​​e -oso quando la sua valenza è 2+. Quindi, la fede₂O₃ si chiama: ossido di ferro.

applicazioni

nanoparticelle

Gli ossidi di ferro hanno una comune alta energia di cristallizzazione, che consente di creare cristalli molto piccoli con un'ampia superficie.

Per questo motivo sono di grande interesse nei campi della nanotecnologia, dove progettano e sintetizzano nanoparticelle di ossido (NP) per scopi specifici:

-Come catalizzatori

-Come serbatoio di droghe o geni all'interno del corpo

-Nella progettazione di superfici sensoriali per diversi tipi di biomolecole: proteine, zuccheri, grassi

-Per memorizzare dati magnetici

pigmenti

Poiché alcuni ossidi sono molto stabili, servono a tingere i tessuti oa dare colori vivaci alle superfici di qualsiasi materiale. Dai mosaici dei pavimenti; i dipinti rossi, gialli e arancioni (anche verdi); ceramica, plastica, cuoio e persino opere architettoniche.

riferimenti

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5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., e Hussain, A. (2016). Sintesi, caratterizzazione, applicazioni e sfide delle nanoparticelle di ossido di ferro. Nanotecnologia, scienza e applicazioni, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
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