ŽELJEZNI OKSID: STRUKTURA, SVOJSTVA, NOMENKLATURA, NAMJENE - KEMIJA - 2025

Željeznog oksida je bilo koji od spojeva koji su načinjeni između željeza i kisika. Karakterizira ih ionska i kristalna boja, a oni leže raspršeni produkt erozije njihovih minerala, čineći tla, biljnu masu i, čak, unutrašnjost živih organizama.

Tada je to jedna od obitelji spojeva koji prevladavaju u zemljinoj kori. Što su točno oni? Do danas je poznato šesnaest željezovih oksida, od kojih je većina prirodnog podrijetla, a drugi su sintetizirani u ekstremnim uvjetima tlaka ili temperature.

Izvor: pet sedmi, Flickr.

Dio gornjeg željeznog oksida u prahu prikazan je na gornjoj slici. Njegova karakteristična crvena boja prekriva željezo raznih arhitektonskih elemenata u onome što je poznato kao hrđa. Isto tako, promatran je na padinama, planinama ili tlima, pomiješan s mnogim drugim mineralima, poput žutog praha goetita (α-FeOOH).

Najpoznatiji željezovi oksidi su hematit (α-Fe ₂ O ₃) i maghemit (ϒ-Fe ₂ O ₃), oba polimorfa željeznog oksida; a ne i najmanje važno, magnetit (Fe ₃ O ₄). Njihove polimorfne strukture i velika površina čine ih zanimljivim materijalima kao sorbentima ili za sintezu nanočestica sa širokom primjenom.

Struktura

Izvor: Siyavula Education, Flickr.

Gornja slika prikazuje kristalnu strukturu FeO, jednog od željezovih oksida gdje željezo ima valenciju +2. Crvene sfere odgovaraju O ^2- anionima, a žute Fe ²⁺ kationima. Također imajte na umu da je svaki Fe ²⁺ okružen sa šest O ^2-, tvoreći oktaedarsku jedinicu koordinacije.

Stoga se struktura FeO može "rastaviti" na jedinice FeO ₆, gdje je središnji atom Fe ²⁺. U slučaju oksihidroksida ili hidroksida, oktaedrska jedinica je FeO ₃ (OH) ₃.

U nekim strukturama, umjesto oktaedra, postoje tetraedarske jedinice, FeO ₄. Iz tog su razloga strukture željeznih oksida obično predstavljene oktaedrima ili tetraedrama s željeznim središtima.

Strukture željeznih oksida ovise o uvjetima tlaka ili temperature, o omjeru Fe / O (to jest, koliko kisika ima u željezu i obrnuto), te o valenciji željeza (+2, +3 i, vrlo rijetko u sintetskim oksidima, +4).

Općenito, glomazan O ^2- anioni poredaju u obliku listova čija šupljina kuću Fe ²⁺ ili FE ^{3 ili noviji} kationa. Dakle, postoje oksidi (poput magnetita) koji imaju pegle s obje valencije.

polimorfizam

Željezovi oksidi predstavljaju polimorfizam, to jest različite strukture ili kristalne rasporede za isti spoj. Željezni oksid, Fe ₂ O ₃, ima do četiri moguća polimorfa. Hematit, α-Fe ₂ O ₃, je najstabilnija od svih; zatim maghemit, Υ- Fe ₂ O ₃, a sintetski β- Fe ₂ O ₃ i ε- Fe ₂ O ₃.

Svi imaju svoje vrste kristalnih struktura i sustava. Međutim, omjer 2: 3 ostaje konstantan, tako da postoje svaka O ^2- aniona za svaka dva Fe ³⁺ kationa. Razlika leži u tome kako su FeO ₆ oktaedarske jedinice smještene u prostoru i kako su povezane.

Strukturne veze

Izvor: Datoteke javnih domena

Oktaedarske jedinice FeO ₆ mogu se prikazati pomoću gornje slike. U uglovima oktaedra nalaze se O ^2-, dok su u njegovom središtu Fe ²⁺ ili Fe ³⁺ (u slučaju Fe ₂ O ₃). Način na koji su ove oktaedre raspoređene u prostoru otkriva strukturu oksida.

Međutim, oni također utječu na povezanost. Na primjer, dva oktaedra mogu se spojiti dodirom dviju njihovih vrhova, koji su predstavljeni kisikovim mostom: Fe-O-Fe. Slično tome, oktaedri se mogu spojiti preko njihovih rubova (susjedni jedni drugima). Tada bi bio predstavljen s dva kisikova mosta: Fe- (O) _2- Fe.

I na kraju, oktaedri mogu komunicirati kroz njihova lica. Prema tome, reprezentacija bi sada bila s tri mosta kisika: Fe- (O) ₃ -Fe. Način povezivanja oktaedra mijenjao bi Fe-Fe međunuklearne udaljenosti, a samim tim i fizikalna svojstva oksida.

Svojstva

Željezni oksid je spoj s magnetskim svojstvima. To mogu biti anti, fero ili ferrimagnetski, a ovise o valensi Fe i kako kationi djeluju u krutini.

Budući da su strukture krutih tvari vrlo raznolike, tako su i njihova fizička i kemijska svojstva.

Na primjer, polimorfi i hidrati Fe ₂ O ₃ imaju različite vrijednosti tališta (koje se kreću između 1200 i 1600ºC) i gustoće. Međutim, zajednička im je slaba topivost zbog Fe ³⁺, iste molekularne mase, smeđe su boje i slabo se rastvaraju u otopinama kiselina.

Nomenklatura

IUPAC utvrđuje tri načina imenovanja željeznog oksida. Sve tri su vrlo korisni, ali za složene oksida (kao što su Fe ₇ O ₉) pravila sistematika nad ostalim zbog svoje jednostavnosti.

Sustavna nomenklatura

Brojevi kisika i željeza uzimaju se u obzir pri čemu se nazivaju grčkim brojevnim prefiksima mono-, di-, tri-, itd. Prema ovom nomenklaturi, Fe ₂ O ₃ naziva: tri oksida di željeza. A za Fe ₇ O ₉ njegovo ime će biti: hcpta željeza nonaoxide.

Nomenklatura dionica

Ovo uzima u obzir valenciju željeza. Ako je Fe ²⁺, to je željezni oksid…, a njegova je valencija s rimskim brojevima priloženim u zagradama. Za Fe ₂ O ₃ njegovo ime: željezni oksid (III).

Imajte na umu da se Fe ³⁺ može odrediti algebarskim sumama. Ako O ^2- ima dva negativna naboja, a postoje tri, dodaju do -6. Da bi se neutraliziralo ovo, potrebno je +6, ali postoje dva Fe, pa ih moramo podijeliti s dva, + 6/2 = +3:

2X (metalna valencija) + 3 (-2) = 0

Jednostavno rješavanje za X daje valentnost Fe u oksidu. Ali ako X nije cijeli broj (kao što je slučaj s gotovo svim ostalim oksidima), tada postoji mješavina Fe ²⁺ i Fe ³⁺.

Tradicionalna nomenklatura

Sufiks –ico daje se prefiksu ferr - kada Fe ima valenciju +3, a –oso kad je njegova valencija 2+. Tako, Fe ₂ O ₃ naziva: željezni oksid.

Prijave

nanočestice

Željezovi oksidi imaju zajedničku visoku energiju kristalizacije, što omogućuje stvaranje vrlo malih kristala, ali s velikom površinom.

Zbog toga su od velikog interesa za područja nanotehnologije, gdje dizajniraju i sintetiziraju oksidne nanočestice (NP) za posebne svrhe:

-Kao katalizatore.

-Kao rezervoar lijekova ili gena u tijelu

-U dizajnu senzornih površina za različite vrste biomolekula: proteine, šećere, masti

-Za pohranu magnetskih podataka

pigmenti

Budući da su neki oksidi vrlo stabilni, mogu se koristiti za bojenje tekstila ili dati svijetle boje površinama bilo kojeg materijala. Od mozaika na podovima; crvene, žute i narančaste (čak i zelene) boje; keramika, plastika, koža, pa čak i arhitektonska djela.

Reference

1. Povjerenici Dartmouth Collegea. (18. ožujka 2004.). Stehiometrija željeznih oksida. Preuzeto sa: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo i sur. (8. rujna 2016.). Otkriće Fe ₇ O ₉: novi željezni oksid s kompleksnim monoklinsku strukturu. Oporavilo od: Nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Željezovi oksidi: struktura, svojstva, reakcije, pojave i upotrebe., Wiley-VCH. Preuzeto sa: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018.). Nanočestice željezovog oksida, karakteristike i primjene. Preuzeto sa: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Sinteza, karakterizacija, primjena i izazov nanočestica željeznog oksida. Nanotehnologija, znanost i primjene, 9, 49–67.
6. Golgha pigmenti. (2009). Željezovi oksidi: Primjene. Preuzeto sa: golchhapigments.com
7. Kemijska formulacija. (2018.). Željezni (II) oksid. Preuzeto sa: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018.). Željezni (III) oksid. Preuzeto sa: