RAUTAOKSIDI: RAKENNE, OMINAISUUDET, NIMIKKEISTÖ, KÄYTTÖ - KEMIA

Rautaoksidi on mitä tahansa yhdisteistä muodostettu rautaa ja happea. Niille on ominaista ioninen ja kiteinen vaikutus, ja ne ovat mineraalien eroosion hajotettu tuote, joka muodostaa maaperän, kasvismassan ja jopa elävien organismien sisäosat.

Se on silloin yksi yhdisteistä, jotka hallitsevat maankuoressa. Mitä ne ovat? Tähän mennessä tunnetaan kuusitoista rautaoksidia, joista suurin osa on luonnollista alkuperää ja muut syntetisoidaan äärimmäisissä paine- tai lämpötilaolosuhteissa.

Lähde: viides seitsemäs, Flickr.

Yksi osa jauhemaista rautaoksidia on esitetty yllä olevassa kuvassa. Sille ominainen punainen väri peittää erilaisten arkkitehtonisten elementtien raudan, joka tunnetaan ruosteena. Samoin sitä havaitaan rinteillä, vuorilla tai maaperässä sekoitettuna monien muiden mineraalien, kuten goetiitin keltaisen jauheen (α-FeOOH) kanssa.

Tunnetuimpia rautaoksideja ovat hematiitti (a-Fe ₂ O ₃) ja maghemiitti (ϒ - Fe ₂ O ₃), molemmat rautaoksidin polymorfeista; ja ei vähiten, magnetiittia (Fe ₃ O ₄). Niiden polymorfiset rakenteet ja suuri pinta-ala tekevät niistä mielenkiintoisia materiaaleja sorbenteina tai laajaan käyttöön tarkoitettujen nanohiukkasten synteesiin.

Rakenne

Lähde: Siyavula Education, Flickr.

Yläkuva on FeO: n, yhden raudan oksidien, kiderakenteen esitys, jossa raudan valenssi on +2. Punaiset pallot vastaavat O- ^2- anioneja, kun taas keltaiset - Fe ²⁺ -kationit. Huomaa myös, että kukin Fe ²⁺ jota ympäröi kuusi O ^2-, muodostaen oktahedraaliseen yksikkö koordinointia.

Näin ollen, rakenne FeO voidaan "jakautuu" yksiköiksi FeO ₆, jossa keskeinen atomi on Fe ²⁺. Tapauksessa oksihydroksidit tai hydroksideja, octahedral yksikkö on FeO ₃ (OH) ₃.

Joissakin rakenteissa, sijasta oktaedrin, on tetraedriyksiköistä, FeO ₄. Tästä syystä rautaoksidien rakenteita edustaa yleensä oktaedra tai tetraedra rautakeskuksineen.

Rautaoksidien rakenteet riippuvat paine- tai lämpötilaolosuhteista, Fe / O-suhteesta (ts. Kuinka monta happea on rautaa kohti ja päinvastoin) ja raudan valenssista (+2, +3 ja, hyvin harvoin synteettisissä oksidissa +4).

Yleensä tilaa vievät O- ^2- anionit rinnastuvat muodostaen arkkeja, joiden tyhjissä tiloissa on Fe ^2+- tai Fe ³⁺ -kationeja. Siksi on olemassa oksideja (kuten magnetiittia), joissa on rauta molemmilla valensseilla.

polymorfismi

Rautaoksidit edustavat polymorfismia, ts. Saman yhdisteen erilaisia rakenteita tai kidejärjestelyjä. Rautaoksidi, Fe ₂ O ₃, on enintään neljä mahdollista polymorfit. Hematiitti, α-Fe ₂ O ₃, on vakain kaikkien; minkä jälkeen maghemiitti, Υ- Fe ₂ O ₃, ja synteettisillä β- Fe ₂ O ₃ ja ε- Fe ₂ O ₃.

Heillä kaikilla on omat tyyppiset kiderakenteet ja -järjestelmät. Suhde 2: 3 pysyy kuitenkin vakiona, joten jokaiselle kahdelle Fe ³⁺ -kationille on kolme O ^2- anionia. Ero on siinä, kuinka FeO _6- oktaedriset yksiköt sijaitsevat avaruudessa ja miten ne on kiinnitetty.

Rakenteelliset linkit

Lähde: Public Domain Files

Oktaedriset yksiköt FeO ₆ voidaan visualisoida yllä olevan kuvan avulla. Kulmissa oktaedrin ovat O ², kun taas sen keskelle Fe ²⁺ tai Fe ³⁺ (tapauksessa Fe ₂ O ₃). Tapa, jolla nämä oktaedrit on järjestetty avaruuteen, paljastaa oksidin rakenteen.

Ne vaikuttavat kuitenkin myös siihen, miten he ovat yhteydessä toisiinsa. Esimerkiksi kaksi oktaedraa voidaan yhdistää koskettamalla kahta niiden kärkeä, jota edustaa happisilta: Fe-O-Fe. Samoin oktaedrat voidaan liittää niiden reunojen läpi (vierekkäin). Sitä edustaa sitten kaksi happea-siltaa: Fe- (O) _2- Fe.

Ja lopuksi, oktaaedrat voivat olla vuorovaikutuksessa heidän kasvonsa kautta. Siten esitys olisi nyt kolmella happisillalla: Fe- (O) _3- Fe. Tapa, jolla oktaedra kytketään, vaihtelisi Fe-Fe: n ytimen etäisyyksien välillä ja siten oksidin fysikaalisista ominaisuuksista.

ominaisuudet

Rautaoksidi on yhdiste, jolla on magneettiset ominaisuudet. Ne voivat olla anti-, ferro- tai ferrimagneettisia ja riippuvat Fe: n valensseista ja kationien vuorovaikutuksesta kiinteässä aineessa.

Koska kiinteiden aineiden rakenteet ovat hyvin erilaisia, samoin kuin niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.

Esimerkiksi polymorfit ja hydraatit Fe ₂ O ₃ on eri arvot sulamispisteet (jotka vaihtelevat välillä 1200 ja 1600ºC) ja tiheydet. Niillä on kuitenkin tavallisesti alhainen liukoisuus Fe ^{3+: sta} johtuen, saman molekyylimassan ollessa ruskeat ja liukenevat heikosti happoliuoksiin.

nimistö

IUPAC määrittelee kolme tapaa nimetä rautaoksidi. Kaikki kolme ovat erittäin käyttökelpoisia, vaikka monimutkaisia oksideja (kuten Fe ₇ O ₉) systematiikkaa sääntöjen yli muiden, koska niiden yksinkertaisuus.

Systemaattinen nimikkeistö

Hapen ja raudan lukumäärät otetaan huomioon, nimeämällä ne kreikkalaisilla numerointiliitteillä mono-, di-, tri-, jne. Tämän nimikkeistön, Fe ₂ O ₃ on nimeltään: tri oksidi di rautaa. Ja Fe ₇ O _{9: lle} sen nimi olisi: hepta-rauta-nonaoksidi.

Osakemääräys

Tämä ottaa huomioon raudan valenssin. Jos se on Fe ²⁺, se on kirjoitettu rautaoksidiksi…, ja sen valenssi suluissa olevien roomalaisten numeroiden kanssa. Fe ₂ O ₃ sen nimi on: rautaoksidi (III).

Huomaa, että Fe ³⁺ voidaan määrittää algebrallisilla summilla. Jos O ^{2: lla} on kaksi negatiivista varausta ja niitä on kolme, ne lisäävät arvoon -6. Tämän -6 neutraloimiseksi tarvitaan +6, mutta Fe on kaksi, joten ne on jaettava kahdella, + 6/2 = +3:

2X (metallivalenssi) + 3 (-2) = 0

Ratkaisemalla yksinkertaisesti X, saadaan Fe: n valenssi oksidissa. Mutta jos X ei ole kokonaisluku (kuten melkein kaikkien muiden oksidien tapauksessa), niin siellä on Fe ^{2+: n} ja Fe ^3+: n seos.

Perinteinen nimikkeistö

Sufiksi –ico annetaan etuliitteelle ferr - kun Fe: n valenssi on +3, ja –oso, kun sen valenssi on 2+. Siten, Fe ₂ O ₃ on nimeltään: rautaoksidi.

Sovellukset

nanopartikkelit

Rautaoksideilla on korkea yhteinen kiteytymisenergia, mikä tekee mahdolliseksi muodostaa hyvin pieniä kiteitä, mutta niiden pinta-ala on suuri.

Tästä syystä ne ovat erittäin kiinnostavia nanoteknologian aloilla, joilla ne suunnittelevat ja syntetisoivat oksidi-nanohiukkasia (NP) tiettyihin tarkoituksiin:

- Kuten katalyytit.

-Käytössä kehossa olevia lääkkeitä tai geenejä

-Sensoripintojen suunnittelussa erityyppisille biomolekyyleille: proteiineille, sokereille, rasvoille

-Magneettisen datan tallentamiseksi

pigmentit

Koska jotkut oksidit ovat erittäin stabiileja, niitä voidaan käyttää tekstiilien värjäämiseen tai kirkkaiden värien antamiseen minkä tahansa materiaalin pinnoille. Lattioiden mosaiikista; punaiset, keltaiset ja oranssit (jopa vihreät) maalit; keramiikka, muovit, nahka ja jopa arkkitehtoniset työt.

Viitteet

Dartmouth-yliopiston edunvalvojat. (18. maaliskuuta 2004). Raudan oksidien stökiometria. Ostettu: dartmouth.edu
Ryosuke Sinmyo et ai. (8. syyskuuta 2016). Löytö Fe ₇ O ₉: uusi rautaoksidi kompleksisella monokliininen rakenne. Palautettu sivustolta: nature.com
M. Cornell, U. Schwertmann. Rautaoksidit: rakenne, ominaisuudet, reaktiot, esiintymiset ja käytöt.. Wiley VCH. Otettu: epsc511.wustl.edu
Alice Bu. (2018). Rautaoksidin nanohiukkaset, ominaisuudet ja sovellukset. Otettu: sigmaaldrich.com
Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS ja Hussain, A. (2016). Rautaoksidinanohiukkasten synteesi, karakterisointi, sovellukset ja haasteet. Nanoteknologia, tiede ja sovellukset, 9, 49–67.
Holkkipigmentit. (2009). Rautaoksidit: Sovellukset. Otettu: golchhapigments.com
Kemiallinen formulaatio. (2018). Rauta (II) oksidi. Otettu: formulacionquimica.com
Wikipedia. (2018). Rauta (III) oksidi. Otettu:

RAUTAOKSIDI: RAKENNE, OMINAISUUDET, NIMIKKEISTÖ, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026