Rautaoksidin rakenne, ominaisuudet, nimikkeistö, käyttötarkoitukset



rautaoksidi on mikä tahansa yhdiste, joka on muodostunut raudan ja hapen välille. Niille on tunnusomaista se, että ne ovat ionisia ja kiteisiä, ja ne ovat hajotettuja tuotteita niiden mineraalien eroosioista, jotka muodostavat lattiat, kasvimaisen massan ja jopa elävien organismien sisätilan..

Silloin se on yksi yhdisteiden perheistä, jotka vallitsevat maankuoressa. Mitä ne ovat? Tähän mennessä tiedetään kuusitoista rautaoksidia, joista suurin osa on luonnollista alkuperää ja toisia syntetisoidaan äärimmäisissä paineen tai lämpötilan olosuhteissa..

Ylemmässä kuvassa esitetään osa rautaoksidijauheesta. Sen tyypillinen punainen väri kattaa useiden arkkitehtonisten elementtien raudan rustiksi. Rinteet, vuoret tai maaperät ovat myös sekoittuneet muiden mineraalien, kuten goetiitin keltaisen jauheen (a-FeOOH) kanssa..

Yleisimmin tunnetut rautaoksidit ovat hematiitti (a-Fe2O3) ja magemiitti (Υ- Faith2O3), molemmat rautaoksidin polymorfit; ja ei vähiten, magnetiitti (Faith3O4). Niiden polymorfiset rakenteet ja niiden suuri pinta-ala tekevät niistä mielenkiintoisia materiaaleja, kuten sorbenteja tai nanohiukkasten synteesin laajalla sovelluksella.

indeksi

  • 1 Rakenne
    • 1.1 Polymorfismi
    • 1.2 Rakenteelliset yhteydet
  • 2 Ominaisuudet
  • 3 Nimikkeistö
    • 3.1 Järjestelmällinen nimikkeistö
    • 3.2 Varastojen nimikkeistö
    • 3.3 Perinteinen nimikkeistö
  • 4 Käyttö
    • 4.1 Nanopartikkelit
    • 4.2 Pigmentit
  • 5 Viitteet

rakenne

Ylempi kuva on FeO: n, joka on yksi rautaoksideista, jossa rautalla on valenssi +2, kiteinen rakenne. Punaiset pallot vastaavat anioneja O2-, kun taas keltaiset Fe-kationeihin2+. Huomaa myös, että jokainen usko2+ ympäröi kuusi O2-, muodostetaan oktaeedraali koordinaatioyksikkö.

Siksi FeO: n rakenne voi "hajota" FeO: n yksiköiksi6, jossa keskiatomi on usko2+. Oksyhydroksidien tai hydroksidien tapauksessa oktaedraaliyksikkö on FeO3(OH)3.

Joissakin rakenteissa oktaedrin sijasta ovat tetraedriset yksiköt, FeO4. Tästä syystä rautaoksidien rakenteet on yleensä edustettuina oktaedreina tai tetraedralla, jossa on rautakeskuksia.

Rautaoksidirakenteet riippuvat paineen tai lämpötilan olosuhteista, Fe / O-suhde (eli kuinka monta oksygeenia on rautaa kohti ja päinvastoin) ja raudan valenssi (+2, +3 ja hyvin harvoin synteettisissä oksideissa, +4).

Yleensä suuret anionit O2- ne on kohdistettu muodostavat arkit, joiden reiät muodostavat Fe-kationit2+ o Usko3+. Siten on oksideja (kuten magnetiittiä), joissa on molemmat valenssit.

polymorfismi

Silitysraudojen oksidit esittävät polymorfiaa, toisin sanoen eri rakenteita tai kidejärjestelyjä samalle yhdisteelle. Rautaoksidi, Fe2O3, Siinä on jopa neljä mahdollista polymorfia. Hematiitti, a-Fe2O3, se on kaikkein vakaampi; sen jälkeen maghemite, Υ- Faith2O3, ja synteettiselle β-Fe: lle2O3 ja ε- Usko2O3.

Kaikilla niillä on omia rakenteita ja kiteisiä järjestelmiä. Suhde 2: 3 pysyy kuitenkin vakiona, joten on olemassa kolme anionia O2- jokaista Fe-kationia kohti3+. Ero on siinä, miten oktaedraaliset FeO-yksiköt sijaitsevat6 avaruudessa ja miten tulet yhteen.

Rakenteelliset linkit

Oktaedraaliset FeO-yksiköt6 ne voidaan visualisoida paremman kuvan avulla. O: t ovat oktaedrin kulmissa2-, kun taas keskellä Faith2+ o Usko3+(Uskon tapauksessa2O3). Tapa, jolla nämä oktaedra on järjestetty avaruuteen, paljastavat oksidin rakenteen.

Ne vaikuttavat kuitenkin myös siihen, miten ne liittyvät toisiinsa. Esimerkiksi kaksi oktaedriaa voidaan liittää koskettamalla kahta niiden huippua, joita edustaa happisilta: Fe-O-Fe. Samoin oktaedra voidaan liittää niiden reunojen kautta (vierekkäin). Silloin se edustaisi kahta happisiltaa: Fe- (O)2-usko.

Ja lopuksi oktaedra voi olla vuorovaikutuksessa kasvojensa kautta. Esitys olisi siis kolme happisiltaa: Fe- (O)3-Se, miten oktaedreja on kytketty, vaihtelisi ydinaineiden Fe-Fe-etäisyyksiä ja siten oksidin fysikaalisia ominaisuuksia..

ominaisuudet

Rautaoksidi on yhdiste, jolla on magneettisia ominaisuuksia. Nämä voivat olla anti-, ferro- tai ferrimagnetisia ja riippuvat Fe: n valensseista ja siitä, miten kationit vaikuttavat kiinteään aineeseen.

Koska kiintoaineiden rakenteet ovat hyvin vaihtelevia, niin niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat myös hyvin erilaisia.

Esimerkiksi Fe: n polymorfit ja hydraatit2O3 niillä on erilaisia ​​sulamispisteiden arvoja (jotka vaihtelevat välillä 1200 ja 1600 ºC) ja tiheyksiä. Niillä on kuitenkin yhteinen Fe: n aiheuttama alhainen liukoisuus3+, sama molekyylipaino, ovat ruskeat ja liukenevat säästeliäästi happoliuoksissa.

nimistö

IUPAC luo kolme tapaa nimetä rautaoksidi. Kaikki kolme ovat erittäin käyttökelpoisia, vaikka monimutkaisia ​​oksideja (kuten Fe7O9) järjestelmällinen hallitsee muita sen yksinkertaisuuden vuoksi.

Järjestelmällinen nimikkeistö

Hapen ja raudan numerot otetaan huomioon, nimeämällä ne kreikkalaisilla numeerisilla etuliitteillä mono-, di-, tri- jne. Tämän nimikkeistön mukaan Usko2O3 sitä kutsutaan: trioksidin oksidi dirautaa. Ja Uskolle7O9 sen nimi olisi: heptahierron nonaoksidi.

Varaston nimikkeistö

Tässä otetaan huomioon raudan valenssi. Jos se on uskossa2+, rautaoksidi on kirjoitettu ... ja sen valenssi sulkeissa oleviin roomalaisiin numeroihin. Usko2O3 sen nimi on: rautaoksidi (III).

Huomaa, että usko3+ se voidaan määrittää algebrallisilla summilla. Jos O2- sillä on kaksi negatiivista maksua, joista kolme on, ja lisää -6. Tämän neutraloimiseksi -6 tarvitsemme +6, mutta on kaksi Fe: tä, joten ne on jaettava kahdella, + 6/2 = +3:

2X (metalli-valenssi) + 3 (-2) = 0

Yksinkertaisesti selvittämällä X saat Fe: n valenssin oksidissa. Mutta jos X ei ole kokonaisluku (kuten lähes kaikki muut oksidit), niin on Fe: n seos2+ ja usko3+.

Perinteinen nimikkeistö

Sufiksi -ico annetaan etuliitteelle ferr-, kun Fe: llä on valenssi +3 ja -oso, kun sen valenssi on 2+. Näin usko2O3 sitä kutsutaan: rautaoksidiksi.

sovellukset

nanopartikkelit

Rautaoksideilla on yhteinen korkea kiteytymisenergia, jonka avulla voidaan luoda hyvin pieniä kiteitä, mutta joilla on suuri pinta-ala.

Tästä syystä he ovat kiinnostuneita nanoteknologian aloista, joissa ne suunnittelevat ja syntetisoivat oksidihiukkasia erityistarkoituksiin:

-Katalyytteinä.

-Lääkkeiden tai geenien säiliö kehossa

-Aistinvaraisen pinnan suunnittelussa erilaisille biomolekyyleille: proteiinit, sokerit, rasvat

-Magneettidatan tallentaminen

pigmentit

Koska jotkut oksidit ovat hyvin stabiileja, ne värjättävät tekstiilejä tai antavat kirkkaita värejä minkä tahansa materiaalin pinnoille. Lattian mosaiikkeista; punainen, keltainen ja oranssi maalaus (jopa vihreä); keramiikka, muovi, nahka ja jopa arkkitehtoniset työt.

viittaukset

  1. Dartmouthin kollegion varajäsenet. (18. maaliskuuta 2004). Rautaoksidien stöhhiometria. Otettu: dartmouth.edu
  2. Ryosuke Sinmyo et ai. (8. syyskuuta 2016). Uskon löytäminen7O9: uusi rautaoksidi, jolla on monimutkainen monoklininen rakenne. Haettu osoitteesta nature.com
  3. M. Cornell, U. Schwertmann. Rautaoksidit: rakenne, ominaisuudet, reaktiot, tapahtumat ja käyttötavat. [PDF]. Wiley VCH. Otettu: epsc511.wustl.edu
  4. Alice Bu. (2018). Rautaoksidin nanohiukkaset, ominaisuudet ja sovellukset. Otettu: sigmaaldrich.com
  5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A.R., Ali, J.S., & Hussain, A. (2016). Rautaoksidi-nanohiukkasten synteesi, karakterisointi, sovellukset ja haasteet. Nanoteknologia, tiede ja sovellukset, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
  6. Golchha-pigmentit. (2009). Rautaoksidit: Sovellukset. Otettu: golchhapigments.com
  7. Kemiallinen formulaatio (2018). Rautaoksidi (II). Otettu: formulaacionquimica.com
  8. Wikipedia. (2018). Rauta (III) oksidi. Otettu: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide