Eisenoxidstruktur, Eigenschaften, Nomenklatur, Verwendungen

A Eisenoxid ist irgendeine der Verbindungen, die zwischen Eisen und Sauerstoff gebildet werden. Sie zeichnen sich durch ionische und kristalline Eigenschaften aus, und sie sind ein verstreutes Produkt der Erosion ihrer Mineralien und bilden die Böden, die pflanzliche Masse und sogar das Innere der lebenden Organismen.

Es ist dann eine der Familien von Verbindungen, die in der Erdkruste vorherrschen. Was genau sind sie? Bisher sind 16 Eisenoxide bekannt, die meisten von ihnen natürlichen Ursprungs und andere unter extremen Druck- oder Temperaturbedingungen synthetisiert.

Im oberen Bild ist eine Portion Eisenoxidpulver gezeigt. Seine charakteristische rote Farbe bedeckt das Eisen verschiedener architektonischer Elemente im sogenannten Rost. Auch wird es an den Hängen, Bergen oder Böden beobachtet, gemischt mit anderen Mineralien, wie dem gelben Pulver von Goethit (α-FeOOH).

Die bekanntesten Eisenoxide sind Hämatit (α-Fe₂O₃) und Maghemit (Υ- Glaube₂O₃), beide Polymorphe von Eisenoxid; und nicht zuletzt Magnetit (Faith₃O₄). Ihre polymorphen Strukturen und ihre große Oberfläche machen sie zu interessanten Materialien wie Sorbentien oder zur Synthese von Nanopartikeln mit breiten Anwendungsmöglichkeiten.

Index

• 1 Struktur
  • 1.1 Polymorphismus
  • 1.2 Strukturelle Verbindungen
• 2 Eigenschaften
• 3 Nomenklatur
  • 3.1 Systematische Nomenklatur
  • 3.2 Bestandsnomenklatur
  • 3.3 Traditionelle Nomenklatur
• 4 Verwendet
  • 4.1 Nanopartikel
  • 4.2 Pigmente
• 5 Referenzen

Struktur

Das obere Bild ist eine Darstellung der kristallinen Struktur von FeO, einem der Eisenoxide, bei dem das Eisen die Wertigkeit +2 aufweist. Die roten Kugeln entsprechen den Anionen O^2-während die gelben zu den Fe-Kationen gehören²⁺. Beachten Sie auch, dass jeder Glaube²⁺ ist umgeben von sechs O^2-, bildet eine oktaedrische Einheit der Koordination.

Daher kann die Struktur des FeO in Einheiten von FeO "zerfallen"₆, wo das Zentralatom der Glaube ist²⁺. Im Falle von Oxyhydroxiden oder -hydroxiden ist die oktaedrische Einheit FeO₃(OH)₃.

In einigen Strukturen sind anstelle des Oktaeders Tetraedereinheiten, FeO₄. Aus diesem Grund werden die Strukturen von Eisenoxiden gewöhnlich durch Oktaeder oder Tetraeder mit Eisenzentren dargestellt.

Die Strukturen von Eisenoxiden hängen von den Druck- oder Temperaturbedingungen ab, dem Fe / O-Verhältnis (dh wie viele Sauerstoffatome pro Eisen vorhanden sind und umgekehrt) und der Wertigkeit von Eisen (+2, +3 und, sehr selten in synthetischen Oxiden, +4).

Im allgemeinen sperrige Anionen O^2- sie sind ausgerichtet, um Blätter zu bilden, deren Löcher die Fe-Kationen beherbergen²⁺ o Glaube³⁺. So gibt es Oxide (wie Magnetit), die Eisen mit beiden Valenzen haben.

Polymorphismus

Eisenoxide haben Polymorphie, dh unterschiedliche kristalline Strukturen oder Anordnungen für die gleiche Verbindung. Eisenoxid, Fe₂O₃, hat bis zu vier mögliche Polymorphe. Hämatit, α-Fe₂O₃, ist das stabilste von allen; gefolgt von Maghemit, Υ- Faith₂O₃und für das synthetische β-Fe₂O₃ und ε- Glaube₂O₃.

Alle von ihnen haben ihre eigenen Arten von kristallinen Strukturen und Systemen. Das Verhältnis 2: 3 bleibt jedoch konstant, so dass es drei Anionen O gibt^2- für jeden zwei Kationen Glauben³⁺. Der Unterschied liegt in der Anordnung der oktaedrischen FeO-Einheiten₆ im Raum und wie vereinigen Sie sich.

Strukturelle Verbindungen

Die oktaedrischen Einheiten FeO₆ Sie können mit Hilfe des übergeordneten Bildes visualisiert werden. O sind in den Ecken des Oktaeders gefunden^2-, während in ihrem Zentrum der Glaube ist²⁺ o Glaube³⁺(für den Fall des Glaubens₂O₃). Die Art und Weise, in der diese Oktaeder im Raum angeordnet sind, zeigt die Struktur des Oxids.

Sie beeinflussen jedoch auch, wie sie miteinander verknüpft sind. Zum Beispiel können zwei Oktaeder durch Berühren zweier ihrer Ecken verbunden werden, was durch eine Sauerstoffbrücke dargestellt wird: Fe-O-Fe. In ähnlicher Weise können Oktaeder durch ihre Kanten (benachbart zueinander) verbunden sein. Es wäre dann mit zwei Sauerstoffbrücken dargestellt: Fe- (O)₂-Fe.

Und schließlich können Oktaeder durch ihre Gesichter interagieren. Somit wäre die Darstellung nun mit drei Sauerstoffbrücken: Fe- (O)₃-Fe. Die Art und Weise, in der die Oktaeder verbunden sind, würde die inter-nuklearen Fe-Fe-Abstände und daher die physikalischen Eigenschaften des Oxids variieren.

Eigenschaften

Ein Eisenoxid ist eine Verbindung mit magnetischen Eigenschaften. Diese können anti-, ferro- oder ferrimagnetisch sein und hängen von den Valenzen von Fe ab und davon, wie die Kationen in dem Feststoff wechselwirken.

Da die Strukturen von Feststoffen sehr unterschiedlich sind, sind auch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften sehr unterschiedlich.

Zum Beispiel die Polymorphe und Hydrate von Fe₂O₃ Sie haben unterschiedliche Schmelzpunkte (zwischen 1200 und 1600ºC) und Dichten. Ihnen ist jedoch die geringe Löslichkeit durch Fe gemeinsam³⁺, die gleiche Molekülmasse, sind braun und lösen sich in sauren Lösungen nur wenig.

Nomenklatur

Die IUPAC legt drei Wege fest, ein Eisenoxid zu benennen. Alle drei sind sehr nützlich, obwohl für komplexe Oxide (wie Fe₇O₉) Die Systematik beherrscht die anderen wegen ihrer Einfachheit.

Systematische Nomenklatur

Sauerstoff- und Eisenzahlen werden berücksichtigt, indem sie mit den griechischen Ziffernvorsilben mono-, di-, tri- usw. benannt werden. Nach dieser Nomenklatur der Glaube₂O₃ es heißt: triOxid von diEisen Und für den Glauben₇O₉ sein Name wäre: Hexoxid Nonoxid.

Stock-Nomenklatur

Dies berücksichtigt die Wertigkeit von Eisen. Wenn es um Glauben geht²⁺Eisenoxid ist geschrieben, und seine Wertigkeit mit römischen Ziffern eingeschlossen in Klammern. Für den Glauben₂O₃ Sein Name ist: Eisenoxid (III).

Beachten Sie, dass der Glaube³⁺ es kann durch die algebraischen Summen bestimmt werden. Wenn der O^2- hat zwei negative Ladungen, und es gibt drei von ihnen, füge -6 hinzu. Um dieses -6 zu neutralisieren, benötigen wir +6, aber es gibt zwei Fe, also müssen sie durch zwei geteilt werden, + 6/2 = +3:

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

Indem Sie X einfach löschen, erhalten Sie die Valenz von Fe im Oxid. Aber wenn X keine ganze Zahl ist (wie bei fast allen anderen Oxiden), dann gibt es eine Mischung von Fe²⁺ und Glaube³⁺.

Traditionelle Nomenklatur

Das Suffix -ico wird dem Präfix ferr- gegeben, wenn das Fe die Valenz +3 hat, und -oso, wenn seine Valenz 2+ ist. So, der Glaube₂O₃ es heißt: Eisenoxid.

Verwendet

Nanopartikel

Eisenoxide haben eine gemeinsame hohe Kristallisationsenergie, die es erlaubt, sehr kleine Kristalle mit einer großen Oberfläche zu erzeugen.

Aus diesem Grund sind sie von großem Interesse auf dem Gebiet der Nanotechnologie, wo sie Oxid-Nanopartikel (NP) für spezifische Zwecke entwerfen und synthetisieren:

-Als Katalysatoren.

- Als Reservoir für Medikamente oder Gene im Körper

-In der Gestaltung von sensorischen Oberflächen für verschiedene Arten von Biomolekülen: Proteine, Zucker, Fette

- Um magnetische Daten zu speichern

Pigmente

Da einige Oxide sehr stabil sind, dienen sie dazu, Textilien zu färben oder den Oberflächen irgendeines Materials leuchtende Farben zu verleihen. Von den Mosaiken der Böden; die roten, gelben und orangefarbenen Gemälde (sogar grün); Keramik, Plastik, Leder und sogar architektonische Arbeiten.

Referenzen

1. Treuhänder des Dartmouth College. (18. März 2004). Stöchiometrie von Eisenoxiden. Genommen von: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8. September 2016). Entdeckung des Glaubens₇O₉: ein neues Eisenoxid mit einer komplexen monoklinen Struktur. Von: nature.com
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4. Alice Bu. (2018). Eisenoxid-Nanopartikel, Eigenschaften und Anwendungen. Genommen von: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, A. R., Ali, J. S. & Hussain, A. (2016). Synthese, Charakterisierung, Anwendungen und Herausforderungen von Eisenoxid-Nanopartikeln. Nanotechnologie, Wissenschaft und Anwendungen, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
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7. Chemische Formulierung (2018). Eisenoxid (II). Genommen von: formelecionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Eisen (III) oxid. Genommen von: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide