JERN (III) HYDROXID: STRUKTUR, EGENSKABER OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den jernhydroxid (III) er en uorganisk forbindelse, hvis formel er strengt Fe (OH) ₃, hvor andelen af Fe ³⁺ og OH ^- er 3: 1. Imidlertid kan kemi af jern være ret indviklet; så dette faste stof er ikke kun sammensat af de nævnte ioner.

Faktisk indeholder Fe (OH) ₃ anionen O ^2-; derfor er det monohydreret jernhydroxid oxid: FeOOH · H ₂ O. Hvis der tilsættes antallet af atomer for denne sidste forbindelse, vil det blive kontrolleret, at den falder sammen med Fe (OH) ₃. Begge formler er gyldige til at henvise til dette metalhydroxid.

Jern (III) hydroxid i en frødam. Kilde: Clint Budd (https://www.flickr.com/photos//13016864125)

Ved undervisning eller forskning i kemi-laboratorier observeres Fe (OH) ₃ som et orangebrunt bundfald; svarer til sediment på billedet ovenfor. Når dette rustne og gelatinøse sand opvarmes, frigiver det overskydende vand og vender den til orange-gullig farve (gult pigment 42).

Denne gule pigment 42 er den samme FeOOH · H ₂ O uden yderligere tilstedeværelse af vand koordineres med Fe ³⁺. Når dette er dehydreret, omdannes det til FeOOH, der kan eksistere i form af forskellige polymorfer (goethit, akaganeit, lepidocrocite, feroxihita, blandt andre).

Mineralet bernalite, på den anden side, udviser grønne krystaller med en base præparat Fe (OH) ₃ · nH ₂ O; mineralogisk kilde til dette hydroxid.

Struktur af jern (III) hydroxid

Krystallstrukturer af jernoxider og hydroxider er lidt komplicerede. Men fra et simpelt synspunkt kan det betragtes som bestilte gentagelser af oktaedriske enheder FeO ₆. Således flettes disse jern-ilt-octahedra sammen gennem deres hjørner (Fe-O-Fe) eller deres ansigter og etablerer alle former for polymerkæder.

Hvis sådanne kæder ser ordnet ud i rummet, siges det faste stof at være krystallinsk; ellers er det amorf. Denne faktor bestemmer sammen med den måde, hvorpå oktaedroner forbindes, krystalens energistabilitet og derfor dens farver.

For eksempel de orthorhombiske krystaller af bernalite, Fe (OH) ₃ · nH ₂ O, har en grønlig farve skyldes, at deres FeO ₆ oktaedre binder kun gennem deres hjørner; i modsætning til andre jernhydroxider, der forekommer rødlige, gule eller brune, afhængigt af hydratiseringsgraden.

Det skal bemærkes, at oxygenatomerne af FeO ₆ kommer fra enten OH ^- eller O ^2-; den nøjagtige beskrivelse svarer til resultaterne af krystallografisk analyse. Selvom Fe-O-bindingen ikke behandles som sådan, er den ionisk med en bestemt kovalent karakter; som for andre overgangsmetaller bliver endnu mere kovalent som med sølv.

Ejendomme

Selvom Fe (OH) ₃ er et fast stof, der let genkendes, når jernsalte tilsættes til et alkalisk medium, er dets egenskaber ikke helt klare.

Det er imidlertid kendt, at det er ansvarligt for at modificere de organoleptiske egenskaber (især smag og farve) af drikkevand; hvilket er meget uopløseligt i vand (K _sp = 2,79 · ^10-39); og også at dens molmasse og densitet er 106,867 g / mol og 4,25 g / ml.

Dette hydroxid (som dets derivater) kan ikke have et defineret smelte- eller kogepunkt, fordi det, når det opvarmes, frigiver vanddamp, og omdanner det således til dets vandfri form FeOOH (sammen med alle dets polymorfer). Derfor, hvis opvarmning fortsætter, vil FeOOH smelte og ikke FeOOH · H ₂ O.

For at undersøge dens egenskaber mere grundigt ville det være nødvendigt at udsætte det gule pigment 42 for adskillige undersøgelser; men det er mere end sandsynligt, at det under processen ændrer farve til rødligt, hvilket indikerer dannelsen af ​​FeOOH; eller tværtimod opløses det i det komplekse vandige Fe (OH) ₆ ³⁺ (syremedium) eller i anionen Fe (OH) ₄ ^- (meget basisk medium).

Applikationer

absorberende

I det foregående afsnit blev det nævnt, at Fe (OH) ₃ er meget uopløselig i vand og endda kan udfældes ved en pH-værdi tæt på 4,5 (hvis der ikke er nogen kemiske arter, der griber ind). Ved at udfælde kan den bortføre (co-præcipitere) nogle urenheder fra miljøet, der er sundhedsskadelige; for eksempel salte af krom eller arsen (Cr3 ⁺, ^Cr6+ og As ³⁺, As ⁵⁺).

Derefter tillader dette hydroxid at okkludere disse metaller og andre tungere, og fungerer som et absorberende middel.

Teknikken består ikke så meget i at udfælde Fe (OH) ₃ (alkalisere mediet), men i stedet sættes det direkte til kontamineret vand eller jord ved anvendelse af kommercielt købt pulvere eller korn.

Terapeutisk anvendelse

Jern er et essentielt element for den menneskelige krop. Anæmi er en af ​​de mest fremtrædende sygdomme på grund af dens mangel. Af denne grund er det altid et spørgsmål om forskning at udtænke forskellige alternativer til at inkorporere dette metal i vores kost, så sikkerhedseffekter ikke frembringes.

En af kosttilskud baseret på Fe (OH) ₃ er baseret på dets kompleks med polymaltose (polymaltose jern), som har en lavere grad af interaktion med fødevarer end FeSO ₄; mere jern er biologisk tilgængeligt for kroppen og koordineres ikke med andre matrixer eller faste stoffer.

Det andet supplement er sammensat af nanopartikler af Fe (OH) ₃ suspenderet i et medium, der hovedsageligt består af adipater og tartrater (og andre organiske salte). Dette viste sig at være mindre toksiske end FeSO ₄, ud over at øge hæmoglobin, betyder det ikke ophobes i tarmslimhinden, og det fremmer væksten af gavnlige mikroorganismer.

Pigment

Pigment Yellow 42 bruges i maling og kosmetik og udgør som sådan ikke en potentiel sundhedsrisiko; medmindre de indtages ved et uheld.

Jernbatteri

Selvom Fe (OH) ₃ ikke formelt bruges i denne ansøgning, kan det tjene som et udgangsmateriale for FeOOH; forbindelse, som en af ​​elektroderne i et billigt og enkelt jernbatteri fremstilles med, som også fungerer ved en neutral pH.

Halvcellereaktionerne for dette batteri udtrykkes nedenfor med følgende kemiske ligninger:

½ Fe ⇋ ½ Fe ²⁺ + e ^-

Fe ^III OOH + e ^- + 3H ⁺ ⇋ Fe ²⁺ + 2H ₂ O

Anoden bliver en jernelektrode, der frigiver et elektron, der senere, efter at have gået gennem det eksterne kredsløb, kommer ind i katoden; elektrode lavet af FeOOH, reducering til Fe ²⁺. Det elektrolytiske medium til dette batteri er sammensat af opløselige salte af Fe ²⁺.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. National Center for Biotechnology Information. (2019). Jernhydroxid. PubChem-database. CID = 73964. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wikipedia. (2019). Jern (III) oxid-hydroxid. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. N. Pal. (Sf). Granulært jernholdigt hydroxid til eliminering af arsen fra drikkevand.. Gendannes fra: archive.unu.edu
5. RM Cornell og U. Schwertmann. (Sf). Jernoxiderne: struktur, egenskaber, reaktioner, forekomster og anvendelser..
6. Birch, WD, Pring, A., Reller, A. et al. Naturwissenschaften. (1992). Bernalite: et nyt ferrohydroxid med perovskitstruktur. 79: 509. doi.org/10.1007/BF01135768
7. Miljøgeokemi af jernholdige polymerer i vandige opløsninger og præcipitater. Gendannes fra: geoweb.princeton.edu
8. Giessen, van der, AA (1968). Kemiske og fysiske egenskaber ved jern (III) -oxidhydrat Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven DOI: 10.6100 / IR23239
9. Funk F, Canclini C og Geisser P. (2007). Interaktioner mellem jern (III) -hydroxid-polymaltosekompleks og almindeligt anvendte medicin / laboratorieundersøgelser på rotter. DOI: 10.1055 / s-0031-1296685
10. Pereira, DI, Bruggraber, SF, Faria, N., Poots, LK, Tagmount, MA, Aslam, MF, Powell, JJ (2014). Nanopartikulært jern (III) oxo-hydroxid leverer sikkert jern, der er godt absorberet og anvendt hos mennesker. Nanomedicin: nanoteknologi, biologi og medicin, 10 (8), 1877-1886. doi: 10.1016 / j.nano.2014.06.012
11. Gutsche, S. Berling, T. Plaggenborg, J. Parisi, & M. Knipper. (2019). Proof of Concept of a Iron-Iron (III) oxidhydroxidbatteri, der arbejder ved neutral pH. Int. J. Electrochem. Sci., Bind 14, 2019 1579. doi: 10.20964 / 2019.02.37