- Struktur
- polymorfi
- Strukturelle links
- Ejendomme
- nomenklatur
- Systematisk nomenklatur
- Bestandsnomenklatur
- Traditionel nomenklatur
- Applikationer
- Nanopartikler
- Pigmenter
- Referencer
Et jernoxid er en hvilken som helst af forbindelserne, der dannes mellem jern og ilt. De er kendetegnet ved at være ioniske og krystallinske, og de ligger spredt som et resultat af erosion af deres mineraler, sammensætter jordbunden, den vegetale masse og endda det indre af levende organismer.
Det er derefter en af familierne af forbindelser, der dominerer i jordskorpen. Hvad er de nøjagtigt? Seksten jernoxider er hidtil kendt, de fleste af dem af naturlig oprindelse og andre syntetiseret under ekstreme forhold med tryk eller temperatur.
Kilde: fem syvende, Flickr.
En del af pulveriseret jernoxid er vist på billedet ovenfor. Dens karakteristiske røde farve dækker jernet fra forskellige arkitektoniske elementer i det, der kaldes rust. Ligeledes observeres det i skråninger, bjerge eller jord, blandet med mange andre mineraler, såsom det gule pulver af goethit (α-FeOOH).
De bedste kendte jernoxider er hæmatit (α-Fe 2 O 3) og maghemit (Υ- Fe 2 O 3), begge polymorfer af ferrioxid; og ikke mindst magnetit (Fe 3 O 4). Deres polymorfe strukturer og deres store overfladeareal gør dem til interessante materialer som sorbenter eller til syntese af nanopartikler med brede anvendelser.
Struktur
Kilde: Siyavula Education, Flickr.
Det øverste billede er en repræsentation af krystalstrukturen af FeO, et af jernoxiderne, hvor jern har en valens på +2. De røde kugler svarer til O 2- anionerne, mens de gule er Fe 2+ -kationerne. Bemærk også, at hver Fe 2+ er omgivet af seks O 2-, danner en oktaedrisk koordinationsenhed.
Derfor kan strukturen af FeO "neddeles" i enheder af FeO 6, hvor det centrale atom er Fe 2+. I tilfælde af oxyhydroxider eller hydroxider er den octahedrale enhed FeO 3 (OH) 3.
I nogle strukturer er der i stedet for octahedronen tetraedriske enheder, FeO 4. Af denne grund er strukturer af jernoxider normalt repræsenteret af octahedra eller tetrahedra med jerncentre.
Strukturerne af jernoxider afhænger af betingelserne for tryk eller temperatur, af Fe / O-forholdet (det vil sige, hvor mange oxygener der er pr. Jern og vice versa), og af valensen af jern (+2, +3 og, meget sjældent i syntetiske oxider, +4).
Generelt stiller de omfangsrige O 2- anioner op for at danne ark, hvis hulrum hører Fe 2+ eller Fe 3+ kationer. Der er således oxider (såsom magnetit), der har strygejern med begge valenser.
polymorfi
Jernoxider præsenterer polymorfisme, det vil sige forskellige strukturer eller krystalarrangementer for den samme forbindelse. Ferrioxid, Fe 2 O 3, har op til fire mulige polymorfer. Hæmatit α-Fe 2 O 3, er den mest stabile af alle; efterfulgt af maghemit, Υ- Fe 2 O 3, og ved syntetisk β- Fe 2 O 3 og ε- Fe 2 O 3.
De har alle deres egne typer krystalstrukturer og -systemer. Forholdet 2: 3 forbliver imidlertid konstant, så der er tre O 2- anioner for hver to Fe 3+ kationer. Forskellen ligger i, hvordan FeO 6 octahedralenheder er placeret i rummet, og hvordan de er fastgjort.
Strukturelle links
Kilde: Public Domain Files
Oktahedralenhederne FeO 6 kan visualiseres ved hjælp af billedet ovenfor. I hjørnerne af oktaeder er O 2-, mens i midten Fe 2+ eller Fe 3+ (i tilfældet med Fe 2 O 3). Den måde disse octahedra er arrangeret i rummet afslører strukturen af oxidet.
De påvirker imidlertid også, hvordan de er knyttet sammen. For eksempel kan to oktaeder sammenføjes ved at berøre to af deres hjørner, der er repræsenteret af en iltbro: Fe-O-Fe. Tilsvarende kan octahedra forbindes gennem deres kanter (støder op til hinanden). Det ville derefter være repræsenteret med to iltbroer: Fe- (O) 2- Fe.
Og endelig kan oktaedra interagere gennem deres ansigter. Således ville repræsentationen nu være med tre iltbroer: Fe- (O) 3- Fe. Den måde hvorpå oktaederne er knyttet sammen vil variere Fe-Fe internukleære afstande og derfor de fysiske egenskaber af oxidet.
Ejendomme
Et jernoxid er en forbindelse med magnetiske egenskaber. Disse kan være anti-, ferro- eller ferrimagnetiske og afhænger af Fe's valenser og hvordan kationerne interagerer i det faste stof.
Fordi strukturen af faste stoffer er meget varieret, er det også deres fysiske og kemiske egenskaber.
For eksempel de polymorfer og hydrater af Fe 2 O 3 har forskellige værdier af smeltepunkter (der spænder mellem 1200 og 1600ºC) og tætheder. De har imidlertid til fælles den lave opløselighed på grund af Fe 3+, den samme molekylmasse, er brunfarvet og opløses dårligt i syreopløsninger.
nomenklatur
IUPAC etablerer tre måder at navngive et jernoxid på. Alle tre er meget nyttige, selvom for komplekse oxider (såsom Fe 7 O 9) regleres systematikken over de andre på grund af deres enkelhed.
Systematisk nomenklatur
Antallet af ilt og jern tages i betragtning, idet de navngives med de græske nummerpræfikser mono-, di-, tri- osv. Ifølge denne nomenklatur, Fe 2 O 3 hedder: tri oxid af di jern. Og for Fe 7 O 9 ville navnet være: hepta-iron-nonaoxide.
Bestandsnomenklatur
Dette overvejer valens af jern. Hvis det er Fe 2+, er det skrevet jernoxid…, og dets valens med romertal indesluttet i parenteser. For Fe 2 O 3 er navnet: jernoxid (III).
Bemærk, at Fe 3+ kan bestemmes ved algebraiske summer. Hvis O 2- har to negative ladninger, og der er tre af dem, tilføjer de op til -6. For at neutralisere dette -6 kræves +6, men der er to Fe, så de skal deles med to, + 6/2 = +3:
2X (metalvalens) + 3 (-2) = 0
Simpelthen opløsning for X opnås valensen af Fe i oxidet. Men hvis X ikke er et heltal (som det er tilfældet med næsten alle andre oxider), er der en blanding af Fe 2+ og Fe 3+.
Traditionel nomenklatur
Suffikset –ico gives til præfikset ferr- når Fe har valence +3, og –oso når dens valens er 2+. Således Fe 2 O 3 hedder: jernoxid.
Applikationer
Nanopartikler
Jernoxider har en høj krystallisationsenergi til fælles, hvilket gør det muligt at skabe meget små krystaller, men med et stort overfladeareal.
Af denne grund er de af stor interesse inden for områderne nanoteknologi, hvor de designer og syntetiserer oxid nanopartikler (NP'er) til specifikke formål:
-Som katalysatorer.
-Et et reservoir af medikamenter eller gener i kroppen
-I design af sensoriske overflader til forskellige typer biomolekyler: proteiner, sukkerarter, fedt
-For at gemme magnetiske data
Pigmenter
Da nogle oxider er meget stabile, kan de bruges til at farve tekstiler eller give lyse farver på overfladerne af ethvert materiale. Fra mosaikkerne på gulve; rød, gul og orange (endda grøn) maling; keramik, plast, læder og endda arkitektoniske værker.
Referencer
- Trustees of Dartmouth College. (18. marts, 2004). Støkiometri af jernoxider. Taget fra: dartmouth.edu
- Ryosuke Sinmyo et al. (8. september 2016). Opdagelse af Fe 7 O 9: et nyt jernoxid med en kompleks monoklin struktur. Gendannes fra: nature.com
- M. Cornell, U. Schwertmann. Jernoxiderne: struktur, egenskaber, reaktioner, forekomster og anvendelser.. Wiley-VCH. Taget fra: epsc511.wustl.edu
- Alice Bu. (2018). Jernoxid-nanopartikler, egenskaber og anvendelser. Taget fra: sigmaaldrich.com
- Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Syntese, karakterisering, anvendelser og udfordringer i jernoxid-nanopartikler. Nanoteknologi, videnskab og applikationer, 9, 49–67.
- Golchha Pigmenter. (2009). Jernoxider: Anvendelser. Taget fra: golchhapigments.com
- Kemisk formulering. (2018). Jern (II) oxid. Taget fra: formulacionquimica.com
- Wikipedia. (2018). Jern (III) oxid. Taget fra: