DZELZS OKSĪDS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, NOMENKLATŪRA, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Dzelzs oksīds ir jebkurš no savienojumiem, kas izveidoti starp dzelzi un skābekli. Viņiem raksturīga jonu un kristāliska izkliede, un tie ir izkliedēti minerālu erozijas produkti, veidojot augsni, augu masu un pat dzīvo organismu iekšpusi.

Tad tā ir viena no savienojumu ģimenēm, kas dominē zemes garozā. Kas tie īsti ir? Līdz šim ir zināmi sešpadsmit dzelzs oksīdi, no kuriem vairums ir dabiskas izcelsmes, bet citi - sintezēti ekstremālos spiediena vai temperatūras apstākļos.

Avots: pieci septītie, Flikrs.

Daļa pulverveida dzelzs oksīda ir parādīta attēlā iepriekš. Tā raksturīgā sarkanā krāsa pārklāj dažādu arhitektūras elementu dzelzi tā sauktajā rūsā. Tāpat tas tiek novērots nogāzēs, kalnos vai augsnē, sajaukts ar daudziem citiem minerāliem, piemēram, ar goetīta dzelteno pulveri (α-FeOOH).

Pazīstamākie dzelzs oksīdi ir hematīts (α-Fe ₂ O ₃ ) un maghemīts (ϒ-Fe ₂ O ₃ ), abi dzelzs oksīda polimorfi; un ne mazāk svarīgi - magnīts (Fe ₃ O ₄ ). Viņu polimorfās struktūras un lielais virsmas laukums padara tos par interesantiem materiāliem kā sorbentiem vai nanodaļiņu sintēzei ar plašu pielietojumu.

Uzbūve

Avots: Siyavula Education, Flickr.

Augšējais attēls ir FeO, viena no dzelzs oksīdiem, kur dzelzs valents ir +2, kristāla struktūras attēlojums. Sarkanās lodes atbilst O ² anjoniem , bet dzeltenās - Fe ²⁺ katjoniem . Jāņem vērā arī, ka katrs Fe ²⁺ ieskauj seši O ^2- , veidojot octahedral vienību koordinācijas.

Tāpēc FeO struktūru var "sadalīt" FeO ₆ vienībās , kur centrālais atoms ir Fe ²⁺ . Oksihidroksīdu vai hidroksīdu gadījumā oktaedriskā vienība ir FeO ₃ (OH) ₃ .

Dažās struktūrās oktaedra vietā ir tetraedriskas vienības, FeO ₄ . Šī iemesla dēļ dzelzs oksīdu struktūras parasti attēlo oktaedra vai tetraedra ar dzelzs centriem.

Dzelzs oksīdu struktūras ir atkarīgas no spiediena vai temperatūras apstākļiem, no Fe / O attiecības (tas ir, cik daudz skābekļa ir vienā dzelzs un otrādi) un no dzelzs valences (+2, +3 un, ļoti reti sintētiskos oksīdos, +4).

Kopumā lielgabarīta O2 ^- anijoni veido lapas, kuru tukšumos atrodas Fe ²⁺ vai Fe ³⁺ katjoni . Tādējādi ir oksīdi (piemēram, magnetīts), kuriem ir gludekļi ar abiem valentiem.

Polimorfisms

Dzelzs oksīdi rada polimorfismu, tas ir, atšķirīgas struktūras vai kristāla izkārtojumi vienam un tam pašam savienojumam. Dzelzs oksīdam Fe ₂ O ₃ ir līdz četriem iespējamiem polimorfiem. Hematīts, α-Fe ₂ O ₃ , ir visstabilākais no visiem; kam seko maghemīts, ϒ-Fe ₂ O ₃ , un sintētiskie β-Fe ₂ O ₃ un ε-Fe ₂ O ₃ .

Viņiem visiem ir savi kristālu struktūru un sistēmu veidi. Tomēr attiecība 2: 3 paliek nemainīga, tāpēc uz katriem diviem Fe ³⁺ katjoniem ir trīs O2 ^- anjoni . Atšķirība ir tajā, kā FeO ₆ oktaedriskās vienības atrodas telpā un kā tās ir piestiprinātas.

Strukturālās saites

Avots: publiskā domēna faili

Oktaedriskās vienības FeO ₆ var vizualizēt, izmantojot iepriekš redzamo attēlu. In stūriem oktaedriski ir O ^2- , kamēr tā centrā Fe ²⁺ vai Fe ³⁺ (gadījumā, ja Fe ₂ O ₃ ). Tas, kā šie oktaedri ir izvietoti telpā, atklāj oksīda struktūru.

Tomēr tie ietekmē arī to, kā viņi ir saistīti. Piemēram, divus oktaedrus var savienot, pieskaroties divām to virsotnēm, kuras apzīmē skābekļa tilts: Fe-O-Fe. Tāpat oktaedru var savienot caur to malām (blakus viena otrai). Tad to attēlo ar diviem skābekļa tiltiem: Fe- (O) _2- Fe .

Un visbeidzot, oktaedri var mijiedarboties caur viņu sejām. Tādējādi tagad attēlojums būs ar trim skābekļa tiltiem: Fe- (O) ₃ -Fe. Oktaedru savienošanas veids var atšķirties starp Fe-Fe kodolieroču attālumiem un līdz ar to oksīda fizikālajām īpašībām.

Īpašības

Dzelzs oksīds ir savienojums ar magnētiskām īpašībām. Tie var būt anti, ferro vai ferimagnētiski, un tie ir atkarīgi no Fe valences un no tā, kā katjoni mijiedarbojas cietā stāvoklī.

Tā kā cietvielu struktūras ir ļoti dažādas, tāpat kā to fizikālās un ķīmiskās īpašības.

Piemēram, Fe ₂ O ₃ polimorfiem un hidrātiem ir dažādas kušanas punktu vērtības (kas svārstās no 1200 līdz 1600 ° C) un blīvuma. Tomēr tiem parasti ir zema šķīdība, pateicoties Fe ³⁺ , ar vienādu molekulmasu, brūnā krāsā un slikti šķīst skābos šķīdumos.

Nomenklatūra

IUPAC nosaka trīs veidus, kā nosaukt dzelzs oksīdu. Visi trīs ir ļoti noderīgi, lai gan kompleksiem oksīdiem (piemēram, Fe ₇ O ₉ ) to vienkāršības dēļ sistemātika valda pār citiem.

Sistemātiska nomenklatūra

Tiek ņemti vērā skābekļa un dzelzs skaitļi, nosaucot tos ar grieķu numerācijas prefiksiem mono-, di-, tri- utt. Saskaņā ar šo nomenklatūru Fe ₂ O ₃ sauc par di dzelzs tri oksīdu . Un Fe ₇ O ₉ tā nosaukums būtu: hepta-dzelzs nonaoksīds.

Akciju nomenklatūra

Tas ņem vērā dzelzs valenci. Ja tas ir Fe ²⁺ , tas ir uzrakstīts dzelzs oksīds …, un tā valence ar romiešu cipariem, kas pievienoti iekavās. Fe ₂ O ₃ nosaukums ir: dzelzs oksīds (III).

Ņemiet vērā, ka Fe ³⁺ var noteikt ar algebriskām summām. Ja O ² ir divas negatīvas izmaksas, un tur ir trīs no viņiem, viņi pievienot līdz -6. Lai neitralizētu šo -6, ir nepieciešama +6, bet ir divas Fe, tāpēc tās jāsadala ar divām, + 6/2 = +3:

2X (metāla valence) + 3 (-2) = 0

Vienkārši risinot X, iegūst Fe valenci oksīdā. Bet, ja X nav vesels skaitlis (kā tas ir gandrīz visu citu oksīdu gadījumā), tad tur ir Fe ²⁺ un Fe ³⁺ maisījums .

Tradicionālā nomenklatūra

Sufikss –ico tiek piešķirts prefiksam ferr, kad Fe ir valence +3, un –oso, ja tā valence ir 2+. Tādējādi Fe ₂ O ₃ sauc par dzelzs oksīdu.

Lietojumprogrammas

Nanodaļiņas

Dzelzs oksīdiem ir augsta kopēja kristalizācijas enerģija, kas ļauj radīt ļoti mazus kristālus, bet ar lielu virsmas laukumu.

Šī iemesla dēļ viņi ir ļoti ieinteresēti nanotehnoloģiju jomās, kur viņi projektē un sintezē oksīda nanodaļiņas (NP) īpašiem mērķiem:

-Kā katalizatori.

- Kā narkotiku vai gēnu rezervuārs organismā

-Projektējot maņu virsmas dažādu veidu biomolekulēm: olbaltumvielām, cukuriem, taukiem

-Lai saglabātu magnētiskos datus

Pigmenti

Tā kā daži oksīdi ir ļoti stabili, tos var izmantot tekstilizstrādājumu krāsošanai vai jebkura materiāla virsmu spilgtām krāsām. No mozaīkas uz grīdas; sarkanas, dzeltenas un oranžas (pat zaļas) krāsas; keramikas, plastmasas, ādas un pat arhitektūras darbi.

Atsauces

1. Dartmutas koledžas pilnvarotie. (2004. gada 18. marts). Dzelzs oksīdu stehiometrija. Iegūts no: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (2016. gada 8. septembris). Fe ₇ O ₉ atklāšana : jauns dzelzs oksīds ar sarežģītu monoklinisko struktūru. Atgūts no: nature.com
3. M. Kornels, U. Švermans. Dzelzs oksīdi: struktūra, īpašības, reakcijas, rašanās un lietošanas veidi. . WILEY-VCH. Paņemts no: epsc511.wustl.edu
4. Alise Bu. (2018). Dzelzs oksīda nanodaļiņas, raksturojums un pielietojums. Iegūts no: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Dzelzs oksīda nanodaļiņu sintēze, raksturojums, pielietojums un izaicinājumi. Nanotehnoloģija, zinātne un lietojumi, 9., 49. – 67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Golčha pigmenti. (2009). Dzelzs oksīdi: Pielietojums. Iegūts no: golchhapigments.com
7. Ķīmiskais sastāvs. (2018). Dzelzs (II) oksīds. Paņemts no: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Dzelzs (III) oksīds. Ņemts no: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide