JERNOKSID: STRUKTUR, EGENSKAPER, NOMENKLATUR, BRUK - KJEMI - 2026

Et jernoksid er en av forbindelsene som dannes mellom jern og oksygen. De er preget av å være ioniske og krystallinske, og de ligger spredt produkt av erosjonen av mineralene deres, og komponerer jordsmonnet, den vegetale massen og til og med det indre av levende organismer.

Det er da en av familiene til forbindelser som dominerer i jordskorpen. Hva er de egentlig? Seksten jernoksider er kjent til dags dato, de fleste av dem med naturlig opprinnelse og andre syntetisert under ekstreme forhold med trykk eller temperatur.

Kilde: fem syvende, Flickr.

En del av pulverisert jernoksid er vist på bildet over. Den karakteristiske røde fargen dekker jernet fra forskjellige arkitektoniske elementer i det som kalles rust. På samme måte observeres det i bakkene, fjellene eller jordsmonnene, blandet med mange andre mineraler, for eksempel det gule pulveret av goethite (α-FeOOH).

Den mest kjente jernoxyder hematitt (α-Fe ₂ O ₃ ) og maghemitt (Υ- Fe ₂ O ₃ ), begge polymorfer av jern-III-oksid; og ikke minst magnetitt (Fe ₃ O ₄ ). Deres polymorfe strukturer og deres store overflate gjør dem til interessante materialer som sorbenter, eller for syntese av nanopartikler med store anvendelser.

Struktur

Kilde: Siyavula Education, Flickr.

Det øverste bildet er en representasjon av krystallstrukturen til FeO, en av jernoksidene der jern har en valens på +2. De røde kulene tilsvarer O ^2- anionene , mens de gule til Fe ²⁺ -kationene . Legg også merke til at hver Fe ²⁺ er omgitt av seks O ^2- , og danner en oktaedrisk koordinasjonsenhet.

Derfor kan strukturen til FeO "brytes ned" til enheter av FeO ₆ , der det sentrale atomet er Fe ²⁺ . Når det gjelder oksyhydroksider eller hydroksider, er den oktaedriske enheten FeO ₃ (OH) ₃ .

I noen strukturer, i stedet for oktaeder, er det tetraedriske enheter, FeO ₄ . Av denne grunn er strukturene til jernoksider vanligvis representert av oktaedra eller tetraeder med jernsentre.

Strukturen til jernoksider avhenger av betingelsene for trykk eller temperatur, av Fe / O-forholdet (det vil si hvor mange oksygener det er per jern og omvendt), og av valen til jern (+2, +3 og, veldig sjelden i syntetiske oksider, +4).

Generelt stiller de store O ^2- anionene seg opp for å danne ark hvis tomrom rommer Fe ²⁺ eller Fe ³⁺ kationene . Dermed er det oksider (for eksempel magnetitt) som har strykejern med begge valenser.

polymorfisme

Jernoksider presenterer polymorfisme, det vil si forskjellige strukturer eller krystallarrangementer for samme forbindelse. Jernoksyd, Fe ₂ O ₃ , har opp til fire mulige polymorfer. Hematitt, α-Fe ₂ O ₃ , er den mest stabile av alle; etterfulgt av maghemitt, Υ- Fe ₂ O ₃ , og av syntetisk β- Fe ₂ O ₃ og ε- Fe ₂ O ₃ .

De har alle sine egne typer krystallstrukturer og -systemer. Imidlertid forblir forholdet 2: 3 konstant, så det er tre O ^2- anioner for hver to Fe ³⁺ -kationer . Forskjellen ligger i hvordan FeO ₆ oktahedralenhetene er plassert i rommet og hvordan de er festet.

Strukturelle lenker

Kilde: Public Domain Files

Oktahedralenhetene FeO ₆ kan visualiseres ved hjelp av bildet over. I hjørnene av oktaederen er O ^2- , mens i midten er Fe ²⁺ eller Fe ³⁺ (i tilfelle av Fe ₂ O ₃ ). Måten disse oktaederne er plassert på i rommet avslører oksydets struktur.

Imidlertid påvirker de også hvordan de er knyttet sammen. For eksempel kan to oktaeder sammenføyes ved å berøre to av hjørnene deres, som er representert av en oksygenbro: Fe-O-Fe. På samme måte kan oktaedra skjøtes gjennom kantene (ved siden av hverandre). Den vil da være representert med to oksygenbroer: Fe- (O) _2- Fe.

Og til slutt kan oktaedra samhandle gjennom ansiktene deres. Dermed ville representasjonen nå være med tre oksygenbroer: Fe- (O) _3- Fe. Måten octahedra er koblet på vil variere Fe-Fe internukleære avstander og derfor de fysiske egenskapene til oksidet.

Egenskaper

Et jernoksid er en forbindelse med magnetiske egenskaper. Disse kan være anti-, ferro- eller ferrimagnetiske, og avhenger av valensene til Fe og hvordan kationene samvirker i det faste stoffet.

Fordi strukturen til faste stoffer er veldig variert, er det også deres fysiske og kjemiske egenskaper.

For eksempel, polymorfene og hydrater av Fe ₂ O ₃ ha forskjellige verdier for smeltepunkt (som varierer mellom 1200 og 1600 ºC) og densiteter. Imidlertid har de til felles den lave oppløseligheten på grunn av Fe ³⁺ , den samme molekylmassen, er brunfarget og oppløses dårlig i syreoppløsninger.

nomenklatur

IUPAC etablerer tre måter å navngi et jernoksid på. Alle tre er veldig nyttige, selv om for komplekse oksider (som Fe ₇ O ₉ ), systematikken styrer over de andre på grunn av deres enkelhet.

Systematisk nomenklatur

Antallet oksygen og jern tas med i betegnelsen, og benevner dem med de greske nummereringsprefikset mono-, di-, tri-, etc. I følge denne nomenklaturen kalles Fe ₂ O ₃ : tri oksyd av di jern. Og for Fe ₇ O ₉ vil navnet være: hepta-iron nonaoxide.

Bestandsnomenklatur

Dette vurderer valens av jern. Hvis det er Fe ²⁺ , er det skrevet jernoksid …, og dets valens med romertall vedlagt i parentes. For Fe ₂ O ₃ heter det: jernoksid (III).

Merk at Fe ³⁺ kan bestemmes av algebraiske summer. Hvis O ^2- har to negative ladninger, og det er tre av dem, legger de opp til -6. For å nøytralisere denne -6 kreves +6, men det er to Fe, så de må deles med to, + 6/2 = +3:

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

Bare å løse for X oppnås valensen av Fe i oksydet. Men hvis X ikke er et helt tall (som tilfellet er med nesten alle andre oksider), så er det en blanding av Fe ²⁺ og Fe ³⁺ .

Tradisjonell nomenklatur

Suffikset –ico gis til prefikset ferr- når Fe har valens +3, og –o når valens er 2+. Således, Fe ₂ O ₃ blir kalt: jernoksid.

applikasjoner

Nanopartikler

Jernoksider har en høy krystallisasjonsenergi til felles, noe som gjør det mulig å lage veldig små krystaller, men med et stort overflateareal.

Av denne grunn er de av stor interesse innen nanoteknologi, der de designer og syntetiserer oksid-nanopartikler (NP) til spesifikke formål:

-Som katalysatorer.

-Et et reservoar av medikamenter eller gener i kroppen

-I utforming av sensoriske overflater for forskjellige typer biomolekyler: proteiner, sukker, fett

-For å lagre magnetiske data

pigmenter

Fordi noen oksider er veldig stabile, kan de brukes til å farge tekstiler eller gi lyse farger til overflatene til ethvert materiale. Fra mosaikkene på gulvene; rød, gul og oransje (til og med grønn) maling; keramikk, plast, lær og til og med arkitektoniske arbeider.

referanser

1. Trustees of Dartmouth College. (18. mars 2004). Støkiometri av jernoksider. Hentet fra: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8. september 2016). Oppdagelse av Fe ₇ O ₉ : et nytt jernoksid med en sammensatt monoklinisk struktur. Gjenopprettet fra: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Jernoksidene: struktur, egenskaper, reaksjoner, forekomster og bruk. . Wiley-VCH. Hentet fra: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Jernoksid-nanopartikler, egenskaper og anvendelser. Hentet fra: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Syntese, karakterisering, anvendelser og utfordringer med jernoksid-nanopartikler. Nanoteknologi, vitenskap og applikasjoner, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Golchha Pigmenter. (2009). Jernoksider: Bruksområder. Hentet fra: golchhapigments.com
7. Kjemisk formulering. (2018). Jern (II) oksyd. Hentet fra: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Jern (III) oksyd. Hentet fra: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide