VAS-OXID: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, NÓMENKLATÚRA, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A vas-oxid a vas és az oxigén között képződő vegyületek bármelyike. Jellemzőik, hogy ionosak és kristályosak, és ásványaik eróziója következtében szétszórtan feküdnek, összeállítva a talajt, a növényi tömeget és még az élő szervezetek belsejét is.

Ez akkor a vegyületek egyike, amelyek dominálnak a földkéregben. Pontosan mi ezek? A mai napig tizenhat vas-oxid ismert, ezek többsége természetes eredetű, mások szélsőséges nyomás vagy hőmérsékleti körülmények között szintetizáltak.

Forrás: öt hetedik, Flickr.

A porított vas-oxid egy részét a fenti ábra mutatja. Jellegzetes piros színe a különféle építészeti elemek vasát fedi le, az úgynevezett rozsda alatt. Hasonlóképpen megfigyelhető a lejtőkön, a hegyekben vagy a talajban, összekeverve sok más ásványi anyaggal, például a goetit sárga porával (α-FeOOH).

A legismertebb vas-oxidok a hematit (α-Fe ₂ O ₃) és a maghemit (ϒ-Fe ₂ O ₃), mind a vas-oxid polimorf formái; és nem utolsósorban a magnetit (Fe ₃ O ₄). Polimorf szerkezetük és nagy felületük érdekes anyagokká teszik őket szorbensként vagy széles körben alkalmazható nanorészecskék szintéziséhez.

Szerkezet

Forrás: Siyavula Education, Flickr.

A felső kép a FeO, az egyik vas-oxid kristályszerkezetének ábrázolása, ahol a vas valenciája +2. A piros gömb megfelel az O ^2- anionoknak, míg a sárga gömb a Fe ²⁺ kationoknak. Megjegyezzük továbbá, hogy mindegyik Fe ²⁺ körül hat O ^2-, képező oktaéderes egység koordinációt.

Ezért a FeO szerkezete "lebontható" FeO ₆ egységekre, ahol a központi atom Fe ²⁺. Oxihidroxidok vagy hidroxidok esetében az oktaéderes egység FeO ₃ (OH) ₃.

Egyes szerkezetekben az oktaéder helyett tetraéderes egységek vannak, FeO ₄. Ezért a vas-oxidok szerkezetét általában oktaéder vagy tetraéder ábrázolja, vascentrumokkal.

A vas-oxidok szerkezete függ a nyomás vagy a hőmérséklet körülményeitől, a Fe / O aránytól (azaz hány oxigéntartalom van vasonként és fordítva), valamint a vas vegyértékétől (+2, +3 és nagyon ritkán szintetikus oxidokban, +4).

Általában a nagyméretű O ^2- anionok olyan lapokká alakulnak, amelyek üregeiben a Fe ²⁺ vagy a Fe ³⁺ kationok vannak. Így vannak olyan oxidok (mint például a magnetit), amelyeknek mindkét vegyértékű vasa van.

polimorfizmus

A vas-oxidok polimorfizmust mutatnak, vagyis ugyanazon vegyület különböző struktúrái vagy kristályos elrendezései vannak. A vas-oxidnak, a Fe ₂ O ₃ -nak legfeljebb négy lehetséges polimorfja lehet. A hematit, az α-Fe ₂ O ₃, a legstabilabb; ezt követi maghemit, ϒ-Fe ₂ O ₃, valamint szintetikus β-Fe ₂ O ₃ és ε-Fe ₂ O ₃.

Mindegyiknek megvan a saját kristályszerkezete és rendszere. A 2: 3 arány azonban változatlan marad, tehát három O ^2- anion van két Fe ³⁺ kationra. A különbség abban rejlik, hogy a FeO ₆ oktaéderes egységek hogyan helyezkednek el az űrben, és hogyan vannak rögzítve.

Strukturális kapcsolatok

Forrás: Public Domain Files

A FeO ₆ oktaéderes egységeket a fenti kép segítségével lehet megjeleníteni. A sarkokban az oktaéder az O ^2-, míg a közepén a Fe ²⁺ vagy Fe ³⁺ (abban az esetben, Fe ₂ O ₃). Az ezen oktaéderek térben elrendezésének módja feltárja az oxid szerkezetét.

Ugyanakkor befolyásolják a kapcsolatukat is. Például két oktaéder összekapcsolható két csúcsuk megérintésével, amelyeket egy oxigénhíd képvisel: Fe-O-Fe. Hasonlóképpen, az oktaédereket össze lehet kötni széleikkel (egymás mellett). Ezután két oxigénhidaval ábrázolható: Fe- (O) _2- Fe.

És végül az oktaéderek kölcsönhatásba léphetnek az arcukon keresztül. Így a képviselet most három oxigénhidakkal történik: Fe- (O) ₃ -Fe. Az oktaéderek összekapcsolásának módja változtatja a Fe-Fe belső nukleáris távolságait és ennélfogva az oxid fizikai tulajdonságait.

Tulajdonságok

A vas-oxid mágneses tulajdonságokkal rendelkező vegyület. Ezek lehetnek anti-, ferro- vagy ferromágnesesek, és függnek a Fe vegyértékétől és attól, hogy a kationok miként lépnek kölcsönhatásba a szilárd anyagban.

Mivel a szilárd anyagok szerkezete nagyon változatos, csakúgy, mint azok fizikai és kémiai tulajdonságai.

Például a Fe ₂ O ₃ polimorfjainak és hidrátjainak különböző olvadáspontjai (amelyek 1200 és 1600 ° C között vannak) és sűrűségükkel rendelkeznek. Általában azonban a Fe ^{3+ -ból származó} alacsony oldhatóságú, azonos molekulatömegű, barna színűek és savas oldatban rosszul oldódnak.

Elnevezéstan

Az IUPAC három módszert határoz meg a vas-oxid elnevezésére. Mindhárom nagyon hasznos, bár az összetett oxidok (például Fe ₇ O ₉) esetében a szisztematika egyszerűsége miatt a többire vonatkozik.

Rendszeres nómenklatúra

Figyelembe veszik az oxigén és a vas számát, elnevezve a görög számozás előtagokkal mono-, di-, tri-, stb. E nómenklatúra szerint Fe ₂ O ₃ -ot di- tri - tri- oxidnak nevezik. És a Fe ₇ O _{9 esetében} a neve lenne: hepta-vas-nonaoxid.

Készlet-nómenklatúra

Ez figyelembe veszi a vas vegyértékét. Ha Fe ²⁺, akkor írva vas-oxid…, és vegyértékének a zárójelben levő római számokkal való megfigyelése. Fe ₂ O _{3 esetében} a neve: vas-oxid (III).

Vegye figyelembe, hogy a Fe ³⁺ algebrai összegekkel határozható meg. Ha az O ^2- két negatív töltést, és vannak hárman, akkor adja ki a -6. A -6 semlegesítéséhez +6 szükséges, de van két Fe, tehát ketté kell osztani, + 6/2 = +3:

2X (fém vegyérték) + 3 (-2) = 0

Ha egyszerűen oldjuk meg az X értéket, akkor megkapjuk a Fe vegyérték oxidban való megjelenését. De ha X nem egész szám (mint szinte az összes többi oxid esetében), akkor ott van Fe ²⁺ és Fe ³⁺ keveréke.

Hagyományos nómenklatúra

A –ico utótagot kapjuk a ferr előtagnak, ha Fe valenciája +3, és –az, ha valenciája 2+. Így a Fe ₂ O ₃ -ot vas-oxidnak nevezzük.

Alkalmazások

A nanorészecskék

A vas-oxidok nagy kristályosodási energiával rendelkeznek, ami lehetővé teszi nagyon kicsi kristályok létrehozását, de nagy felületükkel.

Ezért nagy érdeklődésre számot tartanak a nanotechnológia területén, ahol az oxid nanorészecskéket (NP-k) speciális célokra tervezik és szintetizálják:

-Mint katalizátorok.

-Kábítószer- vagy géntartályként a testben

-A szenzoros felületek tervezése különféle típusú biomolekulákhoz: fehérjék, cukrok, zsírok

-A mágneses adatok tárolására

pigmentek

Mivel egyes oxidok nagyon stabilak, textilfestékekhez használhatók, vagy bármilyen anyag felületének élénk színeket adhatnak. A mozaikoktól a padlón; piros, sárga és narancssárga (akár zöld) festékek; kerámia, műanyag, bőr, sőt építészeti munkák is.

Irodalom

1. A Dartmouth Főiskola megbízottjai. (2004. március 18.). A vas-oxidok sztöchiometria. Forrás: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (2016. szeptember 8.) Fe ₇ O _{9 felfedezése}: új, komplex monoklinikus szerkezetű vas-oxid. Helyreállítva: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. A vas-oxidok: szerkezet, tulajdonságok, reakciók, előfordulások és felhasználások.. Wiley-VCH. Feltöltve: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Vas-oxid nanorészecskék, jellemzők és alkalmazások. Forrás: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS és Hussain, A. (2016). A vas-oxid nanorészecskék szintézise, ​​jellemzése, alkalmazásai és kihívásai. Nanotechnológia, Tudomány és alkalmazások, 9, 49–67.
6. Golchha pigmentek. (2009). Vas-oxidok: Alkalmazások. Forrás: golchhapigments.com
7. Kémiai összetétel. (2018). Vas (II) -oxid. Forrás: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Vas (III) -oxid. Készült: