Óxido de ferro (III): estrutura, nomenclatura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o óxido de ferro (III) O óxido férrico é um sólido inorgânico formado pela reação de ferro (Fe) e oxigênio (O₂), em que um estado de oxidação do ferro de +3 é obtido. Sua fórmula química é Fe₂OU₃.

Na natureza é encontrada principalmente na forma do mineral hematita, que deve seu nome à cor vermelha de suas listras. A hematita é o principal minério de ferro para uso industrial.

A cor e aparência do Fe₂OU₃ eles dependem do tamanho e da forma de suas partículas, bem como da identidade e quantidade de impurezas e água presentes. Os pigmentos amarelos, laranja e vermelhos são conhecidos. Não possui brilho metálico.

Não conduz eletricidade, mas misturado com outros óxidos, pode fazer vidros semicondutores. A forma cristalina alfa é antiferromagnética e a gama é ferromagnética.

É usado como pigmento vermelho em tintas, borrachas, cerâmicas e papel. Também em revestimentos de proteção para aço e outros metais. Sua versatilidade se deve a sua capacidade de tingimento e poder de revestimento, sua resistência à luz ultravioleta e álcalis.

É utilizado na preparação de granadas ou pedras finas de vários óxidos metálicos. É usado para polir vidro, diamante e metais preciosos (grau de joalheria). Também é usado como catalisador em várias reações. Tem sido usado para tratamento de águas residuais.

Estrutura

Alfa

A forma cristalina α-Fe₂OU₃ tem a estrutura de corindo (mineral Al₂OU₃), onde íons óxido (O^-2) formam camadas empacotadas hexagonais, com íons Fe⁺³ ocupando dois terços dos sítios octaédricos.

Em outras palavras, cada fé⁺³ é octaedricamente rodeado por 6 íons O^-2. Sua cor muda com o aumento do tamanho das partículas de vermelho brilhante para roxo escuro.

Gama

Γ-Fe₂OU₃ apresenta uma estrutura semelhante a espinela com um arranjo de empacotamento cúbico de íons óxido, com íons Fe⁺³ distribuídos aleatoriamente entre os interstícios octaédricos e tetraédricos. Essa variedade cristalina, quando aquecida ao ar acima de 400 ºC, muda para a estrutura alfa. Tem uma cor castanha.

Beta e Epsilon:

Eles são formas cristalinas raras deste óxido. Β-Fe₂OU₃ cristaliza em um sistema romboédrico. Esta estrutura é metaestável e quando aquecida acima de aproximadamente 500 ° C muda para a variedade alfa.

O ε-Fe₂OU₃ cristaliza ortorrombicamente. Também é metaestável e em temperaturas entre 230 e 500 ºC passa para a estrutura alfa.

Nomenclatura

Hematita: mineral natural Fe₂OU₃ que se cristaliza na forma alfa. Também é conhecido como especularita ou oligisto.

Maghemita ou hematita magnética: forma gama de Fe₂OU₃, pouco abundante na natureza.

Óxido férrico: Fé₂OU_3.

Óxidos de ferro natural (III): são aqueles encontrados na natureza. Eles foram usados desde a pré-história, por exemplo, nas pinturas das cavernas de Altamira.

Óxidos de ferro sintético (III): São preparados sinteticamente, obtendo-se uma composição que corresponde à dos minerais naturais. Eles são preferidos aos naturais por sua tonalidade pura, propriedades consistentes e capacidade de tingimento.

Propriedades

Estado físico

Sólido, cuja coloração pode ser vermelho luminoso, marrom avermelhado e violeta escuro dependendo da estrutura cristalina e do tamanho da partícula.

Peso molecular

159,69 g / mol.

Ponto de fusão

1566 ° C

Densidade

5,24 g / cm³

Solubilidade

Insolúvel em água, solúvel em ácido clorídrico (HCl) e ácido sulfúrico (H₂SW₄).

Outras propriedades

- Os óxidos de ferro (III) caracterizam-se pela baixa intensidade de cor, excelente resistência à luz ultravioleta, tingimento e excelente poder de cobertura.

- Não são tóxicos, têm cores firmes e são baratos.

- São resistentes a álcalis. Eles não reagem com ácidos ou bases fracas. Se não estiverem contaminados com manganês (Mn), não reagem com solventes orgânicos.

- A forma alfa é paramagnética (é atraída por ímãs, mas não se torna um material magnetizado permanentemente) ou antiferromagnética. É isolante elétrico.

- A forma gama é ferromagnética. Isso significa que quando submetido a um campo magnético, os dipolos magnéticos do material são arranjados, o que permanece por um certo tempo após a eliminação do campo magnético.

Formulários

Na indústria de construção

Os pigmentos de óxido de ferro (III) são amplamente utilizados para colorir cimento e outros materiais de construção: telhas de concreto, tijolos de pavimentação, cimento fibroso, betume ou argamassa, entre outros.

A referida utilização baseia-se no fato de que não afetam o tempo de pega, a força de compressão ou a resistência à tração do cimento ou de outros materiais.

Podem ser incorporados em muitos ligantes devido à sua tonalidade de cor pura, bom poder de cobertura, boa resistência à abrasão e baixa tendência a sedimentos.

Em tintas e revestimentos

Devido à sua resistência a ácidos e bases, são utilizados como pigmentos em tintas e vernizes. Sua resistência a altas temperaturas os torna bons em esmaltes.

Pigmentos à base de hematita sintética são usados em revestimentos de proteção contra corrosão, especialmente os marinhos. Sua estrutura cristalina retarda a penetração da umidade e das substâncias corrosivas presentes no salitre.

Protege bem em revestimentos de interiores, exteriores e peças metálicas. Na manutenção e repintura de pontes, seu uso proporciona proteção contra umidade, orvalho ou neblina densa e fácil secagem em baixas temperaturas ambientes.

Também é utilizado em papéis de revestimento de parede.

Na indústria de plásticos e borracha

Os óxidos de ferro (III) são usados para colorir plásticos e borrachas. Os óxidos de ferro (III) sintéticos são preferidos nesta aplicação. Embora os óxidos de ferro (III) naturais sejam mais baratos, seu uso diminuiu em comparação com os sintéticos.

Em vidro e joias

Eles também são usados no polimento de vidro, metais preciosos, diamantes e pedras preciosas.

Também atuam como corantes na fabricação de vidros.

Em material de gravação magnética

A forma gama tem sido usada como um material magnético na produção de mídia de gravação magnética, por exemplo, em sistemas de armazenamento de informações, como cassetes de áudio e vídeo, em estúdios de transmissão, disquetes, fitas de computador e discos rígidos ou soft drives de computador. .

Em tal aplicação, o tamanho da partícula é extremamente importante para garantir boas propriedades magnéticas. O nível de ruído nas fitas magnéticas diminui à medida que o tamanho das partículas diminui.

Sua resistência ao atrito também é importante, pois os discos flexíveis possuem uma camada magnética onde se encontram as partículas de maghemita, e sua vida útil depende da capacidade dessa camada de suportar o atrito.

Compostos poliméricos magnéticos foram preparados com nanopartículas de γ-Fe₂OU₃, para uso em dispositivos de interferência eletromagnética e absorção de microondas.

Na indústria alimentícia, farmacêutica e cosmética

Os pigmentos baseados em óxidos de ferro (III) sintéticos que foram produzidos a partir de materiais de partida puros são considerados não tóxicos.

Por isso, podem ser usados como corantes em produtos alimentícios, farmacêuticos e cosméticos.

Na catálise de reações químicas

Os óxidos de ferro (III) são usados como catalisadores ou bases de catalisadores em vários processos químicos.

Juntamente com o acetato de celulose, eles foram testados como suporte para nanopartículas de metal a serem utilizadas como catalisadores na degradação de compostos orgânicos tóxicos que poluem águas residuais.

Devido à sua capacidade de absorver luz do espectro visível, eles foram propostos para fotocatálise na fotodegradação de contaminação orgânica.

Na redução do aquecimento global

A hematita foi estudada como um sorvente de dióxido de carbono (CO₂) Está sendo investigado se isso ajudaria a resolver o problema dos efeitos do aquecimento global produzido pela alta concentração de CO.₂ na atmosfera.

Outros usos

- Devido à sua capacidade de adsorção, Fe₂OU₃ É usado na fabricação de sensores de flúor ou outros gases e em detectores de umidade.

- Misturado a outros óxidos, é utilizado na produção de cristais semicondutores.

- Tem sido usado como um intensificador das propriedades eletroquímicas em baterias recarregáveis de lítio.

Referências

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