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

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UMA óxido de ferro É qualquer um dos compostos formados entre o ferro e o oxigênio. Caracterizam-se por serem iônicos e cristalinos, e se espalham pela erosão de seus minerais, compondo os solos, a massa vegetal e, até mesmo, o interior dos organismos vivos.

É então uma das famílias de compostos que predominam na crosta terrestre. O que exatamente são? Conhecem-se dezesseis óxidos de ferro, a maioria de origem natural e outros sintetizados em condições extremas de pressão ou temperatura.

Uma parte do óxido férrico em pó é mostrada na imagem acima. Sua cor vermelha característica cobre o ferro de vários elementos arquitetônicos no que é conhecido como ferrugem. Da mesma forma, é observada nas encostas, montanhas ou solos, misturada a diversos outros minerais, como o pó amarelo da goethita (α-FeOOH).

Os óxidos de ferro mais conhecidos são a hematita (α-Fe₂OU₃) e maghemita (ϒ- Fe₂OU₃), ambos polimorfos de óxido férrico; e não menos importante, magnetita (Fe₃OU₄) Suas estruturas polimórficas e sua grande área superficial os tornam materiais interessantes como sorventes, ou para a síntese de nanopartículas com amplas aplicações.

Estrutura

A imagem superior é uma representação da estrutura cristalina de FeO, um dos óxidos de ferro onde o ferro tem uma valência de +2. As esferas vermelhas correspondem aos ânions O^2-, enquanto os amarelos para os cátions²⁺. Observe também que cada fé²⁺ é cercado por seis O's^2-, formando uma unidade octaédrica de coordenação.

Portanto, a estrutura do FeO pode ser "desintegrada" em unidades de FeO.₆, onde o átomo central é Fe²⁺. No caso de oxihidróxidos ou hidróxidos, a unidade octaédrica é FeO₃(OH)₃.

Em algumas estruturas, em vez do octaedro, existem unidades tetraédricas, FeO₄. Por esta razão, as estruturas dos óxidos de ferro são geralmente representadas por octaedros ou tetraedros com centros de ferro.

As estruturas dos óxidos de ferro dependem das condições de pressão ou temperatura, da razão Fe / O (ou seja, quantos oxigênios existem por ferro e vice-versa), e da valência do ferro (+2, +3 e, muito raramente em óxidos sintéticos, +4).

Em geral, os ânions volumosos O^2- estão alinhados formando folhas cujos orifícios alojam os fécações²⁺ o Fé³⁺. Assim, existem óxidos (como a magnetita) que possuem ferros com ambas as valências.

Polimorfismo

Os óxidos de ferro apresentam polimorfismo, ou seja, diferentes estruturas ou arranjos cristalinos para um mesmo composto. Óxido férrico, Fe₂OU₃, tem até quatro polimorfos possíveis. Hematita, α-Fe₂OU₃É o mais estável de todos; seguido pela maghemita, ϒ- Fe₂OU₃, e pelo β-Fe sintético₂OU₃ e ε- Fe₂OU₃.

Todos eles têm seus próprios tipos de estruturas e sistemas cristalinos. No entanto, a razão 2: 3 permanece constante, então existem três ânions O^2- para cada dois cátions Fe³⁺. A diferença está em como as unidades octaédricas FeO estão localizadas.₆no espaço e como vocês estão juntos.

Links estruturais

Unidades octaédricas FeO₆ pode ser visto usando a imagem acima. Nos cantos do octaedro estão os O^2-, enquanto em seu centro o Fe²⁺ o Fé³⁺(no caso do Fe₂OU₃) A maneira como esses octaedros estão dispostos no espaço revela a estrutura do óxido.

No entanto, eles também influenciam a forma como estão vinculados. Por exemplo, dois octaedros podem ser unidos tocando dois de seus vértices, que são representados por uma ponte de oxigênio: Fe-O-Fe. Da mesma forma, os octaedros podem ser unidos por suas bordas (adjacentes uns aos outros). Seria então representado por duas pontes de oxigênio: Fe- (O)₂-Fé.

E, finalmente, os octaedros podem interagir por meio de seus rostos. Assim, a representação seria agora com três pontes de oxigênio: Fe- (O)₃-Fé. A forma como os octaedros estão ligados variaria as distâncias internucleares Fe-Fe e, portanto, as propriedades físicas do óxido.

Propriedades

Um óxido de ferro é um composto com propriedades magnéticas. Estes podem ser anti, ferro ou ferrimagnéticos, e dependem das valências do Fe e de como os cátions interagem no sólido.

Como as estruturas dos sólidos são muito variadas, o mesmo ocorre com suas propriedades físicas e químicas.

Por exemplo, os polimorfos e hidratos de Fe₂OU₃ eles têm diferentes valores de pontos de fusão (que variam entre 1200 e 1600ºC) e densidades. No entanto, eles têm em comum a baixa solubilidade devido ao Fe³⁺, a mesma massa molecular, são de cor marrom e são pouco dissolvidos em soluções ácidas.

Nomenclatura

A IUPAC estabelece três maneiras de nomear um óxido de ferro. Todos os três são muito úteis, embora para óxidos complexos (como o Fe₇OU₉) as regras sistemáticas sobre as demais por sua simplicidade.

Nomenclatura sistemática

Os números de oxigênio e ferro são levados em consideração, nomeando-os com os prefixos numéricos gregos mono-, di-, tri-, etc. De acordo com esta nomenclatura o Fe₂OU₃ se chama: trióxido de deuferro. E pela fé₇OU₉ seu nome seria: Nonóxido de ferro heptano.

Nomenclatura de ações

Isso considera a valência do ferro. Se é sobre fé²⁺, está escrito óxido de ferro ..., e sua valência com algarismos romanos entre parênteses. Pela fé₂OU₃ seu nome é: óxido de ferro (III).

Observe que o Fe³⁺ pode ser determinado por somas algébricas. Se o O^2- Ele tem duas cargas negativas, e há três delas, que somam -6. Para neutralizar este -6, +6 é necessário, mas há dois Fe, então eles devem ser divididos por dois, + 6/2 = +3:

2X (valência de metal) + 3 (-2) = 0

Simplesmente resolvendo para X, a valência de Fe no óxido é obtida. Mas se X não for um inteiro (como é o caso de quase todos os outros óxidos), então há uma mistura de Fe²⁺ e fé³⁺.

Nomenclatura tradicional

O sufixo –ico é dado ao prefixo ferr- quando Fe tem valência +3, e –oso quando sua valência é 2+. Assim, o Fe₂OU₃ é chamado: óxido férrico.

Formulários

Nanopartículas

Os óxidos de ferro têm em comum uma alta energia de cristalização, o que possibilita a formação de cristais muito pequenos, mas com grande área superficial.

Por este motivo, eles são de grande interesse nas áreas de nanotecnologia, onde projetam e sintetizam nanopartículas de óxido (NPs) para fins específicos:

-Como catalisadores.

- Como um reservatório de drogas ou genes dentro do corpo

- No projeto de superfícies sensoriais para diferentes tipos de biomoléculas: proteínas, açúcares, gorduras

-Para armazenar dados magnéticos

Pigmentos

Como alguns óxidos são muito estáveis, eles podem ser usados para tingir tecidos ou dar cores vivas às superfícies de qualquer material. Dos mosaicos nos pisos; tintas vermelhas, amarelas e laranja (mesmo verdes); cerâmica, plástico, couro e até obras arquitetônicas.

Referências

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