Hidróxido de ferro (III): estrutura, propriedades e usos - Ciência - 2023

Contente

o hidróxido de ferro (III) é um composto inorgânico cuja fórmula é estritamente Fe (OH)₃, em que a proporção de íons Fe³⁺ e OH^– é 3: 1. No entanto, a química do ferro pode ser bastante complicada; portanto, este sólido não é composto apenas dos íons mencionados.

Na verdade, Fe (OH)₃ contém o ânion O^2-; portanto, é um monohidrato de hidróxido de óxido de ferro: FeOOHH₂O. Se o número de átomos para este último composto for adicionado, será verificado que ele coincide com o de Fe (OH)₃. Ambas as fórmulas são válidas para se referir a este hidróxido de metal.

Em laboratórios de ensino ou pesquisa de química, Fe (OH)₃ é observado como um precipitado marrom-alaranjado; semelhante ao sedimento na imagem acima. Quando essa areia enferrujada e gelatinosa é aquecida, ela libera o excesso de água, adquirindo uma coloração laranja-amarelada (pigmento amarelo 42).

Este pigmento amarelo 42 é o mesmo FeOOHH₂Ou sem a presença adicional de água coordenada a Fe³⁺. Quando este é desidratado, ele se transforma em FeOOH, que pode existir na forma de diferentes polimorfos (goetita, akaganeita, lepidocrocita, feroxihita, entre outros).

O mineral bernalita, por outro lado, exibe cristais verdes com composição de base Fe (OH)₃NH₂OU; fonte mineralógica deste hidróxido.

Estrutura do hidróxido de ferro (III)

As estruturas cristalinas dos óxidos e hidróxidos de ferro são um pouco complicadas. Mas, de um ponto de vista simples, pode ser considerado como repetições ordenadas de unidades octaédricas FeO₆. Assim, esses octaedros ferro-oxigênio se entrelaçam por seus cantos (Fe-O-Fe), ou por suas faces, estabelecendo todos os tipos de cadeias poliméricas.

Se essas cadeias parecem ordenadas no espaço, o sólido é considerado cristalino; caso contrário, é amorfo. Este fator, juntamente com a forma como os octaedros se unem, determinam a estabilidade energética do cristal e, portanto, de suas cores.

Por exemplo, os cristais ortorrômbicos de bernalita, Fe (OH)₃NH₂Ou, eles são de cor esverdeada porque seu octaedro FeO₆ eles apenas se unem pelos cantos; ao contrário de outros hidróxidos de ferro, que aparecem avermelhados, amarelos ou marrons, dependendo do grau de hidratação.

Deve-se notar que os oxigênios de FeO₆ vêm do OH^– ou O^2-; a descrição exata corresponde aos resultados da análise cristalográfica. Embora não seja tratada como tal, a natureza da ligação Fe-O é iônica com um certo caráter covalente; que para outros metais de transição se torna ainda mais covalente, como com a prata.

Propriedades

Enquanto o Fe (OH)₃ É um sólido facilmente reconhecido quando sais de ferro são adicionados a um meio alcalino, suas propriedades não são totalmente claras.

No entanto, sabe-se que é responsável por modificar as propriedades organolépticas (sabor e cor, principalmente) da água potável; que é muito insolúvel em água (K_sp=2,79·10^-39); e também que sua massa molar e densidade são 106,867 g / mol e 4,25 g / mL.

Este hidróxido (assim como seus derivados) não pode ter ponto de fusão ou ebulição definido, pois quando aquecido libera vapor d'água, convertendo-o em sua forma anidra FeOOH (junto com todos os seus polimorfos). Portanto, se continuar a aquecer, o FeOOH derreterá e não o FeOOH · H₂OU.

Para estudar suas propriedades mais profundamente, seria necessário submeter o pigmento amarelo 42 a numerosos estudos; mas é mais do que provável que no processo mude de cor para avermelhado, indicativo da formação de FeOOH; ou pelo contrário, ele se dissolve no complexo aquoso Fe (OH)₆³⁺(meio ácido), ou no ânion Fe (OH)₄^–(meio muito básico).

Formulários

Absorvente

Na seção anterior, foi mencionado que Fe (OH)₃ é muito insolúvel em água, podendo até precipitar em pH próximo a 4,5 (se não houver espécie química para interferir). Ao precipitar, pode levar embora (co-precipitar) algumas impurezas do meio ambiente que são prejudiciais à saúde; por exemplo, os sais de cromo ou arsênio (Cr³⁺, Cr⁶⁺, e como³⁺, Como⁵⁺).

Então, esse hidróxido permite ocluir esses metais e outros mais pesados, agindo como absorvente.

A técnica consiste não tanto em precipitar o Fe (OH)₃ (alcalinizando o meio), mas em vez disso é adicionado diretamente à água ou solo contaminado, usando pós ou grãos comprados comercialmente.

Usos terapêuticos

O ferro é um elemento essencial para o corpo humano. A anemia é uma das doenças mais marcantes devido à sua deficiência. Por isso, é sempre uma questão de pesquisa conceber alternativas diferentes para incorporar esse metal em nossa dieta para que não sejam gerados efeitos colaterais.

Um dos suplementos à base de Fe (OH)₃Baseia-se no seu complexo com polimaltose (ferro polimaltose), que possui menor grau de interação com alimentos que o FeSO₄; ou seja, mais ferro está biologicamente disponível para o corpo e não é coordenado com outras matrizes ou sólidos.

O outro suplemento é composto de nanopartículas de Fe (OH)₃ suspenso em um meio consistindo principalmente de adipatos e tartaratos (e outros sais orgânicos). Este provou ser menos tóxico do que o FeSO₄Além de aumentar a hemoglobina, não se acumula na mucosa intestinal e promove o crescimento de micróbios benéficos.

Pigmento

O Pigment Yellow 42 é usado em tintas e cosméticos e, como tal, não representa um risco potencial para a saúde; a menos que seja ingerido acidentalmente.

Bateria de ferro

Embora Fe (OH) não seja formalmente usado nesta aplicação₃, isso poderia servir como um material de partida para FeOOH; composto com o qual é fabricado um dos eletrodos de uma bateria barata e simples de ferro, que também funciona em pH neutro.

As reações de meia célula para esta bateria são expressas abaixo com as seguintes equações químicas:

½ Fe ⇋ ½ Fe²⁺ + e^–

Fé^IIIOOH + e^– + 3H⁺⇋ Faith²⁺ + 2H₂OU

O ânodo torna-se um eletrodo de ferro, que libera um elétron que, depois de passar pelo circuito externo, entra no cátodo; eletrodo feito de FeOOH, reduzindo a Fe²⁺. O meio eletrolítico para esta bateria é composto de sais solúveis de Fe²⁺.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Hidróxido férrico. Banco de dados PubChem. CID = 73964. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Wikipedia. (2019). Óxido-hidróxido de ferro (III). Recuperado de: en.wikipedia.org
N. Pal. (s.f.). Hidróxido férrico granular para eliminação de arsênio da água potável. [PDF]. Recuperado de: archive.unu.edu
R.M. Cornell e U. Schwertmann. (s.f.). Os óxidos de ferro: estrutura, propriedades, reações, ocorrências e usos. [PDF]. http://epsc511.wustl.edu/IronOxide_reading.pdf
Birch, W.D., Pring, A., Reller, A. et al. Naturwissenschaften. (1992). Bernalita: um novo hidróxido férrico com estrutura perovskita. 79: 509. doi.org/10.1007/BF01135768
Geoquímica Ambiental de Polímeros Férricos em Soluções Aquosas e Precipitados. Recuperado de: geoweb.princeton.edu
Giessen, van der, A. A. (1968). Propriedades químicas e físicas do hidrato de óxido de ferro (III) Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven DOI: 10.6100 / IR23239
Funk F, Canclini C e Geisser P. (2007). Interações entre o complexo de polimaltose de ferro (III) -hidróxido de polimaltose e medicamentos comumente usados / estudos de laboratório em ratos. DOI: 10.1055 / s-0031-1296685
Pereira, D. I., Bruggraber, S. F., Faria, N., Poots, L. K., Tagmount, M. A., Aslam, M. F., Powell, J. J. (2014). O oxo-hidróxido de ferro (III) nanoparticulado fornece ferro seguro que é bem absorvido e utilizado em humanos. Nanomedicine: nanotechnology, biology, and medicine, 10 (8), 1877-1886. doi: 10.1016 / j.nano.2014.06.012
Gutsche, S. Berling, T. Plaggenborg, J. Parisi e M. Knipper. (2019). Prova de conceito de uma bateria de hidróxido de óxido de ferro-ferro (III) trabalhando em pH neutro. Int. J. Electrochem. Sci., Vol. 14, 2019 1579. doi: 10.20964 / 2019.02.37