IJZER (III) HYDROXIDE: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2025

Het ijzerhydroxide (III) is een anorganische verbinding waarvan de formule strikt Fe (OH) _{3 is} , waarin de verhouding Fe ³⁺ en OH ^- 3: 1 is. De chemie van ijzer kan echter behoorlijk ingewikkeld zijn; dus deze vaste stof is niet alleen samengesteld uit de genoemde ionen.

In feite, Fe (OH) ₃ bevat het anion O ^2- ; daarom is het een monohydraat ijzerhydroxideoxide: FeOOH · H ₂ O. Als het aantal atomen voor deze laatste verbinding wordt toegevoegd, zal worden geverifieerd dat het samenvalt met dat van Fe (OH) ₃ . Beide formules zijn geldig om naar dit metaalhydroxide te verwijzen.

IJzer (III) hydroxide in een kikkerpoel. Bron: Clint Budd (https://www.flickr.com/photos//13016864125)

In onderwijs- of onderzoekschemie-laboratoria wordt Fe (OH) ₃ waargenomen als een oranjebruin neerslag; vergelijkbaar met sediment in de bovenstaande afbeelding. Wanneer dit roestige en geleiachtige zand wordt verhit, komt er overtollig water vrij, waardoor het zijn oranjegele kleur krijgt (geel pigment 42).

Deze gele pigment 42 is gelijk FeOOH · H ₂ O zonder bijkomende aanwezigheid van water gecoördineerd met Fe ³⁺ . Wanneer dit wordt gedehydrateerd, wordt het omgezet in FeOOH, dat kan voorkomen in de vorm van verschillende polymorfen (onder andere goethiet, akaganeiet, lepidocrociet, feroxihita).

Het mineraal bernaliet daarentegen vertoont groene kristallen met een basissamenstelling Fe (OH) ₃ · nH ₂ O; mineralogische bron van dit hydroxide.

Structuur van ijzer (III) hydroxide

De kristalstructuren van ijzeroxiden en hydroxiden zijn een beetje ingewikkeld. Maar vanuit een eenvoudig oogpunt kan het worden beschouwd als geordende herhalingen van octaëdrische eenheden FeO ₆ . Dus deze ijzer-zuurstof octaëders verstrengelen zich door hun hoeken (Fe-O-Fe), of hun gezichten, en vormen zo allerlei polymeerketens.

Als dergelijke kettingen er geordend uitzien in de ruimte, wordt gezegd dat de vaste stof kristallijn is; anders is het amorf. Deze factor, samen met de manier waarop de octaëders worden samengevoegd, bepaalt de energiestabiliteit van het kristal en dus de kleuren.

Bijvoorbeeld, de orthorhombische kristallen van bernaliet, Fe (OH) ₃ · nH ₂ O, hebben een groenachtige kleur vanwege het feit dat hun FeO ₆ octaëders alleen via hun hoeken binden; in tegenstelling tot andere ijzerhydroxiden, die roodachtig, geel of bruin lijken, afhankelijk van de mate van hydratatie.

Opgemerkt wordt dat de zuurstofatomen van FeO ₆ afkomstig van beide OH ^- of O ^2- ; de exacte beschrijving komt overeen met de resultaten van kristallografische analyse. Hoewel het niet als zodanig wordt aangepakt, is de aard van de Fe-O-binding ionisch met een bepaald covalent karakter; die voor andere overgangsmetalen nog covalenter wordt, zoals bij zilver.

Eigendommen

Hoewel Fe (OH) ₃ een vaste stof is die gemakkelijk wordt herkend wanneer ijzerzouten worden toegevoegd aan een alkalisch medium, zijn de eigenschappen ervan niet helemaal duidelijk.

Het is echter bekend dat het verantwoordelijk is voor het wijzigen van de organoleptische eigenschappen (vooral smaak en kleur) van drinkwater; dat zeer onoplosbaar is in water (K _sp = 2,79 · ^10-39 ); en ook dat zijn molaire massa en dichtheid 106,867 g / mol en 4,25 g / ml zijn.

Dit hydroxide (net als zijn derivaten) kan geen gedefinieerd smelt- of kookpunt hebben, omdat het bij verhitting waterdamp afgeeft, waardoor het wordt omgezet in zijn watervrije vorm FeOOH (samen met al zijn polymorfen). Daarom, als het verwarmen doorgaat, zal FeOOH smelten en niet FeOOH · H ₂ O.

Om de eigenschappen ervan grondiger te bestuderen, zou het nodig zijn om het gele pigment 42 aan talrijke studies te onderwerpen; maar het is meer dan waarschijnlijk dat het tijdens het proces van kleur verandert in roodachtig, wat wijst op de vorming van FeOOH; of integendeel, het lost op in het complexe waterige Fe (OH) ₆ ³⁺ (zuur medium), of in het anion Fe (OH) ₄ ^- (zeer basisch medium).

Toepassingen

Absorberend

In de vorige paragraaf werd vermeld dat Fe (OH) ₃ zeer onoplosbaar is in water, en zelfs kan neerslaan bij een pH dichtbij 4,5 (als er geen tussenliggende chemische soort is). Door te neerslaan, kan het bepaalde onzuiverheden uit het milieu die schadelijk zijn voor de gezondheid, afvoeren (co-precipiteren); bijvoorbeeld de zouten van chroom of arseen (Cr ³⁺ , Cr ⁶⁺ en As ³⁺ , As ⁵⁺ ).

Vervolgens laat dit hydroxide toe om deze metalen en andere zwaardere metalen af ​​te sluiten en werkt het als een absorberend middel.

De techniek bestaat niet zozeer uit het neerslaan van Fe (OH) ₃ (het alkaliseren van het medium), maar in plaats daarvan wordt het direct toegevoegd aan vervuild water of vervuilde grond, met behulp van in de handel gekochte poeders of granen.

Therapeutische toepassingen

IJzer is een essentieel element voor het menselijk lichaam. Bloedarmoede is een van de meest prominente ziekten vanwege het tekort. Om deze reden is het altijd een kwestie van onderzoek om verschillende alternatieven te bedenken om dit metaal in onze voeding op te nemen, zodat er geen neveneffecten ontstaan.

Een van de supplementen op basis van Fe (OH) ₃ is gebaseerd op zijn complex met polymaltose (polymaltose ijzer), dat een lagere mate van interactie heeft met voedsel dan FeSO ₄ ; dat wil zeggen, meer ijzer is biologisch beschikbaar voor het lichaam en wordt niet gecoördineerd met andere matrices of vaste stoffen.

Het andere supplement is samengesteld uit nanodeeltjes van Fe (OH) ₃ gesuspendeerd in een medium dat voornamelijk bestaat uit adipaten en tartraten (en andere organische zouten). Dit bleek minder giftig te zijn dan FeSO ₄ , naast het verhogen van de hemoglobine, hoopt het zich niet op in het darmslijmvlies en bevordert het de groei van nuttige microben.

Pigment

Pigment Yellow 42 wordt gebruikt in verf en cosmetica en vormt als zodanig geen potentieel gezondheidsrisico; tenzij per ongeluk ingeslikt.

IJzeren batterij

Hoewel Fe (OH) ₃ formeel niet wordt gebruikt in deze toepassing , zou het kunnen dienen als uitgangsmateriaal voor FeOOH; verbinding waarmee een van de elektroden van een goedkope en eenvoudige ijzeren batterij wordt vervaardigd, die ook bij een neutrale pH werkt.

De halfcelreacties voor deze batterij worden hieronder uitgedrukt met de volgende chemische vergelijkingen:

½ Fe ⇋ ½ Fe ²⁺ + e ^-

Fe ^III OOH + e ^- + 3H ⁺ ⇋ Fe ²⁺ + 2H ₂ O

De anode wordt een ijzeren elektrode, die een elektron vrijgeeft dat later, na door het externe circuit te zijn gegaan, de kathode binnengaat; elektrode gemaakt van FeOOH, reducerend tot Fe ²⁺ . Het elektrolytische medium voor deze batterij is samengesteld uit oplosbare zouten van Fe ²⁺ .

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). IJzerhydroxide. PubChem-database. CID = 73964. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wikipedia. (2019). IJzer (III) oxide-hydroxide. Hersteld van: en.wikipedia.org
4. N. Pal. (sf). Granulair ijzerhydroxide voor de eliminatie van arseen uit drinkwater. . Hersteld van: archive.unu.edu
5. RM Cornell en U. Schwertmann. (sf). De ijzeroxiden: structuur, eigenschappen, reacties, gebeurtenissen en toepassingen. . http://epsc511.wustl.edu/IronOxide_reading.pdf
6. Birch, WD, Pring, A., Reller, A. et al. Naturwissenschaften. (1992). Bernaliet: een nieuw ijzerhydroxide met perovskietstructuur. 79: 509. doi.org/10.1007/BF01135768
7. Milieu-geochemie van ijzerpolymeren in waterige oplossingen en neerslag. Hersteld van: geoweb.princeton.edu
8. Giessen, van der, AA (1968). Chemische en fysische eigenschappen van ijzer (III) -oxidehydraat Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven DOI: 10.6100 / IR23239
9. Funk F, Canclini C en Geisser P. (2007). Interacties tussen ijzer (III) -hydroxide polymaltose complex en veelgebruikte medicijnen / laboratoriumonderzoeken bij ratten. DOI: 10.1055 / s-0031-1296685
10. Pereira, DI, Bruggraber, SF, Faria, N., Poots, LK, Tagmount, MA, Aslam, MF, Powell, JJ (2014). Nanodeeltjesvormig ijzer (III) oxo-hydroxide levert veilig ijzer dat goed wordt opgenomen en gebruikt door mensen. Nanogeneeskunde: nanotechnologie, biologie en geneeskunde, 10 (8), 1877-1886. doi: 10.1016 / j.nano.2014.06.012
11. Gutsche, S. Berling, T. Plaggenborg, J. Parisi en M. Knipper. (2019). Bewijs van concept van een ijzer-ijzer (III) oxide hydroxide batterij die werkt bij neutrale pH. Int J. Electrochem. Sci., Deel 14, 2019 1579. doi: 10.20964 / 2019.02.37