IJZEROXIDE: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, NOMENCLATUUR, GEBRUIK - CHEMIE - 2026

Een ijzeroxide is een van de verbindingen tussen ijzer en zuurstof. Ze worden gekenmerkt doordat ze ionisch en kristallijn zijn, en ze liggen verspreid als gevolg van de erosie van hun mineralen, die de bodems, de plantaardige massa en zelfs het inwendige van levende organismen vormen.

Het is dan een van de families van verbindingen die overheersen in de aardkorst. Wat zijn dat precies? Tot op heden zijn zestien ijzeroxiden bekend, de meeste van natuurlijke oorsprong en andere gesynthetiseerd onder extreme druk- of temperatuuromstandigheden.

Bron: vijf zevende, Flickr.

Een deel van poedervormig ijzeroxide wordt getoond in de bovenstaande afbeelding. Zijn karakteristieke rode kleur bedekt het ijzer van verschillende architectonische elementen in wat bekend staat als roest. Evenzo wordt het waargenomen in de hellingen, bergen of bodems, gemengd met vele andere mineralen, zoals het gele poeder van goethiet (α-FeOOH).

De bekendste ijzeroxiden zijn hematiet (α-Fe ₂ O ₃ ) en maghemiet (ϒ- Fe ₂ O ₃ ), beide polymorfen van ijzeroxide; en niet in de laatste plaats magnetiet (Fe ₃ O ₄ ). Hun polymorfe structuren en hun grote oppervlak maken ze tot interessante materialen als sorptiemiddelen, of voor de synthese van nanodeeltjes met brede toepassingen.

Structuur

Bron: Siyavula Education, Flickr.

De bovenste afbeelding is een weergave van de kristalstructuur van FeO, een van de ijzeroxiden waar ijzer een valentie van +2 heeft. De rode bollen komen overeen met de O ² -anionen , de gele met de Fe ²⁺ -kationen . Merk ook op dat elk Fe ²⁺ is omgeven door zes O ² , waardoor een octaëdrische coördinatie-eenheid wordt gevormd.

Daarom kan de structuur van FeO worden "opgesplitst" in eenheden van FeO ₆ , waarbij het centrale atoom Fe ^{2+ is} . In het geval van oxyhydroxiden of hydroxiden, is de octaëdrische eenheid FeO ₃ (OH) ₃ .

In sommige structuren zijn er in plaats van de octaëder tetraëdereenheden, FeO ₄ . Om deze reden worden de structuren van ijzeroxiden meestal weergegeven door octaëders of tetraëders met ijzercentra.

De structuur van ijzeroxiden hangt af van de omstandigheden van druk of temperatuur, van de Fe / O-verhouding (dat wil zeggen hoeveel zuurstofatomen er zijn per ijzer en vice versa), en van de valentie van ijzer (+2, +3 en, zeer zelden in synthetische oxiden, +4).

In het algemeen zijn de volumineuze O ^2- anionen rij om vorm's waarvan de holten huisvesten Fe ²⁺ of Fe ³⁺ kationen . Er zijn dus oxiden (zoals magnetiet) die ijzers hebben met beide valenties.

Polymorfisme

IJzeroxiden vertonen polymorfisme, dat wil zeggen verschillende structuren of kristalarrangementen voor dezelfde verbinding. IJzeroxide, Fe ₂ O ₃ , heeft maximaal vier mogelijke polymorfen. Hematiet, α-Fe ₂ O ₃ , is de meest stabiele van allemaal; gevolgd door maghemiet, ϒ- Fe ₂ O ₃ , en door synthetisch β- Fe ₂ O ₃ en ε- Fe ₂ O ₃ .

Ze hebben allemaal hun eigen soorten kristalstructuren en systemen. De verhouding van 2: 3 blijft echter constant, dus er zijn drie O ² -anionen voor elke twee Fe ³⁺ -kationen . Het verschil zit hem in hoe de FeO ₆ octaëdrische eenheden zich in de ruimte bevinden en hoe ze zijn bevestigd.

Structurele links

Bron: Public Domain Files

De octaëdrische eenheden FeO ₆ kunnen worden gevisualiseerd met behulp van de bovenstaande afbeelding. In de hoeken van de octaëder bevinden zich de O ^2- , terwijl in het midden het Fe ²⁺ of Fe ³⁺ (in het geval van Fe ₂ O ₃ ). De manier waarop deze octaëders in de ruimte zijn gerangschikt, onthult de structuur van het oxide.

Ze hebben echter ook invloed op hoe ze met elkaar verbonden zijn. Twee octaëders kunnen bijvoorbeeld worden samengevoegd door twee van hun hoekpunten aan te raken, wat wordt weergegeven door een zuurstofbrug: Fe-O-Fe. Evenzo kunnen octaëders worden verbonden via hun randen (naast elkaar). Het zou dan worden weergegeven met twee zuurstofbruggen: Fe- (O) ₂ -Fe.

En tot slot kunnen octaëders via hun gezichten communiceren. De weergave zou nu dus zijn met drie zuurstofbruggen: Fe- (O) ₃ -Fe. De manier waarop de octaëders zijn verbonden, zou de Fe-Fe internucleaire afstanden en dus de fysische eigenschappen van het oxide variëren.

Eigendommen

Een ijzeroxide is een verbinding met magnetische eigenschappen. Deze kunnen anti-, ferro- of ferrimagnetisch zijn en zijn afhankelijk van de valenties van Fe en hoe de kationen in de vaste stof reageren.

Omdat de structuren van vaste stoffen zeer gevarieerd zijn, zijn hun fysische en chemische eigenschappen dat ook.

De polymorfen en hydraten van Fe ₂ O ₃ hebben bijvoorbeeld verschillende waarden van smeltpunten (die variëren tussen 1200 en 1600 ° C) en dichtheden. Ze hebben echter gemeen dat de lage oplosbaarheid als gevolg van Fe ³⁺ , dezelfde molecuulmassa, bruin van kleur is en slecht oplost in zure oplossingen.

Nomenclatuur

De IUPAC stelt drie manieren vast om een ​​ijzeroxide te noemen. Alle drie zijn erg nuttig, hoewel voor complexe oxiden (zoals Fe ₇ O ₉ ) de systematiek over de andere gaat vanwege hun eenvoud.

Systematische nomenclatuur

Er wordt rekening gehouden met de aantallen zuurstof en ijzer door ze te benoemen met de Griekse voorvoegsels mono-, di-, tri-, etc. Volgens deze nomenclatuur wordt Fe ₂ O ₃ genoemd: trioxide van di- ijzer. En voor Fe ₇ O _{9 zou} de naam zijn: hepta-ijzer nonaoxide.

Voorraadnomenclatuur

Dit houdt rekening met de valentie van ijzer. Als het Fe ^{2+ is} , staat er ijzeroxide … en de valentie ervan met Romeinse cijfers tussen haakjes. Voor Fe ₂ O _{3 is} de naam: ijzeroxide (III).

Merk op dat Fe ³⁺ kan worden bepaald door algebraïsche sommen. Als de O ^2- twee negatieve ladingen heeft, en er zijn er drie, dan is dat -6. Om deze -6 te neutraliseren, is +6 vereist, maar er zijn twee Fe, dus ze moeten door twee worden gedeeld, + 6/2 = +3:

2X (metaalvalentie) + 3 (-2) = 0

Door simpelweg X op te lossen, wordt de valentie van Fe in het oxide verkregen. Maar als X geen geheel getal is (zoals bij bijna alle andere oxiden het geval is), dan is er een mengsel van Fe ²⁺ en Fe ³⁺ .

Traditionele nomenclatuur

Het achtervoegsel –ico wordt gegeven aan het voorvoegsel ferr- als Fe valentie +3 heeft, en –oso als de valentie 2+ is. Fe ₂ O ₃ wordt dus: ijzeroxide.

Toepassingen

Nanodeeltjes

IJzeroxiden hebben een hoge kristallisatie-energie gemeen, waardoor het mogelijk is om zeer kleine kristallen te maken met een groot oppervlak.

Om deze reden zijn ze van groot belang op het gebied van nanotechnologie, waar ze oxide nanodeeltjes (NP's) ontwerpen en synthetiseren voor specifieke doeleinden:

-Als katalysatoren.

-Als een reservoir van medicijnen of genen in het lichaam

-Bij het ontwerpen van sensorische oppervlakken voor verschillende soorten biomoleculen: eiwitten, suikers, vetten

-Om magnetische gegevens op te slaan

Pigmenten

Omdat sommige oxiden zeer stabiel zijn, kunnen ze worden gebruikt om textiel te verven of om de oppervlakken van welk materiaal dan ook te felle kleuren. Van de mozaïeken op de vloeren; rode, gele en oranje (zelfs groene) verven; keramiek, plastic, leer en zelfs architectonische werken.

Referenties

1. Trustees van Dartmouth College. (18 maart 2004). Stoichiometrie van ijzeroxiden. Genomen uit: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8 september 2016). Ontdekking van Fe ₇ O ₉ : een nieuw ijzeroxide met een complexe monokliene structuur. Hersteld van: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. De ijzeroxiden: structuur, eigenschappen, reacties, voorvallen en toepassingen. . WILEY-VCH. Genomen uit: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). IJzeroxide-nanodeeltjes, kenmerken en toepassingen. Overgenomen van: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Synthese, karakterisering, toepassingen en uitdagingen van ijzeroxide-nanodeeltjes. Nanotechnologie, wetenschap en toepassingen, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Golchha-pigmenten. (2009). IJzeroxiden: toepassingen. Genomen uit: golchhapigments.com
7. Chemische formulering. (2018). IJzer (II) oxide. Genomen uit: Formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). IJzer (III) oxide. Genomen uit: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide