Structure d'oxyde de fer, propriétés, nomenclature, utilisations

Un oxyde de fer est l'un des composés formés entre le fer et l'oxygène. Ils se caractérisent par leur caractère ionique et cristallin. Ils se trouvent dispersés dans l'érosion de leurs minéraux et composent les sols, la masse végétale et même l'intérieur des organismes vivants.

C'est alors l'une des familles de composés qui prédominent dans la croûte terrestre. Qu'est-ce qu'ils sont exactement? Seize oxydes de fer sont connus à ce jour, la plupart d’origine naturelle et d’autres synthétisés dans des conditions extrêmes de pression ou de température.

Dans l'image supérieure, une portion de poudre d'oxyde ferrique est représentée. Sa couleur rouge caractéristique recouvre le fer de plusieurs éléments architecturaux dans ce que l'on appelle la rouille. En outre, il est observé sur les pentes, les montagnes ou les sols, mélangés avec d'autres minéraux, tels que la poudre jaune de goethite (α-FeOOH).

Les oxydes de fer les plus connus sont l'hématite (α-Fe₂O₃) et maghémite (Υ- Faith₂O₃), les deux polymorphes de l'oxyde ferrique; et non des moindres, la magnétite (Faith₃O₄). Leurs structures polymorphes et leur grande surface en font des matériaux intéressants tels que les sorbants ou pour la synthèse de nanoparticules aux applications larges.

Index

• 1 structure
  • 1.1 Polymorphisme
  • 1.2 Liens structurels
• 2 propriétés
• 3 nomenclature
  • 3.1 Nomenclature systématique
  • 3.2 Nomenclature des stocks
  • 3.3 Nomenclature traditionnelle
• 4 utilisations
  • 4.1 Nanoparticules
  • 4.2 Pigments
• 5 références

Structure

L'image supérieure est une représentation de la structure cristalline de FeO, l'un des oxydes de fer où le fer a une valence +2. Les sphères rouges correspondent aux anions O^2-, tandis que les jaunes aux cations de fer²⁺. Notez aussi que chaque foi²⁺ est entouré de six O^2-, formant une unité octaédrique de coordination.

Par conséquent, la structure du FeO peut "s'effondrer" en unités de FeO₆, où l'atome central est la foi²⁺. Dans le cas des oxyhydroxydes ou des hydroxydes, l'unité octaédrique est FeO₃(OH)₃.

Dans certaines structures, au lieu de l'octaèdre, il y a des unités tétraédriques, FeO₄. Pour cette raison, les structures des oxydes de fer sont généralement représentées par des octaèdres ou des tétraèdres avec des centres de fer.

Les structures des oxydes de fer dépendent des conditions de pression ou de température, du rapport Fe / O (c.-à-d. Combien d'oxygène il y a par fer et vice versa) et de la valence du fer (+2, +3 et très rarement dans les oxydes synthétiques, +4).

En général, les anions volumineux O^2- ils sont alignés formant des feuilles dont les trous abritent les cations de Fe²⁺ o la foi³⁺. Ainsi, il existe des oxydes (tels que la magnétite) qui ont des fers avec les deux valences.

Polymorphisme

Les oxydes de fer ont un polymorphisme, c'est-à-dire différentes structures cristallines ou arrangements pour le même composé. Oxyde ferrique, Fe₂O₃, a jusqu'à quatre polymorphes possibles. Hématite, α-Fe₂O₃, est le plus stable de tous; suivi de maghémite, Υ- Faith₂O₃, et pour le β-Fe synthétique₂O₃ et ε- la foi₂O₃.

Tous ont leurs propres types de structures et de systèmes cristallins. Cependant, le rapport 2: 3 reste constant, il y a donc trois anions O^2- pour chaque deux cations³⁺. La différence réside dans la façon dont les unités octoédriques FeO sont situées₆ dans l'espace et comment vous unissez-vous.

Liens structurels

Les unités octaédriques FeO₆ ils peuvent être visualisés à l'aide de l'image supérieure. O se trouvent dans les coins de l'octaèdre^2-, tandis que dans son centre la foi²⁺ o la foi³⁺(pour le cas de la foi₂O₃). La manière dont ces octaèdres sont disposés dans l'espace révèle la structure de l'oxyde.

Cependant, ils influencent également la manière dont ils sont liés. Par exemple, deux octaèdres peuvent être joints en touchant deux de leurs sommets, représentés par un pont oxygène: Fe-O-Fe. De même, les octaèdres peuvent être joints par leurs bords (adjacents les uns aux autres). Il serait alors représenté avec deux ponts oxygène: Fe- (O)₂-Fe.

Et enfin, les octaèdres peuvent interagir à travers leurs visages. Ainsi, la représentation serait maintenant avec trois ponts d'oxygène: Fe- (O)₃-Fe. La manière dont les octaèdres sont liés ferait varier les distances inter-nucléaires Fe-Fe et, par conséquent, les propriétés physiques de l'oxyde.

Propriétés

Un oxyde de fer est un composé aux propriétés magnétiques. Ceux-ci peuvent être anti, ferro ou ferrimagnétique et dépendent des valences de Fe et de la manière dont les cations interagissent dans le solide.

Comme les structures des solides sont très variées, leurs propriétés physiques et chimiques le sont également.

Par exemple, les polymorphes et les hydrates de Fe₂O₃ ils ont des valeurs différentes des points de fusion (qui varient entre 1200 et 1600ºC) et des densités. Cependant, ils ont en commun la faible solubilité due au fer³⁺La même masse moléculaire est brune et se dissout avec parcimonie dans des solutions acides.

Nomenclature

L'UICPA établit trois façons de nommer un oxyde de fer. Tous trois sont très utiles, bien que pour les oxydes complexes (tels que Fe₇O₉) le systématique gouverne les autres en raison de sa simplicité.

Nomenclature systématique

Les nombres d'oxygène et de fer sont pris en compte, en les nommant avec les préfixes numériques grecs mono-, di-, tri-, etc. Selon cette nomenclature la Foi₂O₃ il s'appelle: trioxyde de difer Et pour la foi₇O₉ son nom serait: non-oxyde d'hexhoxyde.

Nomenclature des stocks

Ceci considère la valence du fer. Si c'est à propos de la foi²⁺l'oxyde de fer est écrit ... et sa valence avec des chiffres romains entre parenthèses. Pour la foi₂O₃ Son nom est: oxyde de fer (III).

Notez que la foi³⁺ cela peut être déterminé par les sommes algébriques. Si le o^2- a deux charges négatives, et il y en a trois, ajoutez -6. Pour neutraliser cela -6, nous avons besoin de +6, mais il y a deux Fe, donc ils doivent être divisés par deux, + 6/2 = +3:

2X (valence métallique) + 3 (-2) = 0

Simplement en éliminant X, vous obtenez la valence de Fe dans l'oxyde. Mais si X n'est pas un nombre entier (comme avec presque tous les autres oxydes), alors il y a un mélange de Fe²⁺ et la foi³⁺.

Nomenclature traditionnelle

Le suffixe -ico est donné au préfixe ferr- lorsque le Fe a la valence +3 et -oso lorsque sa valence est 2+. Ainsi, la foi₂O₃ c'est ce qu'on appelle: l'oxyde ferrique.

Utilise

Nanoparticules

Les oxydes de fer ont une énergie de cristallisation élevée commune, ce qui permet de créer de très petits cristaux avec une grande surface.

Pour cette raison, ils sont d'un grand intérêt dans les domaines de la nanotechnologie, où ils conçoivent et synthétisent des nanoparticules d'oxydes (NP) à des fins spécifiques:

-En tant que catalyseurs.

-En tant que réservoir de médicaments ou de gènes dans le corps

-Dans la conception des surfaces sensorielles pour différents types de biomolécules: protéines, sucres, graisses

-Pour stocker des données magnétiques

Des pigments

Parce que certains oxydes sont très stables, ils servent à teindre les textiles ou à donner des couleurs vives aux surfaces de tout matériau. Des mosaïques des étages; les peintures rouge, jaune et orange (même vert); céramiques, plastiques, cuirs et même architectures.

Références

1. Fiduciaires du Dartmouth College. (18 mars 2004). Stoechiométrie des oxydes de fer. Tiré de: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8 septembre 2016). Découverte de la foi₇O₉: un nouvel oxyde de fer à structure monoclinique complexe. Récupéré de: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Les oxydes de fer: structure, propriétés, réactions, occurrences et utilisations. [PDF] WILEY-VCH Tiré de: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Nanoparticules d'oxyde de fer, caractéristiques et applications. Tiré de: sigmaaldrich.com
5. Ali A., Zafar H., Zia M., ul Haq I., Phull A.R., Ali J.S. & Hussain A. (2016). Synthèse, caractérisation, applications et défis des nanoparticules d'oxyde de fer. Nanotechnology, Science and Applications, 9, 49-67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
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8. Wikipedia. (2018). Oxyde de fer (III). Tiré de: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide