ГИДРОКСИД ЖЕЛЕЗА (III): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Гидроксид железа (III) , представляет собой неорганическое соединение , формула которого строго Fe (OH) ₃ , в котором доля Fe ³⁺ и ОН ^- 3: 1. Однако химический состав железа может быть весьма запутанным; так что это твердое вещество состоит не только из упомянутых ионов.

Фактически, Fe (OH) ₃ содержит анион O ^2- ; следовательно, это моногидратированный оксид гидроксида железа: FeOOH · H ₂ O. Если добавить количество атомов для этого последнего соединения, будет проверено, что оно совпадает с числом атомов Fe (OH) ₃ . Обе формулы действительны для обозначения этого гидроксида металла.

Гидроксид железа (III) в пруду с лягушками. Источник: Клинт Бадд (https://www.flickr.com/photos//13016864125)

В учебных или исследовательских лабораториях химии Fe (OH) ₃ наблюдается в виде оранжево-коричневого осадка; похож на осадок на изображении выше. Когда этот ржавый и студенистый песок нагревается, он выделяет лишнюю воду, приобретая оранжево-желтоватый цвет (желтый пигмент 42).

Этот желтый пигмент 42 представляет собой тот же FeOOH · H ₂ O без дополнительного присутствия воды, скоординированной с Fe ³⁺ . Когда он обезвоживается, он превращается в FeOOH, который может существовать в форме различных полиморфов (гетита, акаганеита, лепидокрокита, фероксихита и других).

Минерал берналит, с другой стороны, показывает зеленые кристаллы с основным составом Fe (OH) ₃ · nH ₂ O; минералогический источник этого гидроксида.

Строение гидроксида железа (III)

Кристаллическая структура оксидов и гидроксидов железа немного сложна. Но, с простой точки зрения, это можно рассматривать как упорядоченные повторы октаэдрических звеньев FeO ₆ . Таким образом, эти железо-кислородные октаэдры переплетаются через их углы (Fe-O-Fe) или грани, образуя всевозможные полимерные цепи.

Если такие цепи выглядят упорядоченными в пространстве, твердое тело называется кристаллическим; в противном случае он аморфен. Этот фактор вместе со способом соединения октаэдров определяет энергетическую стабильность кристалла и, следовательно, его цвет.

Например, ромбические кристаллы берналита Fe (OH) ₃ · nH ₂ O имеют зеленоватый цвет из-за того, что их октаэдры FeO ₆ соединяются только своими углами; в отличие от других гидроксидов железа, которые выглядят красноватыми, желтыми или коричневыми, в зависимости от степени гидратации.

Следует отметить , что атомы кислорода из FeO ₆ приходят либо из ОН ^- или О ^2- ; точное описание соответствует результатам кристаллографического анализа. Хотя это и не рассматривается как таковая, природа связи Fe-O является ионной с определенным ковалентным характером; который для других переходных металлов становится еще более ковалентным, как в случае серебра.

свойства

Хотя Fe (OH) ₃ представляет собой твердое вещество, которое легко распознать, когда соли железа добавляют в щелочную среду, его свойства не совсем ясны.

Однако известно, что он отвечает за изменение органолептических свойств (особенно вкуса и цвета) питьевой воды; который очень нерастворим в воде (K _уд = 2,79 · 10 ^-39 ); а также что его молярная масса и плотность составляют 106,867 г / моль и 4,25 г / мл.

Этот гидроксид (как и его производные) не может иметь определенной точки плавления или кипения, потому что при нагревании он выделяет водяной пар, тем самым превращая его в безводную форму FeOOH (вместе со всеми его полиморфами). Следовательно, если нагревание продолжается, плавится FeOOH, а не FeOOH · H ₂ O.

Чтобы изучить его свойства более тщательно, желтый пигмент 42 необходимо подвергнуть многочисленным исследованиям; но более чем вероятно, что в процессе он меняет цвет на красноватый, что указывает на образование FeOOH; или наоборот, он растворяется в водном комплексе Fe (OH) ₆ ³⁺ (кислая среда) или в анионе Fe (OH) ₄ ^- (очень щелочная среда).

Приложения

абсорбирующий

В предыдущем разделе упоминалось, что Fe (OH) ₃ очень нерастворим в воде и даже может выпадать в осадок при pH, близком к 4,5 (если нет промежуточных химических соединений). Выполняя осаждение, он может уносить (совместно осаждаться) некоторые вредные для здоровья примеси из окружающей среды; например, соли хрома или мышьяка (Cr ³⁺ , Cr ⁶⁺ и As ³⁺ , As ⁵⁺ ).

Затем этот гидроксид позволяет поглощать эти металлы и другие более тяжелые металлы, действуя как абсорбент.

Этот метод заключается не столько в осаждении Fe (OH) ₃ (подщелачивание среды), сколько в его добавлении непосредственно в загрязненную воду или почву с использованием имеющихся в продаже порошков или зерен.

Терапевтическое использование

Железо - незаменимый элемент для человеческого тела. Анемия - одно из самых распространенных заболеваний из-за ее недостатка. По этой причине разработка различных альтернатив для включения этого металла в нашу диету всегда является предметом исследований, чтобы избежать побочных эффектов.

Одна из добавок на основе Fe (OH) ₃ основана на его комплексе с полимальтозой (полимальтозное железо), которое имеет более низкую степень взаимодействия с пищей, чем FeSO ₄ ; то есть больше железа биологически доступно для организма и не координируется с другими матрицами или твердыми веществами.

Другая добавка состоит из наночастиц Fe (OH) _3, взвешенных в среде, состоящей в основном из адипатов и тартратов (и других органических солей). Он оказался менее токсичным, чем FeSO ₄ , помимо увеличения гемоглобина, он не накапливается в слизистой оболочке кишечника и способствует росту полезных микробов.

пигмент

Желтый пигмент 42 используется в красках и косметике и как таковой не представляет потенциального риска для здоровья; если не проглотить случайно.

Железный аккумулятор

Хотя Fe (OH) ₃ официально не используется в этой заявке , он может служить исходным материалом для FeOOH; соединение, из которого изготовлен один из электродов дешевой и простой железной батареи, которое также работает при нейтральном pH.

Реакции полуэлементов для этой батареи выражаются ниже следующими химическими уравнениями:

½ Fe ⇋ ½ Fe ²⁺ + e ^-

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

Анод становится железным электродом, который выпускает электрон, который позже, пройдя через внешнюю цепь, попадает на катод; электрод из FeOOH, восстанавливающийся до Fe ²⁺ . Электролитическая среда для этой батареи состоит из растворимых солей Fe ²⁺ .

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Гидроксид железа. База данных PubChem. CID = 73964. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wikipedia. (2019). Оксид-гидроксид железа (III). Получено с: en.wikipedia.org
4. N. Pal. (SF). Гранулированный гидроксид железа для удаления мышьяка из питьевой воды. , Восстановлено с: archive.unu.edu
5. Р. М. Корнелл и У. Швертманн. (SF). Оксиды железа: структура, свойства, реакции, появление и использование. , http://epsc511.wustl.edu/IronOxide_reading.pdf
6. Берч В.Д., Принг А., Реллер А. и др. Naturwissenschaften. (1992). Берналит: новый гидроксид железа со структурой перовскита. 79: 509. doi.org/10.1007/BF01135768
7. Экологическая геохимия трехвалентных полимеров в водных растворах и осадках. Получено с: geoweb.princeton.edu
8. Гиссен, ван дер, AA (1968). Химические и физические свойства гидрата оксида железа (III) Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven DOI: 10.6100 / IR23239
9. Функ Ф, Канклини С. и Гейссер П. (2007). Взаимодействие между комплексом полимальтозы гидроксида железа (III) и обычно используемыми лекарствами / лабораторными исследованиями на крысах. DOI: 10.1055 / s-0031-1296685
10. Перейра, Д.И., Бругграбер, С.Ф., Фариа, Н., Путс, Л.К., Тагмаунт, Массачусетс, Аслам, М.Ф., Пауэлл, Дж. Дж. (2014). Наночастицы оксогидроксида железа (III) обеспечивают безопасное железо, которое хорошо усваивается и усваивается людьми. Наномедицина: нанотехнология, биология и медицина, 10 (8), 1877–1886. DOI: 10.1016 / j.nano.2014.06.012
11. Gutsche, S. Berling, T. Plaggenborg, J. Parisi и M. Knipper. (2019). Доказательство концепции батареи гидроксида железа-железа (III), работающей при нейтральном pH. Int. J. Electrochem. Наук, Т. 14, 2019 1579. DOI: 10.20964 / 2019.02.37