DEMIR OKSIT: YAPI, ÖZELLIKLER, ISIMLENDIRME, KULLANIMLAR - KIMYA - 2024

Bir demir oksit , demir ve oksijen arasındaki oluşturulan bileşiklerin herhangi biridir. İyonik ve kristal olmaları ile karakterize edilirler ve minerallerinin aşınması sonucu dağınık halde bulunurlar, toprakları, bitki kütlelerini ve hatta canlı organizmaların iç kısımlarını oluştururlar.

O halde, yer kabuğunda baskın olan bileşik ailelerinden biridir. Tam olarak ne bunlar? Bugüne kadar, çoğu doğal kaynaklı olan ve diğerleri aşırı basınç veya sıcaklık koşulları altında sentezlenen on altı demir oksit bilinmektedir.

Kaynak: yedinci beş, Flickr.

Toz halindeki ferrik oksitin bir kısmı yukarıdaki resimde gösterilmektedir. Karakteristik kırmızı rengi, pas olarak bilinen çeşitli mimari elemanların demirini örter. Aynı şekilde, sarı toz götit (α-FeOOH) gibi diğer birçok mineralle karıştırılmış yamaçlarda, dağlarda veya topraklarda da gözlenir.

En iyi bilinen demir oksitlerdir hematit (α-Fe ₂ O ₃ ) ve maghemit (Υ- Fe ₂ O ₃ ), demir oksit, her iki polimorfları; ve en az değil, manyetit (Fe ₃ O ₄ ). Polimorfik yapıları ve geniş yüzey alanları, onları sorbent olarak veya geniş uygulamalarla nanopartiküllerin sentezi için ilginç malzemeler haline getirir.

yapı

Kaynak: Siyavula Education, Flickr.

En üstteki resim, demirin +2 değerine sahip olduğu demir oksitlerden biri olan FeO'nun kristal yapısının bir temsilidir. Kırmızı küreler O ^2- anyonlarına karşılık gelirken, sarı küreler Fe ²⁺ katyonlarına karşılık gelir . Ayrıca, her Fe2 ^{+ '} nin altı O ^2- ile çevrili olduğuna ve oktahedral bir koordinasyon birimi oluşturduğuna dikkat edin.

Bu nedenle, FeO'nun yapısı , merkezi atomun Fe2 ⁺ olduğu FeO ₆ birimlerine "parçalanabilir" . Oksihidroksitler veya hidroksitler halinde, oktahedral birimi FeO ₃ (OH) ₃ .

Bazı yapılarda oktahedron yerine tetrahedral birimler, FeO _{4 bulunmaktadır} . Bu nedenle, demir oksitlerin yapıları genellikle demir merkezli oktahedra veya tetrahedra ile temsil edilir.

Demir oksitlerin yapıları, basınç veya sıcaklık koşullarına, Fe / O oranına (yani, demir başına kaç oksijen bulunduğuna ve tersi) ve demirin değerine (+2, +3 ve çok nadiren sentetik oksitlerde, +4).

Genel olarak, hacimli O ^2- anyonları , boşlukları Fe2 ⁺ veya Fe ³⁺ katyonlarını barındıran tabakalar oluşturmak için sıralanır . Bu nedenle, her iki değeri olan ütülere sahip oksitler (manyetit gibi) vardır.

Polimorfizm

Demir oksitler polimorfizm, yani aynı bileşik için farklı yapılar veya kristal düzenlemeler sunar. Demir oksit, Fe ₂ O ₃ , en fazla dört olası polimorfları yer alır. Hematit, α-Fe ₂ O ₃ , en kararlı olanıdır; , maghemit ile Υ- Fe, ardından ₂ O ₃ , ve Fe β- sentetik göre ₂ O ₃ ve Fe ε- ₂ O ₃ .

Hepsinin kendi kristal yapıları ve sistemleri vardır. Bununla birlikte, 2: 3 oranı sabit kalır, bu nedenle her iki Fe ³⁺ katyonu için üç O ^2- anyonu vardır . Aradaki fark, FeO ₆ oktahedral birimlerin uzayda nasıl konumlandıklarına ve nasıl bağlandıklarına bağlıdır.

Yapısal bağlantılar

Kaynak: Public Domain Files

Oktahedral birimler FeO ₆ , yukarıdaki resim yardımıyla görselleştirilebilir. Oktahedronun köşelerinde O ^2- , merkezinde Fe ²⁺ veya Fe ³⁺ (Fe ₂ O _{3 durumunda} ). Bu oktahedraların uzayda düzenlenme şekli, oksidin yapısını ortaya çıkarır.

Bununla birlikte, nasıl bağlantılı olduklarını da etkilerler. Örneğin, iki oktahedra, bir oksijen köprüsü ile temsil edilen iki köşesine dokunarak birleştirilebilir: Fe-O-Fe. Benzer şekilde, oktahedra kenarlarından (birbirine bitişik) birleştirilebilir. Daha sonra iki oksijen köprüsü ile temsil edilir: Fe- (O) ₂ -Fe.

Ve son olarak, oktahedra yüzleri aracılığıyla etkileşime girebilir. Böylece, temsil şimdi üç oksijen köprüsü ile olacaktır: Fe- (O) ₃ -Fe. Oktahedranın bağlanma şekli, Fe-Fe çekirdekler arası mesafelerini ve dolayısıyla oksidin fiziksel özelliklerini değiştirecektir.

Özellikleri

Demir oksit, manyetik özelliklere sahip bir bileşiktir. Bunlar anti, ferro veya ferrimanyetik olabilir ve Fe değerlerine ve katyonların katıda nasıl etkileşime girdiğine bağlıdır.

Katıların yapıları çok çeşitli olduğu için fiziksel ve kimyasal özellikleri de öyle.

Örneğin, Fe polimorfları ve hidratları ₂ O ₃ ve yoğunluklar (1200 ve 1600ºC arasında değişmektedir) erime noktaları, farklı değerlere sahiptirler. Bununla birlikte, aynı moleküler kütle olan Fe ^{3 + 'dan} dolayı düşük çözünürlüğe sahiptirler , kahverengi renktedirler ve asit solüsyonlarında zayıf bir şekilde çözünürler.

terminoloji

IUPAC, bir demir oksidi adlandırmanın üç yolunu belirler. Üçü de çok kullanışlıdır, ancak karmaşık oksitler için (Fe ₇ O _{9 gibi} ) sistematik basitliklerinden dolayı diğerleri üzerinde hüküm sürer.

Sistematik isimlendirme

Oksijen ve demir sayıları hesaba katılır ve Yunan numaralandırma ön ekleri mono-, di-, tri-, vb. İle adlandırılır. Bu terminolojiye göre, Fe ₂ O ₃ olarak adlandırılır: tri oksit di demir. Fe ₇ O ₉ için adı hepta-demir nonaoksit olacaktır.

Stok isimlendirme

Bu, demirin değerini dikkate alır. Fe ^{2+ ise} , üzerine demir oksit … yazılır ve parantez içinde Romen rakamları ile değeri yazılır. Fe ₂ O ₃ için adı: demir oksit (III).

Fe ^{3 + 'nın} cebirsel toplamlarla belirlenebileceğini unutmayın . O ^2- nin iki negatif yükü varsa ve bunlardan üç tane varsa, toplamları -6'ya kadar çıkar. Bunu etkisiz hale getirmek için -6, +6 gereklidir, ancak iki Fe vardır, bu yüzden ikiye bölünmeleri gerekir, + 6/2 = +3:

2X (metal değerlik) + 3 (-2) = 0

Basitçe X için çözülürse, oksitteki Fe'nin değeri elde edilir. Ancak X bir tam sayı değilse (hemen hemen tüm diğer oksitlerde olduğu gibi), o zaman Fe ²⁺ ve Fe ³⁺ karışımı vardır .

Geleneksel isimlendirme

–İco soneki, Fe değeri +3 olduğunda ferr önekine ve –oso değeri 2+ olduğunda verilir. Bu nedenle, Fe ₂ O ₃ olarak adlandırılır: demir oksit ihtiva eder.

Uygulamalar

Nanopartiküller

Demir oksitler, ortak olarak yüksek bir kristalizasyon enerjisine sahiptir, bu da çok küçük kristaller oluşturmayı mümkün kılar, ancak geniş bir yüzey alanına sahiptir.

Bu nedenle, belirli amaçlar için oksit nanopartiküllerini (NP'ler) tasarladıkları ve sentezledikleri nanoteknoloji alanlarında büyük ilgi görüyorlar:

- Katalizör olarak.

-Vücutta bir ilaç veya gen rezervuarı olarak

-Farklı biyomolekül türleri için duyusal yüzeylerin tasarımında: proteinler, şekerler, yağlar

-Manyetik verileri saklamak

Pigmentler

Bazı oksitler çok kararlı olduklarından, tekstilleri boyamak veya herhangi bir malzemenin yüzeyine parlak renkler vermek için kullanılabilirler. Zemindeki mozaiklerden; kırmızı, sarı ve turuncu (hatta yeşil) boyalar; seramikler, plastikler, deri ve hatta mimari işler.

Referanslar

1. Dartmouth Koleji Mütevelli Heyeti. (18 Mart 2004). Demir Oksitlerin Stokiyometrisi. Alındığı kaynak: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo ve diğerleri. (8 Eylül 2016). Fe ₇ O _9'un keşfi : Karmaşık bir monoklinik yapıya sahip yeni bir demir oksit. Nature.com'dan kurtarıldı
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Demir Oksitler: Yapısı, Özellikleri, Tepkimeleri, Oluşumları ve Kullanım Alanları. . WILEY-VCH. Alınan: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Demir Oksit Nanopartikülleri, Özellikleri ve Uygulamaları. Alındığı: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS ve Hussain, A. (2016). Demir oksit nanopartiküllerinin sentezi, karakterizasyonu, uygulamaları ve zorlukları. Nanoteknoloji, Bilim ve Uygulamalar, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Golchha Pigmentleri. (2009). Demir Oksitler: Uygulamalar. Alındığı: golchhapigments.com
7. Kimyasal formülasyon. (2018). Demir (II) oksit. Alındığı: formulacionquimica.com
8. Vikipedi. (2018). Demir (III) oksit. Şuradan alınmıştır: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide