WODOROTLENEK ŻELAZA (III): STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Wodorotlenek żelaza (III) jest nieorganicznym związkiem, którego wzór jest ściśle Fe (OH) ₃ , w której stosunek Fe ³⁺ i OH ^- 3: 1. Jednak chemia żelaza może być dość zawiła; więc to ciało stałe składa się nie tylko z wymienionych jonów.

W rzeczywistości Fe (OH) ₃ zawiera anion O ^2- ; dlatego jest to monohydratowany tlenek wodorotlenku żelaza: FeOOH · H ₂ O. Jeśli dodamy liczbę atomów tego ostatniego związku, zostanie sprawdzone, że pokrywa się z liczbą atomów Fe (OH) ₃ . Oba wzory odnoszą się do tego wodorotlenku metalu.

Wodorotlenek żelaza (III) w stawie dla żab. Źródło: Clint Budd (https://www.flickr.com/photos//13016864125)

W dydaktycznych lub badawczych laboratoriach chemicznych Fe (OH) ₃ jest obserwowany jako pomarańczowo-brązowy osad; podobny do osadu na powyższym obrazku. Podgrzany zardzewiały i galaretowaty piasek uwalnia nadmiar wody, nadając jej pomarańczowo-żółtawy kolor (żółty pigment 42).

Ten żółty pigment 42 to ten sam FeOOH · H ₂ O bez dodatkowej obecności wody skoordynowanej z Fe ³⁺ . Po odwodnieniu przekształca się w FeOOH, które mogą występować w postaci różnych polimorfów (między innymi getyt, akaganeit, lepidokrocyt, feroxihita).

Z drugiej strony minerał bernalit wykazuje zielone kryształy o składzie podstawowym Fe (OH) ₃ · nH ₂ O; mineralogiczne źródło tego wodorotlenku.

Struktura wodorotlenku żelaza (III)

Struktury krystaliczne tlenków i wodorotlenków żelaza są nieco skomplikowane. Ale z prostego punktu widzenia można go uznać za uporządkowane powtórzenia jednostek oktaedrycznych FeO ₆ . Tak więc te oktaedry żelazowo-tlenowe przeplatają się w rogach (Fe-O-Fe) lub przez ich powierzchnie, tworząc wszelkiego rodzaju łańcuchy polimerowe.

Jeśli takie łańcuchy wyglądają na uporządkowane w przestrzeni, mówi się, że ciało stałe jest krystaliczne; w przeciwnym razie jest bezpostaciowy. Czynnik ten, wraz ze sposobem łączenia ośmiościanów, decyduje o stabilności energetycznej kryształu, a tym samym o jego kolorach.

Na przykład rombowe kryształy bernalitu, Fe (OH) ₃ · nH ₂ O, mają zielonkawy kolor ze względu na fakt, że ich oktaedry FeO ₆ wiążą się tylko w rogach; w przeciwieństwie do innych wodorotlenków żelaza, które w zależności od stopnia nawodnienia mają czerwonawy, żółty lub brązowy kolor.

Należy zauważyć, że tlenki FeO ₆ pochodzą z OH ^- lub O ^2- ; dokładny opis odpowiada wynikom analizy krystalograficznej. Chociaż nie jest traktowany jako taki, natura wiązania Fe-O jest jonowa z pewnym kowalencyjnym charakterem; który w przypadku innych metali przejściowych staje się jeszcze bardziej kowalencyjny, jak w przypadku srebra.

Nieruchomości

Chociaż Fe (OH) ₃ jest ciałem stałym, które można łatwo rozpoznać po dodaniu soli żelaza do środowiska alkalicznego, jego właściwości nie są całkowicie jasne.

Wiadomo jednak, że jest on odpowiedzialny za modyfikację właściwości organoleptycznych (zwłaszcza smaku i koloru) wody pitnej; który jest bardzo nierozpuszczalny w wodzie (K _sp = 2,79 · ^10-39 ); a także, że jego masa molowa i gęstość wynoszą 106,867 g / mol i 4,25 g / ml.

Ten wodorotlenek (podobnie jak jego pochodne) nie może mieć określonej temperatury topnienia ani wrzenia, ponieważ po podgrzaniu uwalnia parę wodną, ​​przekształcając ją w bezwodną postać FeOOH (wraz ze wszystkimi jego polimorfami). Dlatego też, jeśli ogrzewanie będzie kontynuowane, FeOOH topi się, a nie FeOOH · H ₂ O.

Aby dokładniej zbadać jego właściwości, należałoby poddać żółty pigment 42 licznym badaniom; ale jest więcej niż prawdopodobne, że w trakcie tego procesu zmienia kolor na czerwonawy, co wskazuje na tworzenie się FeOOH; lub wręcz przeciwnie, rozpuszcza się w złożonym wodnym środowisku Fe (OH) ₆ ³⁺ (środowisko kwaśne) lub w anionie Fe (OH) ₄ ^- (ośrodek bardzo zasadowy).

Aplikacje

Absorbent

W poprzedniej sekcji wspomniano, że Fe (OH) ₃ jest bardzo nierozpuszczalny w wodzie i może nawet wytrącać się przy pH bliskim 4,5 (jeśli nie ma substancji chemicznych, które przeszkadzają). Wytrącając się, może przenosić (współstrącać) niektóre zanieczyszczenia ze środowiska, które są szkodliwe dla zdrowia; na przykład sole chromu lub arsenu (Cr ³⁺ , Cr ⁶⁺ i As ³⁺ , As ⁵⁺ ).

Wtedy wodorotlenek ten pozwala na okluzję tych metali i innych cięższych, działając jako absorbent.

Technika polega nie tyle na wytrącaniu Fe (OH) ₃ (alkalizowaniu ośrodka), ile raczej na dodawaniu go bezpośrednio do zanieczyszczonej wody lub gleby przy użyciu zakupionych w handlu proszków lub ziaren.

Zastosowania terapeutyczne

Żelazo jest niezbędnym pierwiastkiem dla ludzkiego ciała. Niedokrwistość jest jedną z najważniejszych chorób ze względu na jej niedobór. Z tego powodu zawsze jest kwestią badań, aby opracować różne alternatywy dla włączenia tego metalu do naszej diety, tak aby nie generować skutków ubocznych.

Jeden z suplementów na bazie Fe (OH) ₃ oparty jest na jego kompleksie z polimaltozą (żelazem polimaltozowym), która ma mniejszy stopień interakcji z pożywieniem niż FeSO ₄ ; to znaczy więcej żelaza jest biologicznie dostępne dla organizmu i nie jest skoordynowane z innymi matrycami lub ciałami stałymi.

Drugi suplement składa się z nanocząstek Fe (OH) ₃ zawieszonych w podłożu składającym się głównie z adypinianów i winianów (oraz innych soli organicznych). Okazało się, że jest mniej toksyczny niż FeSO ₄ , poza zwiększeniem stężenia hemoglobiny, nie kumuluje się w błonie śluzowej jelit, a sprzyja rozwojowi pożytecznych drobnoustrojów.

Pigment

Pigment Yellow 42 jest stosowany w farbach i kosmetykach i jako taki nie stwarza potencjalnego zagrożenia dla zdrowia; chyba że połknięty przypadkowo.

Żelazna bateria

Chociaż Fe (OH) ₃ nie jest formalnie używany w tym zgłoszeniu , może służyć jako materiał wyjściowy dla FeOOH; związek, z którego wytwarzana jest jedna z elektrod taniej i prostej baterii żelaznej, która działa również przy neutralnym pH.

Reakcje półogniwa tej baterii są wyrażone poniżej za pomocą następujących równań chemicznych:

½ Fe ⇋ ½ Fe ²⁺ + e ^-

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

Anoda staje się elektrodą żelazną, która uwalnia elektron, który później, po przejściu przez obwód zewnętrzny, wchodzi do katody; elektroda wykonana z FeOOH redukująca do Fe ²⁺ . Medium elektrolityczne dla tego akumulatora składa się z rozpuszczalnych soli Fe ²⁺ .

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Wodorotlenek żelazowy. Baza danych PubChem. CID = 73964. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wikipedia. (2019). Wodorotlenek tlenku żelaza (III). Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. N. Pal. (sf). Granulowany wodorotlenek żelazowy do eliminacji arsenu z wody pitnej. . Odzyskany z: archive.unu.edu
5. RM Cornell i U. Schwertmann. (sf). Tlenki żelaza: budowa, właściwości, reakcje, występowanie i zastosowania. . http://epsc511.wustl.edu/IronOxide_reading.pdf
6. Birch, WD, Pring, A., Reller, A. i wsp. Naturwissenschaften. (1992). Bernalit: nowy wodorotlenek żelazowy o strukturze perowskitu. 79: 509. doi.org/10.1007/BF01135768
7. Geochemia środowiskowa polimerów żelazowych w roztworach wodnych i osadach. Odzyskany z: geoweb.princeton.edu
8. Giessen, van der, AA (1968). Właściwości chemiczne i fizyczne hydratu tlenku żelaza (III) Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven DOI: 10.6100 / IR23239
9. Funk F, Canclini C i Geisser P. (2007). Interakcje między kompleksem żelazo (III) -wodorotlenku polimaltozy a powszechnie stosowanymi lekami / badaniami laboratoryjnymi na szczurach. DOI: 10.1055 / s-0031-1296685
10. Pereira, DI, Bruggraber, SF, Faria, N., Poots, LK, Tagmount, MA, Aslam, MF, Powell, JJ (2014). Nanocząsteczkowy okso-wodorotlenek żelaza (III) dostarcza bezpiecznego żelaza, które jest dobrze wchłaniane i wykorzystywane przez ludzi. Nanomedicine: nanotechnology, biology and medicine, 10 (8), 1877–1886. doi: 10.1016 / j.nano.2014.06.012
11. Gutsche, S. Berling, T. Plaggenborg, J. Parisi, & M. Knipper. (2019). Dowód koncepcji baterii wodorotlenku żelaza i żelaza (III) pracującej w neutralnym pH. Int. J. Electrochem. Sci., Tom 14, 2019 1579. doi: 10.20964 / 2019.02.37