ЖЕЛЯЗО (III) ХИДРОКСИД: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В железен хидроксид (III) е неорганично съединение, чиято формула е строго Fe (ОН) ₃, в която делът на Fe ³⁺ и ОН ^- е 3: 1. Химията на желязото обаче може да бъде доста объркана; така че това твърдо вещество не е съставено само от споменатите йони.

Всъщност Fe (OH) ₃ съдържа аниона O ^2-; следователно, това е монохидратиран железен хидроксид оксид: FeOOH · H ₂ O. Ако се добави броят на атомите за това последно съединение, ще бъде проверено дали той съвпада с този на Fe (OH) ₃. И двете формули са валидни за отнасяне към този метален хидроксид.

Железен (III) хидроксид в езерце от жаба. Източник: Клинт Буд (https://www.flickr.com/photos//13016864125)

В учебни или изследователски химически лаборатории Fe (OH) ₃ се наблюдава като оранжево-кафява утайка; подобно на утайката на изображението по-горе. Когато този ръждив и желатинов пясък се нагрява, той отделя излишната вода, превръщайки оранжево-жълтеникавия си цвят (жълт пигмент 42).

Този жълт пигмент 42 е същото FeOOH-H ₂ O без допълнително присъствие на вода координира с Fe ³⁺. Когато това се дехидратира, той се трансформира в FeOOH, който може да съществува под формата на различни полиморфи (гетит, акаганит, лепидокроцит, фероксихита, между другото).

Минералният берналит, от друга страна, има зелени кристали с основен състав Fe (OH) ₃ · nH ₂ O; минералогичен източник на този хидроксид.

Структура на железен (III) хидроксид

Кристалните структури на железни оксиди и хидроксиди са малко сложни. Но от проста гледна точка може да се счита за подредени повторения на октаедрични единици FeO ₆. По този начин, тези желязо-кислородни октаедри се преплитат през техните ъгли (Fe-O-Fe) или лицата им, създавайки всички видове полимерни вериги.

Ако такива вериги изглеждат подредени в пространството, твърдият твърд елемент е кристален; иначе е аморфен. Този фактор, заедно с начина, по който се съединяват октаедрите, определят енергийната стабилност на кристала и следователно цветовете му.

Например, Орторомбичните кристали bernalite, Fe (ОН) ₃ · пН ₂ О, има зеленикав цвят се дължи на факта, че тяхната FeO ₆ октаедър обединят само чрез техните краища; за разлика от другите железни хидроксиди, които изглеждат червеникави, жълти или кафяви, в зависимост от степента на хидратация.

Трябва да се отбележи, че оксигените на FeO ₆ идват от OH ^- или O ^2-; точното описание съответства на резултатите от кристалографския анализ. Въпреки че не се разглежда като такъв, естеството на Fe-O връзката е йонно с определен ковалентен характер; което за други преходни метали става още по-ковалентно, както при среброто.

Имоти

Въпреки че Fe (OH) ₃ е твърдо вещество, което лесно се разпознава при добавяне на железни соли към алкална среда, неговите свойства не са напълно ясни.

Известно е обаче, че тя е отговорна за промяна на органолептичните свойства (вкус и цвят, особено) на питейна вода; който е много неразтворим във вода (K _sp = 2,79 · 10 ^-39); а също така, че неговата моларна маса и плътност са 106.867 g / mol и 4.25 g / mL.

Този хидроксид (подобно на неговите производни) не може да има определена точка на топене или кипене, тъй като при нагряване той отделя водна пара, като по този начин го превръща в безводна форма FeOOH (заедно с всичките му полиморфи). Следователно, ако нагряването продължи, FeOOH ще се стопи, а не FeOOH · H ₂ O.

За да се изучат по-подробно неговите свойства, би било необходимо жълтият пигмент 42 да бъде подложен на множество изследвания; но е повече от вероятно, че в процеса той променя цвета си до червеникав, което е показателно за образуването на FeOOH; или напротив, той се разтваря в сложната водна Fe (OH) ₆ ³⁺ (киселинна среда) или в анион Fe (OH) ₄ ^- (много основна среда).

Приложения

абсорбент

В предишния раздел беше споменато, че Fe (OH) ₃ е много неразтворим във вода и дори може да се утаи при рН, близко до 4,5 (ако няма химически вид, който да пречи). Утаявайки се, той може да пренася (съвместно утаява) някои примеси от околната среда, които са вредни за здравето; например солите на хром или арсен (Cr ³⁺, Cr ⁶⁺ и As ³⁺, As ⁵⁺).

Тогава този хидроксид позволява да се запушат тези метали и други по-тежки, действащи като абсорбент.

Техниката се състои не толкова в утаяване на Fe (OH) ₃ (алкализиране на средата), но вместо това се добавя директно към замърсена вода или почви, като се използват закупени в търговската мрежа прахове или зърна.

Терапевтични приложения

Желязото е основен елемент за човешкото тяло. Анемията е едно от най-известните заболявания поради своя дефицит. Поради тази причина, винаги е въпрос на изследвания, за да се създадат различни алтернативи, за да се включи този метал в нашата диета, за да не се генерират обезпечителни ефекти.

Една от добавките на базата на Fe (OH) ₃ се основава на нейния комплекс с полималтоза (полималтоза желязо), който има по-ниска степен на взаимодействие с храната от FeSO ₄; тоест, повече желязо е биологично достъпно за тялото и не е координирано с други матрици или твърди вещества.

Другата добавка е съставена от Fe (OH) ₃ наночастици, суспендирани в среда, състояща се главно от адипати и тартарати (и други органични соли). Това се оказа по-малко токсично от FeSO ₄, освен че повишава хемоглобина, той не се натрупва в чревната лигавица и насърчава растежа на полезните микроби.

пигмент

Пигмент Жълт 42 се използва в бои и козметика и като такъв не представлява потенциален риск за здравето; освен ако е погълнат случайно.

Желязна батерия

Въпреки че Fe (OH) ₃ официално не се използва в това приложение, той може да служи като изходен материал за FeOOH; съединение, с което се произвежда един от електродите на евтина и проста желязна батерия, която също работи при неутрално pH.

Полуклетъчните реакции за тази батерия са изразени по-долу със следните химични уравнения:

½ Fe ⇋ ½ Fe ²⁺ + e ^-

Fe ^III OOH + д ^- + 3H ⁺ ⇋ Fe ²⁺ + 2Н ₂ О

Анодът се превръща в железен електрод, който освобождава електрон, който по-късно, след като премине през външната верига, навлиза в катода; електрод, изработен от FeOOH, редуциращ до Fe ²⁺. Електролитичната среда за тази батерия е съставена от разтворими соли на Fe ²⁺.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Железен хидроксид. PubChem база данни. CID = 73964. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wikipedia. (2019). Железен (III) оксид-хидроксид. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Н. Пал. (SF). Гранулиран железен хидроксид за елиминиране на арсен от питейна вода., Възстановено от: archive.unu.edu
5. RM Cornell и U. Schwertmann. (SF). Железните оксиди: структура, свойства, реакции, прояви и употреба.,
6. Birch, WD, Pring, A., Reller, A. et al. Naturwissenschaften. (1992). Берналит: нов железен хидроксид с перовскитна структура. 79: 509. doi.org/10.1007/BF01135768
7. Геохимия на околната среда на железните полимери във водни разтвори и утайки. Възстановено от: geoweb.princeton.edu
8. Giessen, van der, AA (1968). Химични и физични свойства на железен (III) -оксид хидрат Айндховен: Technische Hogeschool Eindhoven DOI: 10.6100 / IR23239
9. Funk F, Canclini C и Geisser P. (2007). Взаимодействия между железен (III) -хидроксиден полималтозен комплекс и често използвани лекарства / лабораторни изследвания при плъхове. DOI: 10.1055 / s-0031-1296685
10. Pereira, DI, Bruggraber, SF, Faria, N., Poots, LK, Tagmount, MA, Aslam, MF, Powell, JJ (2014). Наночастичкият железен (III) оксохидроксид осигурява безопасно желязо, което се абсорбира добре и се използва при хората. Наномедицина: нанотехнологии, 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). Доказателство за концепцията на акумулаторът от желязо-желязо (III) оксид, работещ при неутрално pH. Int. J. Electrochem. Sci., Том 14, 2019 1579. doi: 10.20964 / 2019.02.37