SẮT (III) HYDROXIT: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT VÀ CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các hydroxit sắt (III) là một hợp chất vô cơ có công thức là đúng Fe (OH) ₃ , trong đó tỷ lệ Fe ³⁺ và OH ^- là 3: 1. Tuy nhiên, hóa học của sắt có thể khá phức tạp; vì vậy chất rắn này không chỉ được cấu tạo bởi các ion đã nêu.

Thực tế, Fe (OH) ₃ chứa anion O ^2- ; do đó, nó là một oxit sắt hydroxit đơn chức: FeOOH · H ₂ O. Nếu thêm số nguyên tử của hợp chất cuối cùng này vào thì sẽ được xác minh rằng nó trùng với số nguyên tử của Fe (OH) ₃ . Cả hai công thức đều hợp lệ để chỉ hiđroxit kim loại này.

Sắt (III) hydroxit trong ao nuôi ếch. Nguồn: Clint Budd (https://www.flickr.com/photos//13016864125)

Trong các phòng thí nghiệm hóa học giảng dạy hoặc nghiên cứu, Fe (OH) ₃ được quan sát thấy dưới dạng kết tủa màu nâu da cam; tương tự như trầm tích trong hình trên. Khi cát sền sệt và gỉ này được đun nóng, nó sẽ giải phóng lượng nước dư thừa và chuyển sang màu vàng cam (sắc tố vàng 42).

Sắc tố vàng 42 này là cùng một FeOOH · H ₂ O mà không có sự hiện diện bổ sung của nước phối hợp với Fe ³⁺ . Khi chất này bị mất nước, nó được chuyển thành FeOOH, có thể tồn tại ở dạng đa hình khác nhau (goethite, akaganeite, lepidocrocite, feroxihita, trong số những loại khác).

Mặt khác, khoáng vật bernalit thể hiện tinh thể màu xanh lục với thành phần bazơ là Fe (OH) ₃ · nH ₂ O; nguồn khoáng chất của hydroxit này.

Cấu trúc của sắt (III) hydroxit

Cấu trúc tinh thể của oxit sắt và hydroxit hơi phức tạp. Nhưng, từ một quan điểm đơn giản, nó có thể được coi là sự lặp lại có thứ tự của các đơn vị bát diện FeO ₆ . Do đó, các khối bát diện sắt-oxy này đan xen nhau qua các góc của chúng (Fe-O-Fe), hoặc các mặt của chúng, tạo ra tất cả các loại chuỗi polyme.

Nếu những chuỗi như vậy trông có thứ tự trong không gian, chất rắn được cho là kết tinh; nếu không nó là vô định hình. Yếu tố này, cùng với cách mà các bát diện được liên kết, xác định độ ổn định năng lượng của tinh thể và do đó, màu sắc của nó.

Ví dụ, các tinh thể trực thoi của bernalit, Fe (OH) ₃ · nH ₂ O, có màu lục do thực tế là các khối bát diện FeO ₆ của chúng chỉ liên kết qua các góc của chúng; không giống như các hydroxit sắt khác, có màu đỏ, vàng hoặc nâu, tùy thuộc vào mức độ hydrat hóa.

Cần lưu ý rằng oxy của FeO ₆ đến từ OH ^- hoặc O ^2- ; mô tả chính xác tương ứng với kết quả phân tích tinh thể học. Mặc dù không được giải quyết như vậy, nhưng bản chất của liên kết Fe-O là ion với một đặc tính cộng hóa trị nhất định; mà đối với các kim loại chuyển tiếp khác thậm chí còn trở nên cộng hóa trị cao hơn, như với bạc.

Tính chất

Mặc dù Fe (OH) ₃ là chất rắn có thể dễ dàng nhận ra khi cho muối sắt vào môi trường kiềm nhưng tính chất của nó không hoàn toàn rõ ràng.

Tuy nhiên, người ta biết rằng nó chịu trách nhiệm điều chỉnh các đặc tính cảm quan (đặc biệt là mùi vị và màu sắc) của nước uống; rất khó tan trong nước (K _sp = 2,79 · 10 ^-39 ); đồng thời khối lượng và mật độ mol của nó là 106,867 g / mol và 4,25 g / mL.

Hiđroxit này (giống như các dẫn xuất của nó) không thể có nhiệt độ nóng chảy hoặc sôi xác định bởi vì khi đun nóng nó giải phóng hơi nước, do đó chuyển nó thành dạng khan FeOOH (cùng với tất cả các dạng đa hình của nó). Do đó, nếu tiếp tục đun nóng thì FeOOH sẽ tan ra chứ không còn là FeOOH · H ₂ O.

Để nghiên cứu kỹ hơn các đặc tính của nó, cần phải đưa sắc tố vàng 42 vào nhiều nghiên cứu; nhưng có khả năng xảy ra nhiều hơn là trong quá trình này, nó chuyển màu thành hơi đỏ, cho thấy sự hình thành FeOOH; hoặc ngược lại, nó tan trong nước phức Fe (OH) ₆ ³⁺ (môi trường axit), hoặc trong anion Fe (OH) ₄ ^- (môi trường rất bazơ).

Các ứng dụng

Hấp thụ

Ở phần trước, người ta đã đề cập đến Fe (OH) ₃ rất khó tan trong nước, thậm chí nó có thể kết tủa ở pH gần bằng 4,5 (nếu không có hóa chất can thiệp). Bằng cách kết tủa, nó có thể mang đi (đồng kết tủa) một số tạp chất từ ​​môi trường có hại cho sức khỏe; ví dụ, muối của crom hoặc asen (Cr ³⁺ , Cr ⁶⁺ , và As ³⁺ , As ⁵⁺ ).

Sau đó, hydroxit này cho phép kết dính các kim loại này và các kim loại nặng hơn khác, hoạt động như một chất hấp thụ.

Kỹ thuật này không bao gồm quá nhiều trong việc kết tủa Fe (OH) ₃ (làm kiềm hóa môi trường), mà thay vào đó, nó được thêm trực tiếp vào nước hoặc đất bị ô nhiễm, sử dụng bột hoặc ngũ cốc mua ngoài thị trường.

Sử dụng trị liệu

Sắt là một nguyên tố cần thiết cho cơ thể con người. Thiếu máu là một trong những căn bệnh nổi bật do sự thiếu hụt của nó. Vì lý do này, luôn luôn là vấn đề nghiên cứu để đưa ra các giải pháp thay thế khác nhau để đưa kim loại này vào chế độ ăn uống của chúng ta để không tạo ra các hiệu ứng phụ.

Một trong những chất bổ sung dựa trên Fe (OH) ₃ dựa trên phức hợp của nó với polymaltose (polymaltose sắt), có mức độ tương tác với thực phẩm thấp hơn FeSO ₄ ; nghĩa là, có nhiều sắt sinh học hơn cho cơ thể và không được phối hợp với các chất nền hoặc chất rắn khác.

Chất bổ sung khác bao gồm các hạt nano Fe (OH) ₃ lơ lửng trong môi trường chủ yếu bao gồm các chất adipat và tartrat (và các muối hữu cơ khác). Chất này được chứng minh là ít độc hơn FeSO ₄ , ngoài việc tăng hemoglobin, không tích tụ ở niêm mạc ruột, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của các vi khuẩn có lợi.

Thuốc màu

Màu vàng 42 được sử dụng trong sơn và mỹ phẩm, và do đó không gây nguy cơ sức khỏe tiềm ẩn; trừ khi vô tình nuốt phải.

Pin sắt

Mặc dù Fe (OH) ₃ không được sử dụng chính thức trong ứng dụng này , nhưng nó có thể được dùng làm nguyên liệu ban đầu cho FeOOH; Hợp chất mà một trong các điện cực của pin sắt đơn giản và rẻ tiền được sản xuất, cũng hoạt động ở độ pH trung tính.

Các phản ứng của nửa tế bào đối với pin này được biểu diễn dưới đây bằng các phương trình hóa học sau:

½ Fe ⇋ ½ Fe ²⁺ + e ^-

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

Cực dương trở thành điện cực sắt, điện tử này giải phóng một êlectron mà sau khi đi qua mạch ngoài, đi vào catốt; điện cực làm bằng FeOOH, khử thành Fe ²⁺ . Môi trường điện phân của pin này bao gồm các muối tan của Fe ²⁺ .

Người giới thiệu

1. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
2. Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. (2019). Hiđroxit sắt. Cơ sở dữ liệu PubChem. CID = 73964. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wikipedia. (2019). Sắt (III) oxit-hiđroxit. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
4. N. Pal. (sf). Ferric Hydroxit dạng hạt để loại bỏ Asen từ nước uống. . Được khôi phục từ: archive.unu.edu
5. RM Cornell và U. Schwertmann. (sf). Các oxit sắt: cấu tạo, tính chất, phản ứng, sự xuất hiện và công dụng. . http://epsc511.wustl.edu/IronOxide_reading.pdf
6. Birch, WD, Pring, A., Reller, A. et al. Naturwissenschaosystem. (1992). Bernalit: một hydroxit sắt mới có cấu trúc perovskite. 79: 509. doi.org/10.1007/BF01135768
7. Địa hóa môi trường của polyme Ferric trong dung dịch nước và kết tủa. Được khôi phục từ: geoweb.princeton.edu
8. Giessen, van der, AA (1968). Tính chất hóa học và vật lý của sắt (III) -oxit hydrat Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven DOI: 10.6100 / IR23239
9. Funk F, Canclini C và Geisser P. (2007). Tương tác giữa phức hợp polymaltose sắt (III) -hydroxide và các loại thuốc thường dùng / nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ở chuột. DOI: 10.1055 / s-0031-1296685
10. Pereira, DI, Bruggraber, SF, Faria, N., Poots, LK, Tagmount, MA, Aslam, MF, Powell, JJ (2014). Sắt (III) oxo-hydroxit phân tích nano cung cấp sắt an toàn được hấp thụ và sử dụng tốt ở người. Nanomedicine: công nghệ nano, sinh học và y học, 10 (8), 1877–1886. doi: 10.1016 / j.nano.2014.06.012
11. Gutsche, S. Berling, T. Plaggenborg, J. Parisi và M. Knipper. (2019). Chứng minh khái niệm về pin hydroxit sắt-sắt (III) oxit Hoạt động ở pH trung tính. Giới thiệu J. Electrochem. Khoa học viễn tưởng, tập 14, 2019 1579. doi: 10.20964 / 2019.02.37