OXIT SẮT: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, DANH PHÁP, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2025

Một oxit sắt là bất kỳ hợp chất nào được hình thành giữa sắt và oxy. Chúng có đặc điểm là ion và kết tinh, và chúng nằm rải rác do sự xói mòn của các khoáng chất, tạo nên đất, khối lượng thực vật và thậm chí cả bên trong của các sinh vật sống.

Sau đó, nó là một trong những họ hợp chất chiếm ưu thế trong vỏ trái đất. Chính xác thì chúng là gì? Cho đến nay đã biết 16 oxit sắt, hầu hết chúng có nguồn gốc tự nhiên và những oxit khác được tổng hợp trong điều kiện áp suất hoặc nhiệt độ khắc nghiệt.

Nguồn: 5/7, Flickr.

Một phần của oxit sắt dạng bột được hiển thị trong hình trên. Màu đỏ đặc trưng của nó bao phủ sắt của các thành phần kiến ​​trúc khác nhau trong thứ được gọi là gỉ. Tương tự như vậy, nó được quan sát thấy trong các sườn núi, núi hoặc đất, trộn với nhiều khoáng chất khác, chẳng hạn như bột màu vàng của goethit (α-FeOOH).

Các oxit sắt được biết đến nhiều nhất là hematit (α-Fe ₂ O ₃ ) và maghemit (ϒ- Fe ₂ O ₃ ), cả hai đều là dạng đa hình của oxit sắt; và không kém phần quan trọng, magnetit (Fe ₃ O ₄ ). Cấu trúc đa hình và diện tích bề mặt lớn của chúng làm cho chúng trở thành vật liệu thú vị làm chất hấp thụ hoặc để tổng hợp các hạt nano với các ứng dụng rộng rãi.

Kết cấu

Nguồn: Siyavula Education, Flickr.

Hình trên là đại diện cho cấu trúc tinh thể của FeO, một trong những oxit sắt mà sắt có hóa trị +2. Các quả cầu màu đỏ tương ứng với các anion O ^2- , trong khi các quả cầu màu vàng tương ứng với các cation Fe ²⁺ . Cũng lưu ý rằng mỗi Fe ²⁺ được bao quanh bởi sáu O ^2- , tạo thành một đơn vị phối trí bát diện.

Do đó, cấu trúc của FeO có thể được "chia nhỏ" thành các đơn vị FeO ₆ , trong đó nguyên tử trung tâm là Fe ²⁺ . Trong trường hợp oxyhydroxit hoặc hydroxit, đơn vị bát diện là FeO ₃ (OH) ₃ .

Trong một số cấu trúc, thay vì khối bát diện, có các đơn vị tứ diện là FeO ₄ . Vì lý do này, cấu trúc của oxit sắt thường được biểu diễn bằng hình bát diện hoặc tứ diện với các tâm sắt.

Cấu trúc của các oxit sắt phụ thuộc vào điều kiện áp suất hoặc nhiệt độ, vào tỷ lệ Fe / O (nghĩa là có bao nhiêu oxy trong mỗi sắt và ngược lại), và vào hóa trị của sắt (+2, +3 và, rất hiếm khi trong các oxit tổng hợp, +4).

Nói chung, các anion cồng kềnh O ² lỗ được sắp xếp thành các tấm chứa các cation Fe ²⁺ hoặc Fe ³⁺ . Do đó, có những oxit (chẳng hạn như magnetit) có sắt với cả hai hóa trị.

Đa hình

Các oxit sắt có tính đa hình, tức là các cấu trúc hoặc cách sắp xếp tinh thể khác nhau cho cùng một hợp chất. Oxit sắt, Fe ₂ O ₃ , có tối đa bốn dạng đa hình. Hematit, α-Fe ₂ O ₃ , là chất ổn định nhất trong tất cả; tiếp theo là maghemite, ϒ- Fe ₂ O ₃ , và tổng hợp β- Fe ₂ O ₃ và ε- Fe ₂ O ₃ .

Tất cả chúng đều có các loại cấu trúc và hệ thống tinh thể riêng. Tuy nhiên, tỷ lệ 2: 3 không đổi, vì vậy cứ hai cation Fe ³⁺ thì có ba anion O ^2- . Sự khác biệt nằm ở cách các đơn vị bát diện FeO ₆ nằm trong không gian và cách chúng gắn vào nhau.

Liên kết cấu trúc

Nguồn: Tệp miền công cộng

Các đơn vị bát diện FeO ₆ có thể được hình dung với sự trợ giúp của hình trên. Ở các góc của hình bát diện là O ^2- , còn ở tâm của nó là Fe ²⁺ hoặc Fe ³⁺ (trong trường hợp Fe ₂ O ₃ ). Cách sắp xếp các khối bát diện này trong không gian cho thấy cấu trúc của oxit.

Tuy nhiên, chúng cũng ảnh hưởng đến cách chúng được liên kết. Ví dụ, hai khối bát diện có thể được nối với nhau bằng cách chạm vào hai đỉnh của chúng, được biểu diễn bằng một cầu oxy: Fe-O-Fe. Tương tự, các khối bát diện có thể được nối qua các cạnh của chúng (kề nhau). Sau đó, nó sẽ được biểu diễn bằng hai cầu oxy: Fe- (O) ₂ -Fe.

Và cuối cùng, các khối bát diện có thể tương tác thông qua khuôn mặt của chúng. Vì vậy, biểu diễn bây giờ sẽ là với ba cầu oxy: Fe- (O) ₃ -Fe. Cách mà các khối bát diện được liên kết sẽ thay đổi khoảng cách giữa các hạt nhân Fe-Fe và do đó, các tính chất vật lý của oxit.

Tính chất

Một oxit sắt là một hợp chất có tính chất từ. Chúng có thể là phản, sắt hoặc sắt từ, và phụ thuộc vào hóa trị của Fe và cách các cation tương tác trong chất rắn.

Bởi vì cấu trúc của chất rắn rất đa dạng, các tính chất vật lý và hóa học của chúng cũng vậy.

Ví dụ, các dạng đa hình và hiđrat của Fe ₂ O ₃ có các giá trị khác nhau về điểm nóng chảy (trong khoảng từ 1200 đến 1600ºC) và mật độ. Tuy nhiên, chúng có điểm chung là độ tan thấp do Fe ³⁺ , cùng phân tử khối, có màu nâu và tan kém trong dung dịch axit.

Danh pháp

IUPAC thiết lập ba cách để gọi tên một oxit sắt. Cả ba đều rất hữu ích, mặc dù đối với các oxit phức tạp (chẳng hạn như Fe ₇ O ₉ ), hệ thống hóa quy tắc hơn các oxit khác do tính đơn giản của chúng.

Danh pháp hệ thống

Số lượng oxy và sắt được tính đến, đặt tên cho chúng bằng các tiền tố đánh số tiếng Hy Lạp mono-, di-, tri-, v.v. Theo danh pháp này, Fe ₂ O ₃ được gọi là: tri oxit của di sắt. Và đối với Fe ₇ O _9, tên của nó sẽ là: hepta-iron nonaoxide.

Danh pháp cổ phiếu

Điều này xem xét hóa trị của sắt. Nếu là Fe ²⁺ , nó được viết là oxit sắt …, và hóa trị của nó bằng chữ số La Mã đặt trong ngoặc đơn. Đối với Fe ₂ O ₃ tên của nó là: oxit sắt (III).

Lưu ý rằng Fe ³⁺ có thể được xác định bằng các tổng đại số. Nếu O ^2- có hai điện tích âm, và có ba trong số chúng, thì chúng cộng lại bằng -6. Để trung hòa -6 này, cần +6, nhưng có hai Fe, vì vậy chúng phải được chia cho hai, + 6/2 = +3:

2X (kim loại hóa trị) + 3 (-2) = 0

Giải đơn giản X thì thu được hoá trị của Fe trong oxit. Nhưng nếu X không phải là số nguyên (như trường hợp của hầu hết các oxit khác) thì sẽ có hỗn hợp gồm Fe ²⁺ và Fe ³⁺ .

Danh pháp truyền thống

Hậu tố –ico được trao cho tiền tố ferr- khi Fe có hóa trị +3 và –oso khi hóa trị của nó là 2+. Như vậy, Fe ₂ O ₃ được gọi là: oxit sắt.

Các ứng dụng

Hạt nano

Các oxit sắt có đặc điểm chung là năng lượng kết tinh cao nên có thể tạo ra các tinh thể rất nhỏ nhưng diện tích bề mặt lớn.

Vì lý do này, họ rất quan tâm đến các lĩnh vực công nghệ nano, nơi họ thiết kế và tổng hợp các hạt nano oxit (NP) cho các mục đích cụ thể:

-Là chất xúc tác.

-Là kho chứa thuốc hoặc gen trong cơ thể

-Trong việc thiết kế các bề mặt cảm quan cho các loại phân tử sinh học: protein, đường, chất béo

-Để lưu trữ dữ liệu từ tính

Sắc tố

Bởi vì một số oxit rất ổn định, chúng có thể được sử dụng để nhuộm vải hoặc tạo màu sáng cho bề mặt của bất kỳ vật liệu nào. Từ những bức tranh ghép trên các tầng; sơn màu đỏ, vàng và cam (thậm chí cả xanh lá cây); gốm sứ, nhựa, da, và thậm chí cả các công trình kiến ​​trúc.

Người giới thiệu

1. Các ủy viên của Đại học Dartmouth. (18 tháng 3 năm 2004). Phép đo phân cực của oxit sắt. Lấy từ: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo và cộng sự. (Ngày 8 tháng 9 năm 2016). Khám phá Fe ₇ O ₉ : một oxit sắt mới có cấu trúc đơn tà phức tạp. Phục hồi từ: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Oxit sắt: Cấu trúc, Tính chất, Phản ứng, Sự xuất hiện và Công dụng. . WILEY-VCH. Lấy từ: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Các hạt nano oxit sắt, đặc điểm và ứng dụng. Lấy từ: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Tổng hợp, đặc điểm, ứng dụng và thách thức của các hạt nano oxit sắt. Công nghệ nano, Khoa học và Ứng dụng, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Bột màu Golchha. (2009). Oxit sắt: Ứng dụng. Lấy từ: golchhapigments.com
7. Công thức hóa học. (2018). Sắt (II) oxit. Lấy từ: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Sắt (III) oxit. Lấy từ: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide