- Estrutura
- Polimorfismo
- Links estruturais
- Propriedades
- Nomenclatura
- Nomenclatura sistemática
- Nomenclatura de ações
- Nomenclatura tradicional
- Formulários
- Nanopartículas
- Pigmentos
- Referências
Um óxido de ferro é qualquer um dos compostos formados entre o ferro e o oxigênio. Caracterizam-se por serem iônicos e cristalinos, e se espalham pela erosão de seus minerais, compondo os solos, a massa vegetal e, até mesmo, o interior dos organismos vivos.
É então uma das famílias de compostos que predominam na crosta terrestre. O que exatamente são? São conhecidos 16 óxidos de ferro, a maioria de origem natural e outros sintetizados sob condições extremas de pressão ou temperatura.
Fonte: quinto sétimo, Flickr.
Uma porção do óxido férrico em pó é mostrada na imagem acima. Sua cor vermelha característica cobre o ferro de vários elementos arquitetônicos no que é conhecido como ferrugem. Da mesma forma, é observada em encostas, montanhas ou solos, misturada a diversos outros minerais, como o pó amarelo da goethita (α-FeOOH).
Os óxidos de ferro mais conhecidos são hematita (α-Fe 2 O 3) e maghemita (ϒ- Fe 2 O 3), ambos polimorfos do óxido férrico; e não menos importante, magnetita (Fe 3 O 4). Suas estruturas polimórficas e sua grande área superficial os tornam materiais interessantes como sorventes, ou para a síntese de nanopartículas com amplas aplicações.
Estrutura
Fonte: Siyavula Education, Flickr.
A imagem superior é uma representação da estrutura cristalina de FeO, um dos óxidos de ferro onde o ferro tem uma valência de +2. As esferas vermelhas correspondem aos ânions O 2, enquanto as amarelas aos cátions Fe 2+. Observe também que cada Fe 2+ é circundado por seis O 2-, formando uma unidade octaédrica de coordenação.
Portanto, a estrutura de FeO pode ser "quebrada" em unidades de FeO 6, onde o átomo central é Fe 2+. No caso de oxihidróxidos ou hidróxidos, a unidade octaédrica é FeO 3 (OH) 3.
Em algumas estruturas, em vez do octaedro, existem unidades tetraédricas, FeO 4. Por esta razão, as estruturas dos óxidos de ferro são geralmente representadas por octaedros ou tetraedros com centros de ferro.
As estruturas dos óxidos de ferro dependem das condições de pressão ou temperatura, da relação Fe / O (ou seja, quantos oxigênios existem por ferro e vice-versa) e da valência do ferro (+2, +3 e, muito raramente em óxidos sintéticos, +4).
Em geral, os volumosos ânions O 2 se alinham para formar folhas cujos vazios abrigam os cátions Fe 2+ ou Fe 3+. Assim, existem óxidos (como a magnetita) que possuem ferros com ambas as valências.
Polimorfismo
Os óxidos de ferro apresentam polimorfismo, ou seja, diferentes estruturas ou arranjos cristalinos para um mesmo composto. O óxido férrico, Fe 2 O 3, tem até quatro polimorfos possíveis. A hematita, α-Fe 2 O 3, é a mais estável de todas; seguido por maghemite, Υ- Fe 2 O 3, e por sintético β- Fe 2 O 3 e ε- Fe 2 O 3.
Todos eles têm seus próprios tipos de estruturas e sistemas cristalinos. No entanto, a proporção de 2: 3 permanece constante, então há três ânions O 2 para cada dois cátions Fe 3+. A diferença está em como as unidades octaédricas FeO 6 estão localizadas no espaço e como elas estão ligadas.
Links estruturais
Fonte: Arquivos de domínio público
As unidades octaédricas FeO 6 podem ser visualizadas com a ajuda da imagem acima. Nos cantos do octaedro estão o O 2-, enquanto no centro estão os Fe 2+ ou Fe 3+ (no caso do Fe 2 O 3). A maneira como esses octaedros estão dispostos no espaço revela a estrutura do óxido.
No entanto, eles também influenciam a forma como estão vinculados. Por exemplo, dois octaedros podem ser unidos tocando em dois de seus vértices, que são representados por uma ponte de oxigênio: Fe-O-Fe. Da mesma forma, os octaedros podem ser unidos por meio de suas bordas (adjacentes uns aos outros). Ele seria então representado por duas pontes de oxigênio: Fe- (O) 2 -Fe.
E, finalmente, os octaedros podem interagir por meio de seus rostos. Assim, a representação agora seria com três pontes de oxigênio: Fe- (O) 3 -Fe. A forma como os octaedros estão ligados variava as distâncias internucleares Fe-Fe e, portanto, as propriedades físicas do óxido.
Propriedades
Um óxido de ferro é um composto com propriedades magnéticas. Estes podem ser anti, ferro ou ferrimagnéticos e dependem das valências do Fe e de como os cátions interagem no sólido.
Como as estruturas dos sólidos são muito variadas, o mesmo ocorre com suas propriedades físicas e químicas.
Por exemplo, os polimorfos e hidratos de Fe 2 O 3 têm diferentes valores de pontos de fusão (que variam entre 1200 e 1600ºC) e densidades. Porém, têm em comum a baixa solubilidade devida ao Fe 3+, a mesma massa molecular, são de cor marrom e se dissolvem pouco em soluções ácidas.
Nomenclatura
A IUPAC estabelece três maneiras de nomear um óxido de ferro. Todos os três são muito úteis, embora para óxidos complexos (como Fe 7 O 9) a sistemática prevalece sobre os demais devido à sua simplicidade.
Nomenclatura sistemática
Os números de oxigênio e ferro são levados em consideração, nomeando-os com os prefixos de numeração gregos mono-, di-, tri-, etc. De acordo com essa nomenclatura, o Fe 2 O 3 é denominado: trióxido de ferro di. E para Fe 7 O 9 seu nome seria: hepta-nonaóxido de ferro.
Nomenclatura de ações
Isso considera a valência do ferro. Se for Fe 2+, está escrito óxido de ferro…, e sua valência com algarismos romanos entre parênteses. Para Fe 2 O 3 seu nome é: óxido de ferro (III).
Observe que Fe 3+ pode ser determinado por somas algébricas. Se o O 2 tiver duas cargas negativas e houver três, a soma deles será -6. Para neutralizar este -6, +6 é necessário, mas há dois Fe, então eles devem ser divididos por dois, + 6/2 = +3:
2X (valência de metal) + 3 (-2) = 0
Simplesmente resolvendo para X, a valência de Fe no óxido é obtida. Mas se X não for um inteiro (como é o caso de quase todos os outros óxidos), então há uma mistura de Fe 2+ e Fe 3+.
Nomenclatura tradicional
O sufixo –ico é dado ao prefixo ferr- quando Fe tem valência +3, e –oso quando sua valência é 2+. Assim, Fe 2 O 3 é denominado: óxido férrico.
Formulários
Nanopartículas
Os óxidos de ferro têm em comum uma alta energia de cristalização, o que permite a formação de cristais muito pequenos, mas com grande área superficial.
Por este motivo, eles são de grande interesse nas áreas de nanotecnologia, onde projetam e sintetizam nanopartículas de óxidos (NPs) para fins específicos:
-Como catalisadores.
- Como um reservatório de drogas ou genes dentro do corpo
- No projeto de superfícies sensoriais para diferentes tipos de biomoléculas: proteínas, açúcares, gorduras
-Para armazenar dados magnéticos
Pigmentos
Como alguns óxidos são muito estáveis, eles podem ser usados para tingir tecidos ou dar cores vivas às superfícies de qualquer material. Dos mosaicos nos pisos; tintas vermelhas, amarelas e laranja (mesmo verdes); cerâmica, plástico, couro e até obras arquitetônicas.
Referências
- Curadores do Dartmouth College. (18 de março de 2004). Estequiometria de óxidos de ferro. Retirado de: dartmouth.edu
- Ryosuke Sinmyo et al. (8 de setembro de 2016). Descoberta do Fe 7 O 9: um novo óxido de ferro com uma estrutura monoclínica complexa. Recuperado de: nature.com
- M. Cornell, U. Schwertmann. Os Óxidos de Ferro: Estrutura, Propriedades, Reações, Ocorrências e Usos.. WILEY-VCH. Retirado de: epsc511.wustl.edu
- Alice Bu. (2018). Nanopartículas de óxido de ferro, características e aplicações. Retirado de: sigmaaldrich.com
- Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Síntese, caracterização, aplicações e desafios de nanopartículas de óxido de ferro. Nanotechnology, Science and Applications, 9, 49-67.
- Pigmentos de Golchha. (2009). Óxidos de ferro: Aplicações. Retirado de: golchhapigments.com
- Formulação química. (2018). Óxido de ferro (II). Retirado de: formulacionquimica.com
- Wikipedia. (2018). Óxido de ferro (III). Retirado de: