OSSIDO DI FERRO: STRUTTURA, PROPRIETÀ, NOMENCLATURA, USI - CHIMICA - 2026

Un ossido di ferro è uno dei composti formati tra ferro e ossigeno. Sono caratterizzati dall'essere ionici e cristallini e giacciono sparsi a causa dell'erosione dei loro minerali, costituendo i terreni, la massa vegetale e, persino, l'interno degli organismi viventi.

È quindi una delle famiglie di composti che predominano nella crosta terrestre. Cosa sono esattamente? Ad oggi sono noti sedici ossidi di ferro, la maggior parte dei quali di origine naturale e altri sintetizzati in condizioni estreme di pressione o temperatura.

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Una porzione di ossido ferrico in polvere è mostrata nell'immagine sopra. Il suo caratteristico colore rosso riveste il ferro di vari elementi architettonici in quella che è conosciuta come ruggine. Allo stesso modo, si osserva nei pendii, montagne o suoli, mescolato con molti altri minerali, come la polvere gialla di goethite (α-FeOOH).

Gli ossidi di ferro più noti sono l'ematite (α-Fe ₂ O ₃ ) e la maghemite (ϒ- Fe ₂ O ₃ ), entrambi polimorfi di ossido ferrico; e non ultima, la magnetite (Fe ₃ O ₄ ). Le loro strutture polimorfiche e la loro ampia superficie li rendono materiali interessanti come assorbenti, o per la sintesi di nanoparticelle con ampie applicazioni.

Struttura

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L'immagine in alto è una rappresentazione della struttura cristallina di FeO, uno degli ossidi di ferro in cui il ferro ha una valenza di +2. Le sfere rosse corrispondono agli anioni O ² , mentre quelle gialle ai cationi Fe ²⁺ . Nota anche che ogni Fe ²⁺ è circondato da sei O ^2- , formando un'unità di coordinazione ottaedrica.

Pertanto, la struttura di FeO può essere "scomposta" in unità di FeO ₆ , dove l'atomo centrale è Fe ²⁺ . Nel caso di ossidrossidi o idrossidi, l'unità ottaedrica è FeO ₃ (OH) ₃ .

In alcune strutture, al posto dell'ottaedro, ci sono unità tetraedriche, FeO ₄ . Per questo motivo le strutture degli ossidi di ferro sono solitamente rappresentate da ottaedri o tetraedri con centri di ferro.

Le strutture degli ossidi di ferro dipendono dalle condizioni di pressione o temperatura, dal rapporto Fe / O (cioè quanti ossigeni ci sono per ferro e viceversa), e dalla valenza del ferro (+2, +3 e, molto raramente negli ossidi sintetici, +4).

In generale, gli ingombranti anioni O ^{2 si} allineano per formare fogli i cui vuoti ospitano i cationi Fe ²⁺ o Fe ³⁺ . Quindi, ci sono ossidi (come la magnetite) che hanno ferri con entrambe le valenze.

Polimorfismo

Gli ossidi di ferro presentano polimorfismo, cioè strutture differenti o disposizioni cristalline per lo stesso composto. L'ossido ferrico, Fe ₂ O ₃ , ha fino a quattro possibili polimorfi. L'ematite, α-Fe ₂ O ₃ , è la più stabile di tutte; seguito da maghemite, ϒ- Fe ₂ O ₃ , e da β- Fe ₂ O ₃ sintetico e ε- Fe ₂ O ₃ .

Hanno tutti i propri tipi di strutture e sistemi cristallini. Tuttavia, il rapporto 2: 3 rimane costante, quindi ci sono tre O ^2- anioni per ogni due cationi Fe ³⁺ . La differenza sta nel modo in cui le unità ottaedriche FeO ₆ si trovano nello spazio e come sono attaccate.

Collegamenti strutturali

Fonte: file di dominio pubblico

Le unità ottaedriche FeO ₆ possono essere visualizzate con l'aiuto dell'immagine sopra. Agli angoli dell'ottaedro c'è l'O ^2- , mentre al suo centro c'è Fe ²⁺ o Fe ³⁺ (nel caso di Fe ₂ O ₃ ). Il modo in cui questi ottaedri sono disposti nello spazio rivela la struttura dell'ossido.

Tuttavia, influenzano anche il modo in cui sono collegati. Ad esempio, due ottaedri possono essere uniti toccando due dei loro vertici, che è rappresentato da un ponte di ossigeno: Fe-O-Fe. Allo stesso modo, gli ottaedri possono essere uniti attraverso i loro bordi (adiacenti l'uno all'altro). Sarebbe quindi rappresentato con due ponti di ossigeno: Fe- (O) ₂ -Fe.

E infine, gli ottaedri possono interagire attraverso i loro volti. Quindi, la rappresentazione sarebbe ora con tre ponti di ossigeno: Fe- (O) ₃ -Fe. Il modo in cui gli ottaedri sono collegati varierebbe le distanze internucleari Fe-Fe e, quindi, le proprietà fisiche dell'ossido.

Proprietà

Un ossido di ferro è un composto con proprietà magnetiche. Questi possono essere anti, ferrosi o ferrimagnetici e dipendono dalle valenze del Fe e da come i cationi interagiscono nel solido.

Poiché le strutture dei solidi sono molto varie, lo sono anche le loro proprietà fisiche e chimiche.

Ad esempio, i polimorfi e gli idrati di Fe ₂ O ₃ hanno diversi valori di punti di fusione (che variano tra 1200 e 1600ºC) e densità. Tuttavia, hanno in comune la bassa solubilità dovuta a Fe ³⁺ , la stessa massa molecolare, sono di colore marrone e si dissolvono male nelle soluzioni acide.

Nomenclatura

La IUPAC stabilisce tre modi per denominare un ossido di ferro. Tutti e tre sono molto utili, anche se per ossidi complessi (come Fe ₇ O ₉ ) la sistematica prevale sugli altri per la loro semplicità.

Nomenclatura sistematica

Vengono presi in considerazione i numeri di ossigeno e ferro, nominandoli con i prefissi di numerazione greca mono-, di-, tri-, ecc. Secondo questa nomenclatura, Fe ₂ O ₃ è chiamato: triossido di di ferro. E per Fe ₇ O _{9 il} suo nome sarebbe: epta-ferro non ossido.

Nomenclatura azionaria

Questo considera la valenza del ferro. Se è Fe ²⁺ , è scritto ossido di ferro …, e la sua valenza con numeri romani racchiusi tra parentesi. Per Fe ₂ O _{3 il} suo nome è: ossido di ferro (III).

Notare che Fe ³⁺ può essere determinato da somme algebriche. Se l'O ^2- ha due cariche negative, e ce ne sono tre, si sommano a -6. Per neutralizzare questo -6, è necessario +6, ma ci sono due Fe, quindi devono essere divisi per due, + 6/2 = +3:

2X (valenza metallica) + 3 (-2) = 0

Semplicemente risolvendo per X, si ottiene la valenza di Fe nell'ossido. Ma se X non è un numero intero (come nel caso di quasi tutti gli altri ossidi), allora c'è una miscela di Fe ²⁺ e Fe ³⁺ .

Nomenclatura tradizionale

Il suffisso –ico è dato al prefisso ferr- quando Fe ha valenza +3, e –oso quando la sua valenza è 2+. Pertanto, Fe ₂ O ₃ è chiamato: ossido ferrico.

applicazioni

Nanoparticelle

Gli ossidi di ferro hanno in comune un'elevata energia di cristallizzazione, che consente di creare cristalli molto piccoli ma con una grande area superficiale.

Per questo motivo, sono di grande interesse nel campo delle nanotecnologie, dove progettano e sintetizzano nanoparticelle di ossido (NP) per scopi specifici:

-Come catalizzatori.

-Come serbatoio di farmaci o geni all'interno del corpo

-Nella progettazione di superfici sensoriali per diversi tipi di biomolecole: proteine, zuccheri, grassi

-Per memorizzare dati magnetici

pigmenti

Poiché alcuni ossidi sono molto stabili, possono essere utilizzati per tingere tessuti o dare colori brillanti alle superfici di qualsiasi materiale. Dai mosaici sui pavimenti; vernici rosse, gialle e arancioni (anche verdi); ceramica, plastica, pelle e persino opere architettoniche.

Riferimenti

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