ÓXIDO DE HIERRO: ESTRUCTURA, PROPIEDADES, NOMENCLATURA, USOS - QUÍMICA - 2025

Un óxido de hierro es cualquiera de los compuestos formados entre el hierro y el oxígeno. Se caracterizan por ser iónicos y cristalinos, y yacen esparcidos producto de la erosión de sus minerales, componiendo los suelos, la masa vegetal e, incluso, el interior de los organismos vivos.

यह तब यौगिकों के परिवारों में से एक है जो पृथ्वी की पपड़ी में प्रबल होते हैं। वे वास्तव में क्या हैं? सोलह लौह आक्साइड आज तक ज्ञात हैं, उनमें से अधिकांश प्राकृतिक मूल और अन्य दबाव या तापमान की चरम स्थितियों में संश्लेषित हैं।

स्रोत: पांच सातवें, फ़्लिकर

पाउडर फेरिक ऑक्साइड का एक हिस्सा ऊपर की छवि में दिखाया गया है। इसकी विशिष्ट लाल रंग की संरचना में विभिन्न वास्तुशिल्प तत्वों के लोहे को कवर किया जाता है जिसे जंग के रूप में जाना जाता है। इसी तरह, यह ढलान, पहाड़ों या मिट्टी में पाया जाता है, कई अन्य खनिजों के साथ मिश्रित होता है, जैसे कि गोइथाइट का पीला पाउडर (α-FeOOH)।

सबसे प्रसिद्ध लोहे के आक्साइड हेमटिट (α-Fe ₂ O ₃) और मैग्मेइट (ϒ- Fe ₂ O ₃) हैं, दोनों ही फेरिक ऑक्साइड के बहुरूपी; और कम से कम, मैग्नेटाइट (Fe ₃ O ₄)। उनकी बहुरंगी संरचनाएं और उनके बड़े सतह क्षेत्र उन्हें शर्बत के रूप में या व्यापक अनुप्रयोगों के साथ नैनोकणों के संश्लेषण के लिए दिलचस्प सामग्री बनाते हैं।

संरचना

स्रोत: सियावुला शिक्षा, फ़्लिकर

शीर्ष छवि FeO के क्रिस्टल संरचना का प्रतिनिधित्व करती है, लोहे के आक्साइडों में से एक है जहां लोहे का मान +2 है। लाल गोले O ^2- आयनों के अनुरूप होते हैं, जबकि पीले वाले Fe ²⁺ केशन के होते हैं । यह भी ध्यान दें कि प्रत्येक Fe ²⁺ छह O ^2- से घिरा हुआ है, जो समन्वय की एक ऑक्टाहेड्रल इकाई बनाता है।

इसलिए, FeO की संरचना FeO ₆ की इकाइयों में "टूट गई" हो सकती है, जहां केंद्रीय परमाणु Fe ^{2+ है} । ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड्स या हाइड्रॉक्साइड्स के मामले में, ऑक्टाहेड्रल यूनिट FeO ₃ (OH) _{3 है} ।

कुछ संरचनाओं में, ऑक्टाहेड्रोन के बजाय, टेट्राहेड्रल इकाइयां पाई जाती हैं, FeO ₄ । इस कारण से लोहे के आक्साइड की संरचनाओं को आमतौर पर लोहे के केंद्रों के साथ अष्टधारा या टेट्राहेड्रा द्वारा दर्शाया जाता है।

लोहे के आक्साइड की संरचनाएं Fe / O अनुपात पर दबाव या तापमान की स्थितियों पर निर्भर करती हैं (अर्थात, प्रति लोहे के कितने ऑक्सिजन हैं और इसके विपरीत), और लोहे की वैधता पर (+2, +3 और, बहुत सिंथेटिक ऑक्साइड में शायद ही कभी, +4)।

सामान्य तौर पर, भारी O ^2- आयन अपने आप को शीट बनाने के लिए संरेखित करते हैं जिनके अंतराल में Fe ²⁺ या Fe ³⁺ उद्धरण होते हैं । इस प्रकार, ऑक्साइड्स (जैसे मैग्नेटाइट) होते हैं जिनमें दोनों वैलेंस के साथ विडंबनाएं होती हैं।

बहुरूपता

लोहे के आक्साइड बहुरूपता को प्रस्तुत करते हैं, अर्थात्, एक ही परिसर के लिए विभिन्न संरचनाएं या क्रिस्टल व्यवस्था। फेरिक ऑक्साइड, फे ₂ ओ ₃, में चार संभावित पॉलीमोर्फ हैं। हेमेटाइट, α-Fe ₂ O ₃, सभी में सबसे अधिक स्थिर है; मैग्माइट के बाद, ϒ- Fe ₂ O ₃, और सिंथेटिक,- Fe ₂ O ₃ और ε- Fe ₂ O ₃ ।

उन सभी के पास अपने स्वयं के प्रकार के क्रिस्टल संरचनाएं और प्रणालियां हैं। हालाँकि, 2: 3 अनुपात स्थिर रहता है, इसलिए प्रत्येक दो Fe ³⁺ उद्धरणों के लिए तीन O ^2- आयन होते हैं । अंतर यह है कि कैसे FeO ₆ ऑक्टाहेड्रल इकाइयों अंतरिक्ष में स्थित हैं और वे कैसे संलग्न हैं।

संरचनात्मक लिंक

स्रोत: सार्वजनिक डोमेन फाइलें

ऊपर की छवि की मदद से ऑक्टाहेड्रल इकाइयों FeO _{6 की} कल्पना की जा सकती है। ऑक्टाहेड्रोन के कोनों में O ^{2- हैं}, जबकि इसके केंद्र में Fe ²⁺ या Fe ³⁺ (Fe ₂ O ₃ के मामले में) हैं। जिस तरह से इन ऑक्टाहेड्रा को अंतरिक्ष में व्यवस्थित किया जाता है उससे ऑक्साइड की संरचना का पता चलता है।

हालांकि, वे यह भी प्रभावित करते हैं कि वे कैसे जुड़े हुए हैं। उदाहरण के लिए, दो अष्टकड़ा उनके दो कोने को छूकर जुड़ सकते हैं, जो ऑक्सीजन पुल द्वारा दर्शाया गया है: Fe-O-Fe। इसी तरह, ऑक्टाहेड्रा को उनके किनारों (एक दूसरे से सटे) के माध्यम से जोड़ा जा सकता है। इसके बाद दो ऑक्सीजन पुलों के साथ प्रतिनिधित्व किया जाएगा: Fe- (O) ₂ -Fe।

और अंत में, ऑक्टाहेड्रा उनके चेहरे के माध्यम से बातचीत कर सकते हैं। इस प्रकार, प्रतिनिधित्व अब तीन ऑक्सीजन पुलों के साथ होगा: Fe- (O) ₃ -Fe। जिस तरह से ऑक्टाहेड्रा जुड़े हुए हैं, वह Fe-Fe की आंतरिक दूरी को अलग करेगा और इसलिए, ऑक्साइड के भौतिक गुण।

गुण

एक लौह ऑक्साइड चुंबकीय गुणों वाला एक यौगिक है। ये विरोधी, फेरो या फेरिमैग्नेटिक हो सकते हैं, और फ़े की वैलिडिटी पर निर्भर करते हैं और कैसे ठोस में पिंजरों का आदान-प्रदान करते हैं।

क्योंकि ठोस पदार्थों की संरचनाएं बहुत विविध हैं, इसलिए उनके भौतिक और रासायनिक गुण हैं।

उदाहरण के लिए, Fe ₂ O ₃ के बहुरूपता और हाइड्रेट्स में गलनांक (जो कि 1200 और 1600 dC के बीच होता है) और घनत्व के विभिन्न मूल्य होते हैं। हालांकि, वे Fe ^{3+ के} कारण आम तौर पर कम घुलनशीलता में होते हैं, वही आणविक द्रव्यमान, भूरे रंग के होते हैं और एसिड समाधानों में खराब रूप से भंग होते हैं।

शब्दावली

IUPAC लोहे के ऑक्साइड के नाम से तीन तरीके स्थापित करता है। तीनों बहुत उपयोगी हैं, हालांकि जटिल ऑक्साइड के लिए (जैसे कि फे ₇ ओ ₉) उनकी सादगी के कारण दूसरों पर व्यवस्थित नियम।

व्यवस्थित नामकरण

ऑक्सीजन और लोहे की संख्या को ध्यान में रखा जाता है, उनका नामकरण ग्रीक नंबरिंग उपसर्ग मोनो-, दी-, ट्राइ- आदि के साथ किया जाता है। इस नामकरण के अनुसार, फे ₂ ओ ₃ को कहा जाता है: डी आयरन का त्रि ऑक्साइड । और Fe ₇ O _{9 के लिए} इसका नाम होगा: हेप्टा-आयरन नोनोक्साइड।

स्टॉक नामकरण

यह लोहे की वैधता को मानता है। यदि यह Fe ^{2+ है}, तो इसे आयरन ऑक्साइड लिखा जाता है…, और रोमन अंकों के साथ इसकी वैधता कोष्ठक में संलग्न है। Fe ₂ O _{3 के लिए} इसका नाम है: आयरन ऑक्साइड (III)।

ध्यान दें कि Fe ³⁺ बीजीय रकम द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। यदि ओ ^2- पर दो नकारात्मक आरोप हैं, और उनमें से तीन हैं, तो वे -6 तक जोड़ते हैं। इस -6 को बेअसर करने के लिए, +6 की आवश्यकता होती है, लेकिन दो Fe हैं, इसलिए उन्हें दो से विभाजित किया जाना चाहिए, + 6/2 = 3:

2X (मेटल वेलेंस) + 3 (-2) = 0

बस X के लिए हल करने पर, ऑक्साइड में Fe का मान प्राप्त होता है। लेकिन अगर एक्स पूर्णांक नहीं है (जैसा कि लगभग सभी अन्य ऑक्साइड के साथ होता है), तो Fe ²⁺ और Fe ³⁺ का मिश्रण होता है ।

पारंपरिक नामकरण

प्रत्यय-उपसर्ग ferr- को दिया जाता है- जब Fe में वेलेंस +3 होता है, और –बोस जब इसकी वेलेंस 2+ होती है। इस प्रकार, फे ₂ ओ ₃ को कहा जाता है: फेरिक ऑक्साइड।

अनुप्रयोग

नैनोकणों

लौह आक्साइड में आम तौर पर एक उच्च क्रिस्टलीकरण ऊर्जा होती है, जो बहुत छोटे क्रिस्टल बनाने के लिए संभव है, लेकिन एक बड़े सतह क्षेत्र के साथ।

इस कारण से, वे नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में बहुत रुचि रखते हैं, जहां वे विशिष्ट उद्देश्यों के लिए ऑक्साइड नैनोकणों (एनपी) को डिजाइन और संश्लेषित करते हैं:

उत्प्रेरक के रूप में।

-शरीर के भीतर दवाओं या जीन का भंडार हो

-विभिन्न प्रकार के बायोमोलेक्यूल के लिए संवेदी सतहों के डिजाइन में: प्रोटीन, शर्करा, वसा

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पिग्मेंट्स

क्योंकि कुछ ऑक्साइड बहुत स्थिर होते हैं, उनका उपयोग कपड़ा बनाने या किसी भी सामग्री की सतहों को चमकीले रंग देने के लिए किया जा सकता है। फर्श पर मोज़ाइक से; लाल, पीले और नारंगी (यहां तक ​​कि हरे) पेंट; चीनी मिट्टी की चीज़ें, प्लास्टिक, चमड़ा, और यहां तक ​​कि वास्तुशिल्प कार्य भी।

संदर्भ

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