산화철 철 및 산소 사이에 형성된 임의의 화합물이다. 그들은 이온 성 및 결정질이 특징이며, 미네랄 침식의 결과로 흩어져 토양, 식물 덩어리 및 심지어 살아있는 유기체의 내부를 구성합니다.
그런 다음 지각에서 우세한 화합물 계열 중 하나입니다. 정확히 무엇입니까? 현재까지 16 개의 산화철이 알려져 있으며, 대부분은 천연 유래이며 다른 것들은 극한의 압력이나 온도 조건에서 합성됩니다.
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분말 산화철의 일부가 위의 이미지에 나와 있습니다. 그 특징적인 붉은 색은 녹으로 알려진 다양한 건축 요소의 철을 덮습니다. 마찬가지로, 고 타이트의 황색 분말 (α-FeOOH)과 같은 다른 많은 미네랄과 혼합 된 경사지, 산 또는 토양에서 관찰됩니다.
가장 잘 알려진 산화철은 산화철의 다형 체인 적철광 (α-Fe 2 O 3 )과 마그 마이트 (ϒ- Fe 2 O 3 )입니다. 그리고 적어도 자철광 (Fe 3 O 4 ). 다형성 구조와 넓은 표면적은 흡착제 또는 광범위한 응용 분야의 나노 입자 합성에 흥미로운 재료를 만듭니다.
구조
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상단 이미지는 철의 원자가가 +2 인 산화철 중 하나 인 FeO의 결정 구조를 나타냅니다. 빨간색 구형은 O2- 음이온에 해당하고 노란색 구형 은 Fe2 + 양이온에 해당 합니다. 또한 각 Fe 2+ 는 6 개의 O 2-로 둘러싸여 8 면체 배위 단위를 형성합니다.
따라서 FeO의 구조 는 중심 원자가 Fe 2+ 인 FeO 6 단위로 "분할"될 수 있습니다 . 옥시 수산화물 또는 수산화물의 경우 팔면체 단위는 FeO 3 (OH) 3 입니다.
일부 구조에서는 팔면체 대신 사면체 단위 인 FeO 4가 있습니다. 이러한 이유로 산화철의 구조는 일반적으로 철 중심이있는 팔면체 또는 사면체로 표시됩니다.
산화철의 구조는 압력 또는 온도 조건, Fe / O 비율 (즉, 철당 산소의 수 및 그 반대) 및 철의 원자가 (+2, +3 및 매우 합성 산화물에서는 드물게 +4).
일반적으로 부피가 큰 O 2- 음이온이 정렬되어 Fe 2+ 또는 Fe 3+ 양이온을 수용하는 보이드 시트를 형성 합니다. 따라서 두 원자가를 가진 철을 가진 산화물 (자철광과 같은)이 있습니다.
다형성
산화철은 다형성, 즉 동일한 화합물에 대해 다른 구조 또는 결정 배열을 나타냅니다. 산화철 인 Fe 2 O 3 에는 최대 4 개의 가능한 다 형체가 있습니다. 적철광 α-Fe 2 O 3 는 가장 안정적입니다. 마그 마이트, ϒ- Fe 2 O 3 , 합성 β- Fe 2 O 3 및 ε- Fe 2 O 3가 뒤 따릅니다 .
그들은 모두 고유 한 유형의 결정 구조와 시스템을 가지고 있습니다. 그러나 2 : 3 비율은 일정하게 유지되므로 2 개의 Fe 3+ 양이온마다 3 개의 O 2 음이온 이 있습니다. 차이점은 FeO 6 팔면체 단위가 공간 에 배치 되는 방식과 부착 방식에 있습니다.
구조적 링크
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팔면체 단위 FeO 6 는 위의 이미지를 통해 시각화 할 수 있습니다. 팔면체의 모서리에는 O 2-가 있고, 중앙에는 Fe 2+ 또는 Fe 3+ (Fe 2 O 3 의 경우 )가 있습니다. 이 팔면체가 공간에 배열되는 방식은 산화물의 구조를 나타냅니다.
그러나 연결 방식에도 영향을 미칩니다. 예를 들어, 두 개의 팔면체는 두 개의 꼭지점을 터치하여 결합 할 수 있으며, 이는 산소 브리지 (Fe-O-Fe)로 표시됩니다. 마찬가지로, 팔면체는 가장자리를 통해 결합 될 수 있습니다 (서로 인접 해 있음). 그런 다음 두 개의 산소 브리지로 표시됩니다 : Fe- (O) 2 -Fe.
마지막으로 팔면체는 얼굴을 통해 상호 작용할 수 있습니다. 따라서 이제 표현은 세 개의 산소 브릿지 인 Fe- (O) 3 -Fe로 표시됩니다. 팔면체가 연결되는 방식은 Fe-Fe 핵간 거리, 따라서 산화물의 물리적 특성을 다양하게합니다.
속성
산화철은 자기 특성을 가진 화합물입니다. 이들은 반자성, 강자성 또는 페리 자성 일 수 있으며, Fe의 원자가와 양이온이 고체에서 상호 작용하는 방식에 따라 달라집니다.
고체의 구조가 매우 다양하기 때문에 물리적 및 화학적 특성도 다양합니다.
예를 들어, Fe 2 O 3 의 다 형체와 수화물은 녹는 점 (1200 ~ 1600ºC 범위) 및 밀도 값이 다릅니다. 그러나 이들은 동일한 분자량 인 Fe 3+ 로 인해 낮은 용해도를 가지며 , 갈색을 띠고 산 용액에 잘 용해되지 않습니다.
명명법
IUPAC는 산화철을 명명하는 세 가지 방법을 설정합니다. 복잡한 산화물 (예 : Fe 7 O 9 )의 경우 단순성으로 인해 다른 것보다 체계적인 규칙이 적용 되지만 세 가지 모두 매우 유용합니다 .
체계적인 명명법
산소와 철의 수를 고려하여 그리스어 번호 접두사 mono-, di-, tri- 등으로 명명합니다. 이러한 명명법에 따르면), 철 (Fe 2 O 3 이라고 : 트라이 산화물 디 철. 그리고 Fe 7 O 9 의 경우 이름은 hepta-iron nonaoxide입니다.
주식 명명법
이것은 철의 원자가를 고려합니다. Fe 2+ 이면 산화철 …로 표기되고 원자가는 괄호로 묶인 로마 숫자로 표시됩니다. Fe 2 O 3 의 경우 이름은 산화철 (III)입니다.
Fe 3+ 는 대수 합계에 의해 결정될 수 있습니다. O 2- 에 두 개의 음전하가 있고 그 중 세 개가 있으면 합하면 -6이됩니다. 이 -6을 중화하려면 +6이 필요하지만 두 개의 Fe가 있으므로 두 개로 나누어야합니다. + 6/2 = +3 :
2X (금속 원자가) + 3 (-2) = 0
간단히 X를 구하면 산화물에서 Fe의 원자가가 얻어집니다. 그러나 X가 정수가 아니면 (거의 모든 다른 산화물의 경우처럼) Fe 2+ 와 Fe 3+ 의 혼합물이 있습니다.
전통적인 명명법
접미사 –ico는 Fe가 +3 일 때 접두사 ferr-에 주어지고, 원자가가 2+ 일 때 –oso입니다. 따라서 Fe 2 O 3 는 산화철이라고합니다.
응용
나노 입자
산화철은 공통적으로 높은 결정화 에너지를 가지므로 매우 작은 결정을 만들 수 있지만 표면적이 넓습니다.
이러한 이유로 그들은 특정 목적을 위해 산화물 나노 입자 (NP)를 설계하고 합성하는 나노 기술 분야에 큰 관심을 가지고 있습니다.
-촉매로.
-신체 내 약물 또는 유전자의 저장소
-단백질, 당분, 지방 등 다양한 종류의 생체 분자에 대한 감각 표면 설계
-자기 데이터 저장
안료
일부 산화물은 매우 안정하기 때문에 직물을 염색하거나 모든 재료의 표면에 밝은 색상을 부여하는 데 사용할 수 있습니다. 바닥의 모자이크에서; 빨간색, 노란색 및 주황색 (녹색) 페인트; 도자기, 플라스틱, 가죽, 심지어 건축 작품까지.
참고 문헌
- Dartmouth College의 이사. (2004 년 3 월 18 일). 산화철의 화학 양론. 출처 : dartmouth.edu
- Ryosuke Sinmyo et al. (2016 년 9 월 8 일). Fe 7 O 9 발견 : 복잡한 단 사정 구조를 가진 새로운 산화철. 출처 : nature.com
- M. Cornell, U. Schwertmann. 철 산화물 : 구조, 특성, 반응, 발생 및 용도. . WILEY-VCH. 출처 : epsc511.wustl.edu
- 앨리스 부. (2018). 산화철 나노 입자, 특성 및 응용. 출처 : sigmaaldrich.com
- Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). 산화철 나노 입자의 합성, 특성화, 응용 및 과제. 나노 기술, 과학 및 응용, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
- 골차 안료. (2009). 산화철 : 응용. 출처 : golchhapigments.com
- 화학 제제. (2018). 산화철 (II). 출처 : formulacionquimica.com
- Wikipedia. (2018). 산화철 (III). 출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide