Óxido de ferro (II, III) - Iron(II,III) oxide

Fe3O4.JPG
Nomes
Nome IUPAC
óxido de ferro (II) ferro (III)
Outros nomes
óxido férrico, óxido ferroso férrico, óxido de ferro (II, III), magnetita, óxido de ferro preto, magnetita, ferrugem, óxido de ferro (II) diiron (III)
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.013.889 Edite isso no Wikidata
UNII
  • InChI = 1S / 3Fe.4O VerificaY
    Chave: SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N VerificaY
  • InChI = 1 / 3Fe.4O / rFe3O4 / c1-4-2-6-3 (5-1) 7-2
    Chave: SZVJSHCCFOBDDC-QXRQKJBKAR
  • O1 [Fe] 2O [Fe] O [Fe] 1O2
Propriedades
Fe 3 O 4

FeO.Fe 2 O 3

Massa molar 231,533 g / mol
Aparência pó preto sólido
Densidade 5 g / cm 3
Ponto de fusão 1.597 ° C (2.907 ° F; 1.870 K)
Ponto de ebulição 2.623 ° C (4.753 ° F; 2.896 K)
2,42
Perigos
NFPA 704 (diamante de fogo)
0
0
1
Termoquímica
Entalpia
padrão de formação (Δ f H ⦵ 298 )
-1120,89 kJ · mol −1
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

O óxido de ferro (II, III) é o composto químico com a fórmula Fe 3 O 4 . Ocorre na natureza como o mineral magnetita . É um de vários óxidos de ferro , sendo os outros o óxido de ferro (II) (FeO), que é raro, e o óxido de ferro (III) (Fe 2 O 3 ), que também ocorre naturalmente como o mineral hematita . Ele contém íons Fe 2+ e Fe 3+ e às vezes é formulado como FeO ∙ Fe 2 O 3 . Este óxido de ferro é encontrado no laboratório como uma pólvora negra. Ele exibe magnetismo permanente e é ferrimagnético , mas às vezes é incorretamente descrito como ferromagnético . Seu uso mais extenso é como pigmento preto. Para este propósito, ele é sintetizado em vez de extraído do mineral natural, pois o tamanho e a forma das partículas podem ser variados de acordo com o método de produção.

Preparação

Em condições anaeróbicas , o hidróxido ferroso (Fe (OH) 2 ) pode ser oxidado pela água para formar magnetita e hidrogênio molecular . Este processo é descrito pela reação de Schikorr :

A magnetita bem cristalizada (Fe 3 O 4 ) é termodinamicamente mais estável do que o hidróxido ferroso (Fe (OH) 2 ).

A magnetita pode ser preparada em laboratório como um ferrofluido no método de Massart , misturando cloreto de ferro (II) e cloreto de ferro (III) na presença de hidróxido de sódio . A magnetita também pode ser preparada por co-precipitação química na presença de amônia, que consiste em uma mistura de uma solução 0,1 M de FeCl 3 · 6H 2 O e FeCl 2 · 4H 2 O com agitação mecânica de cerca de 2.000 rpm. A razão molar de FeCl 3 : FeCl 2 pode ser 2: 1; aquecendo esta solução a 70 ° C, e imediatamente a velocidade é elevada para 7500 rpm e adicionando rapidamente uma solução de NH 4 OH (10% em volume), imediatamente se formará um precipitado escuro, que consiste em nanopartículas de magnetita. Em ambos os casos, a reação de precipitação depende de uma rápida transformação de íons de ferro hidrolisados ​​ácidos na estrutura de óxido de ferro espinela, por hidrólise em valores de pH elevados (acima de cerca de 10).

Esforços consideráveis ​​têm sido dedicados para controlar o processo de formação de partículas de nanopartículas de magnetita devido às reações químicas desafiadoras e complexas envolvidas nas transformações de fase anteriores à formação da estrutura espinélica da magnetita. As partículas de magnetita são de interesse em aplicações de biociência, como em imagem por ressonância magnética (MRI), uma vez que as nanopartículas de magnetita de óxido de ferro representam uma alternativa não tóxica aos agentes de contraste à base de gadolínio atualmente empregados . No entanto, devido à falta de controle sobre as transformações específicas envolvidas na formação das partículas, as partículas verdadeiramente superparamagnéticas ainda não foram preparadas a partir da magnetita, ou seja, nanopartículas de magnetita que perdem completamente sua característica magnética permanente na ausência de um campo magnético externo (que por definição mostram uma coercividade de 0 A / m). Os menores valores relatados atualmente para partículas nanométricas de magnetita é Hc = 8,5 A m −1 , enquanto o maior valor de magnetização relatado é 87 Am 2 kg −1 para magnetita sintética.

A qualidade do pigmento Fe 3 O 4 , chamada magnetita sintética, pode ser preparada usando processos que usam resíduos industriais, sucata de ferro ou soluções contendo sais de ferro (por exemplo, aqueles produzidos como subprodutos em processos industriais, como o tratamento ácido de cuba ( decapagem ) de aço):

  • Oxidação do ferro metálico no processo Laux, onde o nitrobenzeno é tratado com ferro metálico usando FeCl 2 como catalisador para produzir anilina :
C 6 H 5 NO 2 + 3 Fe + 2 H 2 O → C 6 H 5 NH 2 + Fe 3 O 4
  • Oxidação de compostos de Fe II , por exemplo, a precipitação de sais de ferro (II) como hidróxidos seguida de oxidação por aeração, onde o controle cuidadoso do pH determina o óxido produzido.

Redução de Fe 2 O 3 com hidrogênio:

3Fe 2 O 3 + H 2 → 2Fe 3 O 4 + H 2 O

Redução de Fe 2 O 3 com CO:

3Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2

A produção de nanopartículas pode ser realizada quimicamente tomando, por exemplo, misturas de sais de Fe II e Fe III e misturando-os com álcali para precipitar o Fe 3 O 4 coloidal . As condições de reação são críticas para o processo e determinam o tamanho das partículas.

Reações

A redução do minério de magnetita por CO em um alto-forno é usada para produzir ferro como parte do processo de produção de aço:

A oxidação controlada de Fe 3 O 4 é usada para produzir pigmento marrom de qualidade γ-Fe 2 O 3 ( maghemita ):

A calcinação mais vigorosa (torrefação ao ar) dá qualidade de pigmento vermelho α-Fe 2 O 3 ( hematita ):

Estrutura

Fe 3 O 4 tem uma estrutura de grupo espinélio inverso cúbico que consiste em uma matriz cúbica compactada de íons de óxido, onde todos os íons Fe 2+ ocupam metade dos sítios octaédricos e o Fe 3+ são divididos uniformemente entre os sítios octaédricos restantes e os sítios tetraédricos.

Tanto o FeO quanto o γ-Fe 2 O 3 têm uma matriz similar cúbica compactada de íons de óxido e isso é responsável pela pronta intercambialidade entre os três compostos na oxidação e redução, pois essas reações acarretam uma mudança relativamente pequena na estrutura geral. As amostras de Fe 3 O 4 podem ser não estequiométricas .

O ferrimagnetismo de Fe 3 O 4 surge porque os spins de elétrons dos íons Fe II e Fe III nos sítios octaédricos são acoplados e os spins dos íons Fe III nos sítios tetraédricos são acoplados, mas anti-paralelos aos primeiros. O efeito líquido é que as contribuições magnéticas de ambos os conjuntos não são equilibradas e há um magnetismo permanente.

No estado fundido, modelos restritos experimentalmente mostram que os íons de ferro são coordenados a 5 íons de oxigênio em média. Há uma distribuição de locais de coordenação no estado líquido, com a maioria de Fe II e Fe III sendo 5-coordenada para oxigênio e populações minoritárias de ferro coordenado de 4 e 6 vezes.

Propriedades

Amostra de magnetita , Fe 3 O 4 de ocorrência natural .

Fe 3 O 4 é ferrimagnético com temperatura de Curie de 858 K. Há uma transição de fase a 120K, chamada transição de Verwey, onde há uma descontinuidade na estrutura, condutividade e propriedades magnéticas. Este efeito foi extensivamente investigado e embora várias explicações tenham sido propostas, não parece ser totalmente compreendido.

Embora tenha resistividade elétrica muito maior do que o metal de ferro (96,1 nΩ m), a resistividade elétrica do Fe 3 O 4 (0,3 mΩ m) é significativamente menor do que a do Fe 2 O 3 (aproximadamente kΩ m). Isso é atribuído à troca de elétrons entre os centros de Fe II e Fe III em Fe 3 O 4 .

Usos

Fe 3 O 4 é usado como um pigmento preto e é conhecido como pigmento CI preto 11 (CI No.77499) ou Mars Black .

Fe 3 O 4 é usado como um catalisador no processo de Haber e na reação de deslocamento água-gás . Este último usa um HTS (catalisador de mudança de alta temperatura) de óxido de ferro estabilizado por óxido de cromo . Este catalisador ferro-cromo é reduzido na inicialização do reator para gerar Fe 3 O 4 de α-Fe 2 O 3 e Cr 2 O 3 para CrO 3 .

Bluing é um processo de passivação que produz uma camada de Fe 3 O 4 na superfície do aço para protegê-lo da ferrugem.

Ferumoxytol junto com o enxofre e o alumínio, é um ingrediente de um tipo específico de termite útil para o corte de aço.

Usos médicos

Ferumoxytol
Dados clínicos
Nomes comerciais Feraheme, Rienso
AHFS / Drugs.com Monografia
MedlinePlus a614023
Dados de licença
Vias de
administração		 Infusão intravenosa
Código ATC
Status legal
Status legal
Identificadores
  • ferro (2 +); ferro (3 +); oxigênio (2-)
Número CAS
DrugBank
UNII
KEGG
ChEBI
Painel CompTox ( EPA )
ECHA InfoCard 100.013.889 Edite isso no Wikidata
Dados químicos e físicos
Fórmula Fe 3 O 4
Massa molar 231,531  g · mol −1
Modelo 3D ( JSmol )
  • [O-2]. [O-2]. [O-2]. [O-2]. [Fe + 2]. [Fe + 3]. [Fe + 3]
  • InChI = 1S / 3Fe.4O / q + 2; 2 * + 3; 4 * -2
  • Chave: WTFXARWRTYJXII-UHFFFAOYSA-N

Nanopartículas de Fe 3 O 4 são usadas como agentes de contraste em exames de ressonância magnética .

Ferumoxytol, vendido sob as marcas Feraheme e Rienso, é uma preparação de Fe 3 O 4 intravenosa para o tratamento da anemia resultante de doença renal crônica . Ferumoxytol é fabricado e distribuído globalmente pela AMAG Pharmaceuticals .

Ocorrência biológica

A magnetita foi encontrada como nanocristais em bactérias magnetotáticas (42-45 nm) e no tecido do bico de pombos-correio .

Referências

links externos

  • "Ferumoxytol" . Portal de informações sobre medicamentos . Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.
)