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

Este artigo é sobre um óxido de ferro de cor vermelha. Para outros usos, consulte Ferro Vermelho .

Óxido de ferro (III)
Célula unitária de hematita
  Fe   O
Amostra de óxido de ferro (III)
Diagrama de Pourbaix de ferro aquoso
Nomes
Nome IUPAC
Óxido de ferro (III)
Outros nomes
óxido férrico, hematita , ferro férrico, óxido de ferro vermelho, rouge, maghemita , colcothar, sesquióxido de ferro, ferrugem , ocre
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.013.790 Edite isso no Wikidata
Número EC
Número E E172 (ii) (cores)
11092
KEGG
Número RTECS
UNII
  • InChI = 1S / 2Fe.3O [ inchi ] VerificaY
    Chave: JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N [ inchi ] VerificaY
  • InChI = 1 / 2Fe.3O / rFe2O3 / c3-1-4-2 (3) 5-1
    Chave: JEIPFZHSYJVQDO-ZVGCCQCPAC
  • O1 [Fe] 2O [Fe] 1O2
Propriedades
Fe 2 O 3
Massa molar 159,687  g · mol −1
Aparência Sólido castanho-avermelhado
Odor Inodoro
Densidade 5,25 g / cm 3
Ponto de fusão 1.539 ° C (2.802 ° F; 1.812 K)
decompõe-se
105 ° C (221 ° F; 378 K)
β-di-hidratado, decompõe-se
150 ° C (302 ° F; 423 K)
β-monohidrato, decompõe-se
50 ° C (122 ° F; 323 K)
α-di-hidrato, decompõe-se
92 ° C (198 ° F; 365 K)
α-mono-hidrato, decompõe-se
Insolúvel
Solubilidade Solúvel em ácidos diluídos , pouco solúvel em solução de açúcar
Trihidrato levemente solúvel em aq. ácido tartárico , ácido cítrico , CH 3 COOH
+ 3586,0 · 10 −6 cm 3 / mol
n 1 = 2,91, n 2 = 3,19 (α, hematita)
Estrutura
Romboédrico , hR30 (forma α) Bixbyita
cúbica , cI80 (forma β)
Espinélio cúbico (forma γ)
Ortorrômbico (forma ε)
R3c, No. 161 (forma α)
Ia 3 , No. 206 (forma β)
Pna2 1 , No. 33 (forma ε)
3m (forma α)
2 / m 3 (forma β)
mm2 (forma ε)
Octaédrico (Fe 3+ , forma α, forma β)
Termoquímica
103,9 J / mol · K
87,4 J / mol · K
Entalpia de
formação padrão (Δ f H ⦵ 298 )
-824,2 kJ / mol
-742,2 kJ / mol
Perigos
Pictogramas GHS GHS07: Nocivo
Palavra-sinal GHS Aviso
H315 , H319 , H335
P261 , P305 + 351 + 338
NFPA 704 (diamante de fogo)
0
0
0
5 mg / m 3 (TWA)
Dose ou concentração letal (LD, LC):
LD 50 ( dose mediana )
 10 g / kg (ratos, oral)
NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA):
PEL (permitido)
 TWA 10 mg / m 3
REL (recomendado)
 TWA 5 mg / m 3
IDLH (perigo imediato)
 2500 mg / m 3
Compostos relacionados
Outros ânions
Fluoreto de ferro (III)
Outros cátions
Óxido de manganês (III) Óxido de
cobalto (III)
Óxidos de ferro relacionados
Óxido de ferro (II) Óxido de
ferro (II, III)
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N verificar  (o que é   ?) VerificaY☒N
Referências da Infobox

O óxido de ferro (III) ou óxido férrico é o composto inorgânico com a fórmula Fe 2 O 3 . É um dos três principais óxidos de ferro , sendo os outros dois o óxido de ferro (II) (FeO), que é raro; e óxido de ferro (II, III) (Fe 3 O 4 ), que também ocorre naturalmente como o mineral magnetita . Como o mineral conhecido como hematita , o Fe 2 O 3 é a principal fonte de ferro para a indústria siderúrgica. O Fe 2 O 3 é prontamente atacado por ácidos. O óxido de ferro (III) é freqüentemente chamado de ferrugem e, até certo ponto, esse rótulo é útil, porque a ferrugem compartilha várias propriedades e tem uma composição semelhante; entretanto, em química, a ferrugem é considerada um material mal definido, descrito como óxido férrico hidratado.

Estrutura

Fe 2 O 3 pode ser obtido em vários polimorfos . No principal, α, o ferro adota uma geometria de coordenação octaédrica. Ou seja, cada centro de Fe está ligado a seis ligantes de oxigênio . No polimorfo γ, parte do Fe fica em sítios tetraédricos, com quatro ligantes de oxigênio.

Fase alfa

α-Fe 2 O 3 tem o romboédrica , corindo (α-Al 2 O 3 ) e a estrutura é a forma mais comum. Ocorre naturalmente como o mineral hematita que é extraído como o principal minério de ferro. É antiferromagnético abaixo de ~ 260 K ( temperatura de transição de Morin ) e exibe ferromagnetismo fraco entre 260 K e a temperatura de Néel , 950 K. É fácil de preparar usando decomposição térmica e precipitação na fase líquida. Suas propriedades magnéticas dependem de muitos fatores, por exemplo, pressão, tamanho de partícula e intensidade do campo magnético.

Fase gama

γ-Fe 2 O 3 tem uma estrutura cúbica . É metaestável e convertido da fase alfa em altas temperaturas. Ocorre naturalmente como o mineral maghemita . É ferromagnético e encontra aplicação em fitas de gravação, embora partículas ultrafinas menores que 10 nanômetros sejam superparamagnéticas . Pode ser preparado por desidratação térmica de óxido-hidróxido de ferro gama (III) . Outro método envolve a oxidação cuidadosa do óxido de ferro (II, III) (Fe 3 O 4 ). As partículas ultrafinas podem ser preparadas por decomposição térmica do oxalato de ferro (III) .

Outras fases sólidas

Várias outras fases foram identificadas ou reivindicadas. A fase β é centrada no corpo cúbico (grupo espacial Ia3), metaestável e, a temperaturas acima de 500 ° C (930 ° F), converte-se em fase alfa. Pode ser preparado por redução da hematita pelo carbono, pirólise da solução de cloreto de ferro (III) ou decomposição térmica do sulfato de ferro (III) .

A fase épsilon (ε) é rômbica e mostra propriedades intermediárias entre alfa e gama e pode ter propriedades magnéticas úteis aplicáveis ​​para fins como mídia de gravação de alta densidade para armazenamento de big data . A preparação da fase epsilon pura tem se mostrado muito desafiadora. O material com uma alta proporção de fase épsilon pode ser preparado por transformação térmica da fase gama. A fase épsilon também é metaestável, transformando-se em fase alfa entre 500 e 750 ° C (930 e 1.380 ° F). Também pode ser preparado pela oxidação do ferro em um arco elétrico ou por precipitação sol-gel a partir do nitrato de ferro (III) . Pesquisas revelaram óxido de ferro épsilon (III) em antigos esmaltes cerâmicos Jian chineses , que podem fornecer informações sobre as maneiras de produzir essa forma em laboratório.

Além disso, a alta pressão, uma forma amorfa é reivindicada.

Fase líquida

Espera-se que o Fe 2 O 3 fundido tenha um número de coordenação de cerca de 5 átomos de oxigênio sobre cada átomo de ferro, com base em medições de gotículas de óxido de ferro líquido super-resfriadas com deficiência de oxigênio, onde o super-resfriamento contorna a necessidade de altas pressões de oxigênio exigidas acima da fusão ponto para manter a estequiometria.

Óxidos de ferro hidratado (III)

Existem vários hidratos de óxido de ferro (III). Quando o álcali é adicionado a soluções de sais de Fe (III) solúveis, um precipitado gelatinoso vermelho-acastanhado se forma. Este não é Fe (OH) 3 , mas Fe 2 O 3 · H 2 O (também escrito como Fe (O) OH). Também existem várias formas do óxido hidratado de Fe (III). O lepidocrócito vermelho γ-Fe (O) OH, ocorre na parte externa dos rusticles , e a goethita laranja , que ocorre internamente nos rusticles. Quando o Fe 2 O 3 · H 2 O é aquecido, perde a sua água de hidratação. O aquecimento adicional a 1670 K converte Fe 2 O 3 em Fe 3 O 4 preto (Fe II Fe III 2 O 4 ), que é conhecido como o mineral magnetita . Fe (O) OH é solúvel em ácidos, dando [Fe (H
2O)
6] 3+ . Em álcali aquoso concentrado, Fe 2 O 3 dá [Fe (OH) 6 ] 3− .

Reações

A reação mais importante é sua redução carbotérmica , que dá o ferro usado na fabricação de aço:

Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2

Outra reação redox é a reação termite extremamente exotérmica com alumínio .

2 Al + Fe 2 O 3 → 2 Fe + Al 2 O 3

Este processo é usado para soldar metais grossos, como trilhos de trem, usando um recipiente de cerâmica para canalizar o ferro fundido entre duas seções do trilho. A termite também é usada em armas e na confecção de esculturas e ferramentas de ferro fundido em pequena escala.

A redução parcial com hidrogênio a cerca de 400 ° C produz magnetita, um material magnético preto que contém Fe (III) e Fe (II):

3 Fe 2 O 3 + H 2 → 2 Fe 3 O 4 + H 2 O

O óxido de ferro (III) é insolúvel em água, mas se dissolve rapidamente em ácido forte, por exemplo, os ácidos clorídrico e sulfúrico . Também se dissolve bem em soluções de agentes quelantes, como EDTA e ácido oxálico .

O aquecimento de óxidos de ferro (III) com outros óxidos de metal ou carbonatos produz materiais conhecidos como ferratos (ferrato (III)):

ZnO + Fe 2 O 3 → Zn (FeO 2 ) 2

Preparação

O óxido de ferro (III) é um produto da oxidação do ferro. Pode ser preparado em laboratório eletrolizando uma solução de bicarbonato de sódio , um eletrólito inerte, com um ânodo de ferro:

4 Fe + 3 O 2 + 2 H 2 O → 4 FeO (OH)

O óxido de ferro (III) hidratado resultante, escrito aqui como FeO (OH), desidrata em torno de 200 ° C.

2 FeO (OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O

Usos

Industria do ferro

A aplicação esmagadora de óxido de ferro (III) é como matéria-prima das indústrias de aço e ferro, por exemplo, a produção de ferro , aço e muitas ligas.

Polimento

Um pó muito fino de óxido férrico é conhecido como "rouge de joalheiro", "rouge vermelho" ou simplesmente rouge. É usado para dar o polimento final em joias e lentes metálicas e , historicamente, como cosmético . O rouge corta mais lentamente do que alguns polidores modernos, como óxido de cério (IV) , mas ainda é usado na fabricação de óticas e por joalheiros pelo acabamento superior que pode produzir. No polimento do ouro, o rouge mancha levemente o ouro, o que contribui para a aparência da peça acabada. O rouge é vendido como pó, pasta, atado em panos de polimento ou barra sólida (com um aglutinante de cera ou graxa ). Outros compostos de polimento também são freqüentemente chamados de "rouge", mesmo quando não contêm óxido de ferro. Os joalheiros removem o rouge residual das joias por meio de limpeza ultrassônica . Os produtos vendidos como " compostos para tiras " são frequentemente aplicados a uma tira de couro para ajudar a obter um fio de navalha em facas, navalhas ou qualquer outra ferramenta afiada.

Pigmento

Duas cores diferentes em diferentes fases de hidrato (α = vermelho, β = amarelo) de óxido de ferro (III) hidratado; eles são úteis como pigmentos.

O óxido de ferro (III) também é usado como pigmento , com os nomes "Pigment Brown 6", "Pigment Brown 7" e "Pigment Red 101". Alguns deles, por exemplo, Pigment Red 101 e Pigment Brown 6, são aprovados pela Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos para uso em cosméticos. Os óxidos de ferro são usados ​​como pigmentos em compósitos dentais ao lado dos óxidos de titânio.

A hematita é o componente característico da tinta sueca vermelha Falu .

Gravação magnética

O óxido de ferro (III) foi a partícula magnética mais comum usada em todos os tipos de armazenamento magnético e mídia de gravação , incluindo discos magnéticos (para armazenamento de dados) e fita magnética (usada em gravação de áudio e vídeo, bem como armazenamento de dados). Seu uso em discos de computador foi substituído pela liga de cobalto, permitindo filmes magnéticos mais finos com maior densidade de armazenamento.

Fotocatálise

α-Fe 2 O 3 foi estudado como um fotoanodo para a oxidação da água solar. No entanto, sua eficácia é limitada por um curto comprimento de difusão (2-4 nm) de portadores de carga fotoexcitados e subsequente recombinação rápida , exigindo um grande potencial excessivo para conduzir a reação. A pesquisa tem se concentrado em melhorar o desempenho de oxidação de água de Fe 2 O 3 usando nanoestruturação, funcionalização de superfície ou empregando fases de cristal alternativas, como β-Fe 2 O 3 .

Medicina

A loção de calamina , usada para tratar coceira leve , é composta principalmente por uma combinação de óxido de zinco , atuando como adstringente , e cerca de 0,5% de óxido de ferro (III), o ingrediente ativo do produto, atuando como antipruriginoso . A cor vermelha do óxido de ferro (III) também é a principal responsável pela cor rosa da loção.

Veja também

Referências

links externos

  1. ^ https://external-content.duckduckgo.com/iu/?u=https%3A%2F%2Ftse3.explicit.bing.net%2Fth%3Fid%3DOIP.KeDnbqhqCtAAs5GZo5qNzQAAAA%26pid%3DApi&f=1