La ferrihidrita (Fh) es un mineral de oxihidróxido férrico hidratado generalizado en la superficie de la Tierra, [5] [6] y un componente probable en materiales extraterrestres . [7] Se forma en varios tipos de ambientes, desde agua dulce a sistemas marinos, acuíferos a fuentes termales hidrotermales y escamas, suelos y áreas afectadas por la minería. Puede precipitarse directamente a partir de soluciones acuosas ricas en hierro oxigenado o por bacterias como resultado de una actividad metabólica o por sorción pasiva de hierro disuelto seguida dereacciones de nucleación . [8] La ferrihidrita también se encuentra en el núcleo de la proteína ferritina de muchos organismos vivos , con el propósito de almacenar hierro intracelular. [9] [10]
Ferrihidrita | |
---|---|
General | |
Categoría | Minerales de óxido |
Fórmula (unidad de repetición) | (Fe 3+ ) 2 O 3 • 0.5H 2 O |
Clasificación de Strunz | 4.FE.35 |
Clasificación de Dana | 04.03.02.02 |
Sistema de cristal | Hexagonal |
Clase de cristal | Piramidal dihexagonal (6 mm) Símbolo HM : (6 mm) |
Grupo espacial | P 6 3 mc |
Celda unitaria | a = 5,958, c = 8,965 [Å]; Z = 1 |
Identificación | |
Masa de fórmula | 168,70 g / mol |
Color | Marrón oscuro, marrón amarillento |
Hábito de cristal | Agregados , cristales microscópicos |
Racha | Amarillo marron |
Diafanidad | Opaco |
Densidad | 3,8 g / cm 3 |
Referencias | [1] [2] [3] [4] |
Estructura
La ferrihidrita solo existe como un nanomaterial de grano fino y muy defectuoso . El patrón de difracción de rayos X en polvo de Fh contiene dos bandas de dispersión en su estado más desordenado y un máximo de seis líneas fuertes en su estado más cristalino. La principal diferencia entre estos dos miembros terminales de difracción, comúnmente denominados ferrihidritas de dos líneas y de seis líneas, es el tamaño de los cristalitos constitutivos. [11] [12] La forma de seis líneas ha sido clasificada como mineral por la IMA en 1973 [13] con la fórmula química nominal 5 Fe
2O
3• 9 H
2O . [14] Otras fórmulas propuestas fueron Fe
5HO
8• 4 H
2O [15] y Fe
2O
3• 2 FeO (OH) • 2,6 H
2O . [16] Sin embargo, su fórmula es fundamentalmente indeterminada ya que su contenido de agua es variable. La forma de dos líneas también se llama óxidos férricos hidratados (HFO).
Debido a la naturaleza nanoparticulada de la ferrihidrita, la estructura ha permanecido esquiva durante muchos años y sigue siendo motivo de controversia. [17] [18] Drits y col. , utilizando datos de difracción de rayos X , [11] propuso un material multifásico con tres componentes: cristalitos sin defectos (fase f) con apilamiento doble hexagonal de capas de oxígeno e hidroxilo (secuencia ABAC) y ocupaciones octaédricas desordenadas de Fe, cristalitos defectuosos (fase d) con una estructura similar a feroxihita de corto alcance (δ-FeOOH) y hematita ultradispersa subordinada (α-Fe 2 O 3 ). Recientemente, Michel et al. Han propuesto un nuevo modelo monofásico para ferrihidrita e hidromaguemita [19] . , [20] [21] según el análisis de la función de distribución de pares (PDF) de los datos de dispersión total de rayos X. El modelo estructural, isoestructural con el mineral akdalaita (Al 10 O 14 (OH) 2 ), contiene 20% de hierro coordinado tetraédricamente y 80% octaédrico.
Porosidad y potencial absorbente ambiental
Debido al pequeño tamaño de los nanocristales individuales , el Fh es nanoporoso y produce grandes superficies de varios cientos de metros cuadrados por gramo. [22] Además de tener una alta relación de superficie a volumen, Fh también tiene una alta densidad de defectos locales o puntuales , como enlaces colgantes y vacantes. Estas propiedades confieren una alta capacidad para adsorber muchas especies químicas importantes para el medio ambiente, como arsénico , plomo , fosfato y moléculas orgánicas ( p . Ej. , Ácidos húmicos y fúlvicos ). [23] [24] [25] [26] Su interacción fuerte y extensa con trazas de metales y metaloides se utiliza en la industria, a gran escala en plantas de purificación de agua , como en el norte de Alemania y para producir el agua de la ciudad en Hiroshima , y a pequeña escala para limpiar aguas residuales y aguas subterráneas , por ejemplo, para eliminar el arsénico de los efluentes industriales y el agua potable . [27] [28] [29] [30] [31] [32] Su nanoporosidad y alta afinidad por el oro se pueden utilizar para elaborar partículas de Au nanométricas soportadas por Fh para la oxidación catalítica de CO a temperaturas inferiores a 0 ° C. [33]
Metaestabilidad
La ferrihidrita es un mineral metaestable . Se sabe que es un precursor de minerales más cristalinos como la hematita y la goethita [34] [35] [36] [37] mediante el crecimiento de cristales basado en la agregación . [38] [39] Sin embargo, su transformación en sistemas naturales generalmente está bloqueada por impurezas químicas adsorbidas en su superficie, por ejemplo sílice, ya que la mayoría de las ferrihidritas naturales son silíceas . [40]
En condiciones reductoras como las que se encuentran en los suelos gley , o en ambientes profundos empobrecidos en oxígeno, y a menudo con la ayuda de la actividad microbiana, la ferrihidrita se puede transformar en óxido verde , un hidróxido doble en capas (LDH), también conocido como el mineral fougerita . Sin embargo, una breve exposición de óxido verde al oxígeno atmosférico es suficiente para volver a oxidarlo a ferrihidrita, lo que lo convierte en un compuesto muy difícil de alcanzar.
Precipitado de ferrihidrita del agua de una mina de carbón .
Primavera en los Alpes de Zillertaler con precipitado Fh.
Filtración de agua rica en hierro.
Transformación de ferrihidrita (arriba) en goetita (abajo).
Planta de tratamiento de agua que utiliza la tecnología de filtro de arena lento para tratar el agua cruda.
Imagen de fluorescencia de rayos X tricolor (RGB) de la distribución de As (rojo), Fe (verde) y Mn (azul) en granos de cuarzo recubiertos de un lecho de arena para tratamiento de agua.
Ver también
Los oxihidróxidos de hierro mejor cristalizados y menos hidratados son, entre otros:
- Akaganéite
- Feroxyhyte
- Goethita
- Hematites
- Lepidocrocita
- Limonita
- Maghemita
- Magnetita
Referencias
- ^ "Datos minerales de ferrihidrita" . webmineral.com . Consultado el 24 de octubre de 2011 .
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