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Este artículo trata sobre un óxido de hierro de color rojo. Para otros usos, consulte Hierro rojo .

Óxido de hierro (III)
Célula unitaria de hematita
  Fe   O
Muestra de óxido de hierro (III)
Diagrama de Pourbaix de hierro acuoso
Nombres
Nombre IUPAC
Óxido de hierro (III)
Otros nombres
óxido férrico, hematita , hierro férrico, óxido de hierro rojo, colorete, maghemita , colcothar, sesquióxido de hierro, herrumbre , ocre
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
CHEBI
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.013.790 Edita esto en Wikidata
Número CE
  • 215-168-2
Número eE172 (ii) (colores)
11092
KEGG
Número RTECS
  • NO7400000
UNII
  • InChI = 1S / 2Fe.3O [ inchi ] chequeY
    Clave: JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N [ inchi ] chequeY
  • InChI = 1 / 2Fe.3O / rFe2O3 / c3-1-4-2 (3) 5-1
    Clave: JEIPFZHSYJVQDO-ZVGCCQCPAC
  • O1 [Fe] 2O [Fe] 1O2
Propiedades
Fe 2 O 3
Masa molar159,687  g · mol −1
AparienciaSólido marrón rojizo
OlorInodoro
Densidad5,25 g / cm 3 [1]
Punto de fusion1.539 ° C (2.802 ° F; 1.812 K) [1] se
descompone
105 ° C (221 ° F; 378 K)
β-dihidrato, se descompone
150 ° C (302 ° F; 423 K)
β-monohidrato, se descompone
50 ° C (122 ° F; 323 K)
α-dihidrato, se descompone
92 ° C (198 ° F; 365 K)
α-monohidrato, se descompone [3]
solubilidad en agua
Insoluble
SolubilidadSoluble en ácidos diluidos , [1] apenas soluble en solución de azúcar [2]
Trihidrato ligeramente soluble en ac. ácido tartárico , ácido cítrico , CH 3 COOH [3]
Susceptibilidad magnética (χ)
+ 3586,0 · 10 −6 cm 3 / mol
Índice de refracción ( n D )
n 1 = 2,91, n 2 = 3,19 (α, hematita) [4]
Estructura
Estructura cristalina
Romboédrica , HR30 (α-form) [5]
Cubic bixbyite, cI80 (β-form)
espinela cúbico (γ-form)
Ortorrómbico (ε-form) [6]
Grupo espacial
R3c, No. 161 (forma α) [5]
Ia 3 , No. 206 (forma β)
Pna2 1 , No. 33 (forma ε) [6]
Grupo de puntos
3m (forma α) [5]
2 / m 3 (forma β)
mm2 (forma ε) [6]
Geometría de coordinación
Octaédrico (Fe 3+ , forma α, forma β) [5]
Termoquímica [7]
Capacidad calorífica ( C )
103,9 J / mol · K [7]
Entropía molar estándar ( S o 298 )
87,4 J / mol · K [7]
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 )
−824,2 kJ / mol [7]
Energía libre de Gibbs (Δ f G ˚)
−742,2 kJ / mol [7]
Peligros
Pictogramas GHS[8]
Palabra de señal GHSAdvertencia
Declaraciones de peligro GHS
H315 , H319 , H335 [8]
Consejos de prudencia del SGA
P261 , P305 + 351 + 338 [8]
NFPA 704 (diamante de fuego)
[10]
0
0
0
Valor límite umbral (TLV)
5 mg / m 3 [1] (TWA)
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis mediana )
10 g / kg (ratas, oral) [10]
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.):
PEL (permitido)
TWA 10 mg / m 3 [9]
REL (recomendado)
TWA 5 mg / m 3 [9]
IDLH (peligro inmediato)
2500 mg / m 3 [9]
Compuestos relacionados
Otros aniones
Fluoruro de hierro (III)
Otros cationes
Óxido de manganeso (III) Óxido de
cobalto (III)
Óxidos de hierro relacionados
Óxido de hierro (II) Óxido de
hierro (II, III)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

El óxido de hierro (III) u óxido férrico es el compuesto inorgánico de fórmula Fe 2 O 3 . Es uno de los tres principales óxidos de hierro , los otros dos son el óxido de hierro (II) (FeO), que es raro; y óxido de hierro (II, III) (Fe 3 O 4 ), que también se encuentra naturalmente como el mineral magnetita . Como mineral conocido como hematita , el Fe 2 O 3 es la principal fuente de hierro para la industria del acero. Fe 2 O 3es atacado fácilmente por ácidos. El óxido de hierro (III) a menudo se denomina óxido y, hasta cierto punto, esta etiqueta es útil porque el óxido comparte varias propiedades y tiene una composición similar; sin embargo, en química, el óxido se considera un material mal definido, descrito como óxido férrico hidratado. [11]

Estructura [ editar ]

El Fe 2 O 3 se puede obtener en varios polimorfos . En el principal, α, el hierro adopta una geometría de coordinación octaédrica. Es decir, cada centro de Fe está unido a seis ligandos de oxígeno . En el polimorfo γ, parte del Fe se encuentra en sitios tetraédricos, con cuatro ligandos de oxígeno.

Fase alfa [ editar ]

α-Fe 2 O 3 tiene la romboédrica , corindón (α-Al 2 O 3 ) estructura y es la forma más común. Se produce de forma natural como el mineral hematita que se extrae como el principal mineral de hierro. Es antiferromagnético por debajo de ~ 260 K ( temperatura de transición de Morin ) y exhibe un ferromagnetismo débil entre 260 K y la temperatura de Néel , 950 K. [12] Es fácil de preparar utilizando tanto la descomposición térmicay precipitación en fase líquida. Sus propiedades magnéticas dependen de muchos factores, por ejemplo, la presión, el tamaño de las partículas y la intensidad del campo magnético.

Fase gamma [ editar ]

γ-Fe 2 O 3 tiene una estructura cúbica . Es metaestable y se convierte de la fase alfa a altas temperaturas. Se produce de forma natural como el mineral maghemita . Es ferromagnético y encuentra aplicación en cintas de grabación, [13] aunque las partículas ultrafinas de menos de 10 nanómetros son superparamagnéticas . Puede prepararse mediante deshidratación térmica de óxido-hidróxido de hierro gamma (III) . Otro método implica la oxidación cuidadosa del óxido de hierro (II, III) (Fe 3 O 4 ). [13]Las partículas ultrafinas se pueden preparar mediante descomposición térmica de oxalato de hierro (III) .

Otras fases sólidas [ editar ]

Se han identificado o reivindicado varias otras fases. La fase β es cúbica centrada en el cuerpo (grupo espacial Ia3), metaestable y, a temperaturas superiores a 500 ° C (930 ° F), se convierte en fase alfa. Puede prepararse mediante reducción de hematita por carbono, [ clarificación necesaria ] pirólisis de solución de cloruro de hierro (III) o descomposición térmica de sulfato de hierro (III) . [14]

La fase épsilon (ε) es rómbica y muestra propiedades intermedias entre alfa y gamma, y ​​puede tener propiedades magnéticas útiles aplicables para propósitos tales como medios de grabación de alta densidad para almacenamiento de big data . [15] La preparación de la fase épsilon pura ha resultado ser muy desafiante. El material con una alta proporción de fase épsilon se puede preparar mediante transformación térmica de la fase gamma. La fase épsilon también es metaestable, transformándose a la fase alfa entre 500 y 750 ° C (930 y 1380 ° F). También se puede preparar por oxidación de hierro en un arco eléctrico o por precipitación sol-gel a partir de nitrato de hierro (III) . [ cita requerida ]La investigación ha revelado óxido de hierro épsilon (III) en los antiguos esmaltes cerámicos chinos Jian , lo que puede proporcionar información sobre las formas de producir esa forma en el laboratorio. [16] [se necesita fuente no primaria ]

Además, a alta presión se reivindica una forma amorfa . [6] [se necesita fuente no primaria ]

Fase líquida [ editar ]

Se espera que el Fe 2 O 3 fundido tenga un número de coordinación cercano a 5 átomos de oxígeno alrededor de cada átomo de hierro, según las mediciones de gotas de óxido de hierro líquido superenfriadas ligeramente deficientes en oxígeno, donde el sobreenfriamiento evita la necesidad de las altas presiones de oxígeno requeridas por encima del punto de fusión. punto para mantener la estequiometría. [17]

Óxidos de hierro (III) hidratados [ editar ]

Existen varios hidratos de óxido de hierro (III). Cuando se agrega álcali a soluciones de sales solubles de Fe (III), se forma un precipitado gelatinoso de color marrón rojizo. Esto no es Fe (OH) 3 , sino Fe 2 O 3 · H 2 O (también escrito como Fe (O) OH). También existen varias formas del óxido hidratado de Fe (III). La lepidocrocita roja γ-Fe (O) OH, se encuentra en el exterior de los rustículos , y la goethita naranja , que se encuentra internamente en los rustículos. Cuando se calienta Fe 2 O 3 · H 2 O, pierde su agua de hidratación. El calentamiento adicional a 1670 K convierte el Fe 2 O 3al negro Fe 3 O 4 (Fe II Fe III 2 O 4 ), que se conoce como el mineral magnetita . Fe (O) OH es soluble en ácidos, dando [Fe (H
2O)
6] 3+ . En álcali acuoso concentrado, el Fe 2 O 3 da [Fe (OH) 6 ] 3− . [13]

Reacciones [ editar ]

La reacción más importante es su reducción carbotermal , que da al hierro utilizado en la fabricación de acero:

Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2

Otra reacción redox es la reacción de termita extremadamente exotérmica con aluminio . [18]

2 Al + Fe 2 O 3 → 2 Fe + Al 2 O 3

Este proceso se utiliza para soldar metales gruesos, como los rieles de las vías del tren, utilizando un recipiente de cerámica para canalizar el hierro fundido entre dos secciones del riel. La termita también se usa en armas y para hacer esculturas y herramientas de hierro fundido a pequeña escala.

La reducción parcial con hidrógeno a unos 400 ° C produce magnetita, un material magnético negro que contiene Fe (III) y Fe (II): [19]

3 Fe 2 O 3 + H 2 → 2 Fe 3 O 4 + H 2 O

El óxido de hierro (III) es insoluble en agua pero se disuelve fácilmente en ácido fuerte, por ejemplo, ácido clorhídrico y sulfúrico . También se disuelve bien en soluciones de agentes quelantes como EDTA y ácido oxálico .

El calentamiento de óxidos de hierro (III) con otros óxidos o carbonatos metálicos produce materiales conocidos como ferratos (ferrato (III)): [19]

ZnO + Fe 2 O 3 → Zn (FeO 2 ) 2

Preparación [ editar ]

El óxido de hierro (III) es un producto de la oxidación del hierro. Se puede preparar en el laboratorio electrolizando una solución de bicarbonato de sodio , un electrolito inerte, con un ánodo de hierro:

4 Fe + 3 O 2 + 2 H 2 O → 4 FeO (OH)

El óxido de hierro (III) hidratado resultante, escrito aquí como FeO (OH), se deshidrata alrededor de 200 ° C. [19] [20]

2 FeO (OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O

Usos [ editar ]

Industria del hierro [ editar ]

La aplicación abrumadora del óxido de hierro (III) es como materia prima de las industrias del acero y del hierro, por ejemplo, la producción de hierro , acero y muchas aleaciones. [20]

Pulido [ editar ]

Un polvo muy fino de óxido férrico se conoce como "colorete de joyero", "colorete rojo" o simplemente colorete. Se utiliza para dar el pulido final a las joyas y lentes metálicos , e históricamente como cosmético . El colorete corta más lentamente que algunos abrillantadores modernos, como el óxido de cerio (IV) , pero todavía se usa en la fabricación de ópticas y por los joyeros por el acabado superior que puede producir. Al pulir el oro, el colorete tiñe ligeramente el oro, lo que contribuye a la apariencia de la pieza terminada. El colorete se vende como polvo, pasta, atado sobre paños de pulido o barra sólida (con cera o grasaaglutinante). Otros compuestos de pulido también se denominan a menudo "colorete", incluso cuando no contienen óxido de hierro. Los joyeros eliminan el colorete residual de las joyas mediante el uso de limpieza ultrasónica . Los productos que se venden como " compuesto para pulir " a menudo se aplican a una cinta de cuero para ayudar a obtener un filo de navaja en cuchillos, navajas de afeitar o cualquier otra herramienta afilada.

Pigmento [ editar ]

Dos colores diferentes en diferentes fases de hidrato (α = rojo, β = amarillo) de hidrato de óxido de hierro (III); [3] son útiles como pigmentos.

El óxido de hierro (III) también se utiliza como pigmento , bajo los nombres "Pigment Brown 6", "Pigment Brown 7" y "Pigment Red 101". [21] Algunos de ellos, por ejemplo, Pigment Red 101 y Pigment Brown 6, están aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) para su uso en cosméticos. Los óxidos de hierro se utilizan como pigmentos en los compuestos dentales junto con los óxidos de titanio. [22]

La hematita es el componente característico de la pintura sueca de color rojo Falu .

Grabación magnética [ editar ]

El óxido de hierro (III) fue la partícula magnética más utilizada en todo tipo de medios de almacenamiento y grabación magnéticos, incluidos los discos magnéticos (para el almacenamiento de datos) y la cinta magnética (utilizada en la grabación de audio y video, así como en el almacenamiento de datos). Su uso en discos de computadora fue reemplazado por la aleación de cobalto, permitiendo películas magnéticas más delgadas con mayor densidad de almacenamiento. [23]

Fotocatálisis [ editar ]

El α-Fe 2 O 3 se ha estudiado como fotoanodo para la oxidación del agua solar. [24] Sin embargo, su eficacia está limitada por una longitud de difusión corta (2-4 nm) de portadores de carga fotoexcitados [25] y la posterior recombinación rápida , lo que requiere un gran sobrepotencial para impulsar la reacción. [26] La investigación se ha centrado en mejorar el rendimiento de oxidación del agua del Fe 2 O 3 utilizando nanoestructuración, [24] funcionalización de superficie, [27] o empleando fases cristalinas alternativas como β-Fe 2 O 3 .[28]

Medicina [ editar ]

La loción de calamina , utilizada para tratar la picazón leve , se compone principalmente de una combinación de óxido de zinc , que actúa como astringente , y aproximadamente 0,5% de óxido de hierro (III), el ingrediente activo del producto, que actúa como antipruriginoso . El color rojo del óxido de hierro (III) también es el principal responsable del color rosa de la loción.

Ver también [ editar ]

  • Calcanto

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b c d Haynes, pág. 4,69
  2. ^ "Un diccionario de solubilidades químicas inorgánicas" . archive.org . Consultado el 17 de noviembre de 2020 .
  3. ^ a b c Comey, Arthur Messinger; Hahn, Dorothy A. (febrero de 1921). Un diccionario de solubilidades químicas: inorgánico (2ª ed.). Nueva York: The MacMillan Company. pag. 433.
  4. ^ Haynes, pág. 4.141
  5. ^ a b c d Ling, Yichuan; Wheeler, Damon A .; Zhang, Jin Zhong; Li, Yat (2013). Zhai, Tianyou; Yao, Jiannian (eds.). Nanoestructuras unidimensionales: principios y aplicaciones . John Wiley & Sons, Inc . Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons, Inc. p. 167. ISBN 978-1-118-07191-5.
  6. ^ a b c d Vujtek, Milán; Zboril, Radek; Kubinek, romano; Mashlan, Miroslav. "Partículas ultrafinas de óxidos de hierro (III) por vista de AFM - Ruta novedosa para el estudio del polimorfismo en el nanomundo" (PDF) . Universidad Palackého . Consultado el 12 de julio de 2014 .
  7. ↑ a b c d e Haynes, pág. 5.12
  8. ^ a b c Sigma-Aldrich Co. , óxido de hierro (III) . Consultado el 12 de julio de 2014.
  9. ^ a b c Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos. "# 0344" . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  10. ^ a b "SDS de óxido de hierro (III)" (PDF) . KJLC . Inglaterra: Kurt J Lesker Company Ltd. 5 de enero de 2012 . Consultado el 12 de julio de 2014 .
  11. ^ PubChem. "Óxido de hierro (Fe2O3), hidrato" . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 11 de noviembre de 2020 .
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Enlaces externos [ editar ]

  • Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos