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Hierro oxidado electroquímicamente (óxido)

Los óxidos de hierro son compuestos químicos compuestos de hierro y oxígeno . Hay dieciséis óxidos de hierro y oxihidróxidos conocidos, el más conocido de los cuales es el óxido , una forma de óxido de hierro (III) . [1]

Los óxidos y oxihidróxidos de hierro están muy extendidos en la naturaleza y desempeñan un papel importante en muchos procesos geológicos y biológicos. Se utilizan como minerales de hierro , pigmentos , catalizadores y en termita , y se encuentran en la hemoglobina . Los óxidos de hierro son pigmentos económicos y duraderos en pinturas, revestimientos y hormigones coloreados. Los colores comúnmente disponibles se encuentran en el extremo "terroso" del rango amarillo / naranja / rojo / marrón / negro. Cuando se usa como colorante alimentario, tiene el número E E172.

Óxidos [ editar ]

Pigmento de óxido de hierro. El color marrón indica que el hierro está en estado de oxidación +3.
Manchas de color verde y marrón rojizo en una muestra de núcleo de piedra caliza, correspondientes respectivamente a óxidos / hidróxidos de Fe 2+ y Fe 3+ .

Hidróxidos [ editar ]

  • hidróxido de hierro (II) (Fe (OH) 2 )
  • hidróxido de hierro (III) (Fe (OH) 3 ), ( bernalita )

Expansión térmica [ editar ]

Oxido de hierroCTE (× 10 −6 ° C −1 )
Fe 2 O 314,9 [7]
Fe 3 O 4> 9.2 [7]
FeO12,1 [7]

Óxido-hidróxidos [ editar ]

Artículo principal: óxido-hidróxido de hierro (III)
  • goethita (α-FeOOH),
  • akaganéita (β-FeOOH),
  • lepidocrocita (γ-FeOOH),
  • feroxitato (δ-FeOOH),
  • ferrihidrita ( aprox.), o mejor refundir como
  • FeOOH estructurado con pirita de alta presión. [8] Una vez que se desencadena la deshidratación , se puede formar esta fase . [9]
  • schwertmannita (idealmente o ) [10]
  • óxido verde ( donde A - es Cl - o 0.5SO 4 2− )

Degradación microbiana [ editar ]

Varias especies de bacterias , incluidas Shewanella oneidensis , Geobacter sulfurreducens y Geobacter metalireducens , utilizan metabólicamente óxidos de hierro sólidos como aceptor de electrones terminales, reduciendo los óxidos de Fe (III) a óxidos que contienen Fe (II). [11]

Efectos ambientales [ editar ]

Reemplazo de metanogénesis por reducción de óxido de hierro [ editar ]

En condiciones que favorecen la reducción del hierro, el proceso de reducción del óxido de hierro puede reemplazar al menos el 80% de la producción de metano que se produce por metanogénesis . [12] Este fenómeno ocurre en un ambiente que contiene nitrógeno (N 2 ) con bajas concentraciones de sulfato. La metanogénesis, un proceso impulsado por Archaean , es típicamente la forma predominante de mineralización de carbono en los sedimentos en el fondo del océano. La metanogénesis completa la descomposición de la materia orgánica en metano (CH 4 ). [12]El donante de electrones específico para la reducción de óxido de hierro en esta situación todavía está en debate, pero los dos candidatos potenciales incluyen titanio (III) o compuestos presentes en la levadura. Las reacciones predichas con titanio (III) sirviendo como donante de electrones y fenazina-1-carboxilato (PCA) sirviendo como lanzadera de electrones son las siguientes:

Ti (III) -cit + CO 2 + 8H + → CH 4 + 2H 2 O + Ti (IV) + cit ΔE = –240 + 300 mV
Ti (III) -cit + PCA (oxidado) → PCA (reducido) + Ti (IV) + cit ΔE = –116 + 300 mV
PCA (reducido) + Fe (OH) 3 → Fe 2+ + PCA (oxidado) ΔE = –50 + 116 mV [12]
  • Nota: cit = citrato .

El titanio (III) se oxida a titanio (IV) mientras que el PCA se reduce. La forma reducida de PCA puede reducir el hidróxido de hierro (Fe (OH) 3 ).

Formación de radicales hidroxilo [ editar ]

Por otro lado, cuando se transportan por el aire, se ha demostrado que los óxidos de hierro dañan los tejidos pulmonares de los organismos vivos mediante la formación de radicales hidroxilo, lo que lleva a la creación de radicales alquilo. Las siguientes reacciones ocurren cuando Fe 2 O 3 y FeO, en lo sucesivo representados como Fe 3+ y Fe 2+ respectivamente, se acumulan partículas de óxido de hierro en los pulmones. [13]

O 2 + e - → O 2 • - [13] 

La formación del anión superóxido ( O 2 • - ) es catalizada por una enzima transmembrana llamada NADPH oxidasa . La enzima facilita el transporte de un electrón a través de la membrana plasmática desde el NADPH citosólico al oxígeno extracelular (O 2 ) para producir O 2 • - . NADPH y FAD se unen a sitios de unión citoplásmicos en la enzima. Dos electrones de NADPH se transportan a FAD, lo que lo reduce a FADH 2. Luego, un electrón se mueve a uno de los dos grupos hemo en la enzima dentro del plano de la membrana. El segundo electrón empuja al primer electrón al segundo grupo hemo para que pueda asociarse con el primer grupo hemo. Para que se produzca la transferencia, el segundo hemo debe estar unido al oxígeno extracelular, que es el aceptor del electrón. Esta enzima también se puede ubicar dentro de las membranas de los orgánulos intracelulares permitiendo que la formación de O 2 • - ocurra dentro de los orgánulos. [14]

2 O 2 • - + 2 H + → H 
2O
2+ O 2 [13] [15]

La formación de peróxido de hidrógeno ( H
2O
2) puede ocurrir espontáneamente cuando el ambiente tiene un pH más bajo, especialmente a pH 7,4. [15] La enzima superóxido dismutasa también puede catalizar esta reacción. Una vez H
2O
2ha sido sintetizado, puede difundirse a través de membranas para viajar dentro y fuera de la célula debido a su naturaleza no polar. [14]

Fe 2+ + H
2O
2→ Fe 3+ + HO • + OH - 
Fe 3+ + H 2 O 2 → Fe 2+ + O 2 • - + 2H +
H 2 O 2 + O 2 • - → HO • + OH - + O 2 [13] 

El Fe 2+ se oxida a Fe 3+ cuando dona un electrón a H 2 O 2 , reduciendo así el H 2 O 2 y formando un radical hidroxilo (HO • ) en el proceso. Entonces, el H 2 O 2 puede reducir Fe 3+ a Fe 2+ donándole un electrón para crear O 2 • - . O 2 • - luego se puede usar para producir más H 2 O 2 mediante el proceso que se mostró anteriormente para perpetuar el ciclo, o puede reaccionar con el H 2 O 2para formar más radicales hidroxilo. Se ha demostrado que los radicales hidroxilo aumentan el estrés oxidativo celular y atacan las membranas celulares, así como los genomas celulares. [13]

HO • + RH → R • + H 2 O [13]

El radical HO • producido a partir de las reacciones anteriores con el hierro puede abstraer un átomo de hidrógeno (H) de moléculas que contienen un enlace RH donde R es un grupo unido al resto de la molécula, en este caso H, en un carbono (C) . [13]

Ver también [ editar ]

  • Gran evento de oxidación
  • Ciclo de hierro
  • Nanopartícula de óxido de hierro
  • Limonita
  • Lista de pigmentos inorgánicos

Referencias [ editar ]

  1. ^ Cornell., RM .; Schwertmann, U (2003). Los óxidos de hierro: estructura, propiedades, reacciones, ocurrencias y . Wiley VCH. ISBN 978-3-527-30274-1.
  2. ^ Hu, Qingyang; Kim, Duck Young; Yang, Wenge; Yang, Liuxiang; Meng, Yue; Zhang, Li; Mao, Ho-Kwang (junio de 2016). "FeO 2 y (FeO) OH en condiciones profundas del manto inferior y ciclos de oxígeno-hidrógeno de la Tierra". Naturaleza . 534 (7606): 241–244. Código Bib : 2016Natur.534..241H . doi : 10.1038 / nature18018 . ISSN 1476-4687 . PMID 27279220 .  
  3. ^ Lavina, B .; Dera, P .; Kim, E .; Meng, Y .; Downs, RT; Weck, PF; Sutton, SR; Zhao, Y. (octubre de 2011). "Descubrimiento del óxido de hierro recuperable a alta presión Fe4O5" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 108 (42): 17281-17285. Código bibliográfico : 2011PNAS..10817281L . doi : 10.1073 / pnas.1107573108 . PMC 3198347 . PMID 21969537 .  
  4. ^ Lavina, Barbara; Meng, Yue (2015). "Síntesis de Fe5O6" . Avances científicos . 1 (5): e1400260. doi : 10.1126 / sciadv.1400260 . PMC 4640612 . PMID 26601196 .  
  5. ↑ a b Bykova, E .; Dubrovinsky, L .; Dubrovinskaia, N .; Bykov, M .; McCammon, C .; Ovsyannikov, SV; Liermann, H.-P .; Kupenko, I .; Chumakov, AI; Rüffer, R .; Hanfland, M .; Prakapenka, V. (2016). "Complejidad estructural de Fe2O3 simple a altas presiones y temperaturas" . Comunicaciones de la naturaleza . 7 : 10661. doi : 10.1038 / ncomms10661 . PMC 4753252 . PMID 26864300 .  
  6. ^ Merlini, Marco; Hanfland, Michael; Salamat, Ashkan; Petitgirard, Sylvain; Müller, Harald (2015). "Las estructuras cristalinas de Mg2Fe2C4O13, con carbono coordinado tetraédricamente, y Fe13O19, sintetizadas en condiciones de manto profundo". Mineralogista estadounidense . 100 (8–9): 2001–2004. doi : 10.2138 / am-2015-5369 . S2CID 54496448 . 
  7. ↑ a b c Fakouri Hasanabadi, M .; Kokabi, AH; Nemati, A .; Zinatlou Ajabshir, S. (febrero de 2017). "Interacciones cerca de los límites de triple fase metal / vidrio / aire en celdas de combustible de óxido sólido planas". Revista Internacional de Energía de Hidrógeno . 42 (8): 5306–5314. doi : 10.1016 / j.ijhydene.2017.01.065 . ISSN 0360-3199 . 
  8. ^ Nishi, Masayuki; Kuwayama, Yasuhiro; Tsuchiya, Jun; Tsuchiya, Taku (2017). "La forma de alta presión de tipo pirita de FeOOH" . Naturaleza . 547 (7662): 205–208. doi : 10.1038 / nature22823 . ISSN 1476-4687 . PMID 28678774 . S2CID 205257075 .   
  9. ^ Hu, Qingyang; Kim, Duckyoung; Liu, Jin; Meng, Yue; Liuxiang, Yang; Zhang, Dongzhou; Mao, Wendy L .; Mao, Ho-kwang (2017). "Deshidrogenación de goethita en el manto inferior profundo de la Tierra" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 114 (7): 1498–1501. doi : 10.1073 / pnas.1620644114 . PMC 5320987 . PMID 28143928 .  
  10. ^ http://www.mindat.org/min-7281.html Mindat
  11. ^ Bretschger, O .; Obraztsova, A .; Sturm, CA; Chang, IS; Gorby, YA; Reed, SB; Culley, DE; Reardon, CL; Barua, S .; Romine, MF; Zhou, J .; Beliaev, AS; Bouhenni, R .; Saffarini, D .; Mansfeld, F .; Kim, B.-H .; Fredrickson, JK; Nealson, KH (20 de julio de 2007). "Producción actual y reducción de óxido metálico por mutantes y tipo salvaje de Shewanella oneidensis MR-1" . Microbiología aplicada y ambiental . 73 (21): 7003–7012. doi : 10.1128 / AEM.01087-07 . PMC 2223255 . PMID 17644630 .  
  12. ^ a b c Sivan, O .; Shusta, SS; Valentine, DL (1 de marzo de 2016). "Los metanógenos pasan rápidamente de la producción de metano a la reducción de hierro". Geobiología . 14 (2): 190-203. doi : 10.1111 / gbi.12172 . ISSN 1472-4669 . PMID 26762691 .  
  13. ^ a b c d e f g Hartwig, A .; Comisión MAK 2016 (25 de julio de 2016). Óxidos de hierro (fracción inhalable) [Documentación del valor MAK, 2011] . Colección MAK para la seguridad y salud en el trabajo . 1 . págs. 1804–1869. doi : 10.1002 / 3527600418.mb0209fste5116 . ISBN 9783527600410.
  14. ^ a b Bedard, Karen; Krause, Karl-Heinz (1 de enero de 2007). "La familia NOX de oxidasas NADPH generadoras de ROS: fisiología y fisiopatología" . Revisiones fisiológicas . 87 (1): 245–313. doi : 10.1152 / physrev.00044.2005 . ISSN 0031-9333 . PMID 17237347 .  
  15. ^ a b Chapple, Iain LC; Matthews, John B. (1 de febrero de 2007). "El papel del oxígeno reactivo y las especies antioxidantes en la destrucción del tejido periodontal". Periodoncia 2000 . 43 (1): 160–232. doi : 10.1111 / j.1600-0757.2006.00178.x . ISSN 1600-0757 . PMID 17214840 .  

Enlaces externos [ editar ]

  • Información de Nano-Oxides, Inc. sobre Fe 2 O 3 .
  • La reacción de Iron One-Pot
  • Estadísticas e información sobre pigmentos de óxido de hierro
  • CDC - Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos