Óxido de ferro (III): estrutura, nomenclatura, propriedades, usos

O óxido de ferro (III) ou óxido de ferro é um sólido inorgânico formado por reacção de ferro (Fe) e de oxigénio (O 2 ), em que é obtido um estado de oxidação +3 ferro. Sua fórmula química é Fe 2 O 3 .

Na natureza, é principalmente na forma de mineral de hematita, que deve seu nome à cor vermelha de suas listras. A hematita é o principal minério de ferro para uso industrial.

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Óxido férrico em pó ou óxido de ferro (III). W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] Fonte: Wikipedia Commons

A cor e a aparência do Fe 2 O 3 dependem do tamanho e formato de suas partículas, bem como da identidade e quantidade de impurezas e água presentes. São conhecidos pigmentos amarelo, laranja e vermelho. Não possui brilho metálico.

Não conduz eletricidade, mas misturado com outros óxidos permite a fabricação de vidros semicondutores. A forma alfa cristalina é antiferromagnética e a gama é ferromagnética.

É usado como pigmento vermelho em tintas, borracha, cerâmica e papel. Também em revestimentos de proteção para aço e outros metais. Sua versatilidade é devido à sua capacidade de tingimento e poder de revestimento, sua resistência à luz ultravioleta e aos álcalis.

É utilizado na preparação de granadas ou pedras finas de vários óxidos metálicos. Serve para polir vidro, diamante e metais preciosos (jóias). Também é usado como catalisador em várias reações. Foi usado para tratamento de águas residuais.

Estrutura

Alpha

A forma cristalina α-Fe 2 O 3 tem a estrutura do corindo (mineral Al 2 O 3 ), onde os íons óxido (O -2 ) formam camadas hexagonais compactadas, com os íons Fe + 3 ocupando dois terços dos sítios octaédricos .

Em outras palavras, cada Fe +3 é octaedrosamente cercado por 6 íons O -2 . Sua cor muda com o aumento do tamanho das partículas, de vermelho brilhante a violeta escuro.

Gamma

O γ-Fe 2 O 3 tem uma estrutura do tipo espinela de acordo com os iões de óxido embalados cúbicos, com iões de Fe 3 interstícios distribuídos aleatoriamente entre o octaedro e tetraédrica. Essa variedade cristalina quando aquecida ao ar a mais de 400 ° C muda para a estrutura alfa. Tem uma cor marrom.

Beta e Epsilon:

São formas cristalinas raras desse óxido. O β-Fe 2 O 3 cristaliza no sistema romboédrica. Essa estrutura é metaestável e, quando aquecida acima de aproximadamente 500 ° C, muda para a variedade alfa.

O Fe-Fe 2 O 3 cristaliza ortorrombicamente. Também é metaestável e a temperaturas entre 230 e 500 ° C passam para a estrutura alfa.

Nomenclatura

Hematita: mineral natural do Fe 2 O 3 que cristaliza na forma alfa. Também é conhecido como especularita ou oligisto.

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Mineral de hematita. Jyothis em ml.wikipedia [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)] Fonte: Wikipedia Commons

Maghemita ou hematita magnética: forma gama de Fe 2 O 3 , pouco abundante na natureza.

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Mineral de maghemita. Ra’ike [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] Fonte: Wikipedia Commons

Óxido férrico: Fe 2 O 3.

Óxidos naturais de ferro (III): são encontrados na natureza. Eles foram usados ​​desde os tempos pré-históricos, por exemplo, nas pinturas das cavernas de Altamira.

Óxidos de ferro sintético (III): são preparados sinteticamente, obtendo uma composição que corresponde à dos minerais naturais. Eles são preferidos aos naturais por causa de sua nuance ou matiz puro, propriedades consistentes e capacidade de tingimento.

Propriedades

Estado físico

Sólido, cuja coloração pode ser vermelho vivo, marrom avermelhado e violeta escuro, dependendo da estrutura cristalina e do tamanho das partículas.

Peso molecular

159,69 g / mol.

Ponto de fusão

1566 ° C.

Densidade

5,24 g / cm 3

Solubilidade

Insolúvel em água, solúvel em ácido clorídrico (HCl) e ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ).

Outras propriedades

– Os óxidos de ferro (III) são caracterizados por sua baixa intensidade de cor, excelente resistência à luz ultravioleta, capacidade de tingimento e excelente poder de revestimento.

– Eles não são tóxicos, não desbotam e são econômicos.

– Eles são resistentes a álcalis. Eles não reagem com ácidos fracos ou bases fracas. Se não estiverem contaminados com manganês (Mn), não reagem com solventes orgânicos.

– A forma alfa é paramagnética (é atraída por ímãs, mas não se torna um material magnetizado permanentemente) ou antiferromagnética. É isolador elétrico.

– A forma gama é ferromagnética. Isso significa que, quando sujeitos a um campo magnético, os dipolos magnéticos do material são organizados, o que permanece por algum tempo após a remoção do campo magnético.

Usos

Na indústria da construção

Os pigmentos de óxido de ferro (III) são amplamente utilizados para colorir cimento e outros materiais de construção: telhas de concreto, tijolos de pavimentação, cimento fibroso, betume ou argamassa, entre outros.

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Tijolos de pavimentação coloridos com óxido férrico. ThorPorre [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)] Fonte: Wikipedia Commons

Esse uso é baseado no fato de que eles não afetam o tempo de endurecimento, a força de compressão ou a resistência à tração do cimento ou de outros materiais.

Muitos aglutinantes podem ser incorporados devido à sua cor pura, bom poder de revestimento, boa resistência à abrasão e baixa tendência a sedimentação.

Em tintas e revestimentos

Devido à sua resistência a ácidos e bases, são utilizados como pigmentos de tinta e verniz. Sua resistência a altas temperaturas os torna bons em esmaltes.

Pigmentos sintéticos à base de hematita são usados ​​em revestimentos de proteção contra corrosão, especialmente os marítimos. Sua estrutura cristalina atrasa a penetração de umidade e substâncias corrosivas presentes no salitre.

Protege bem em revestimentos para interiores, exteriores e peças metálicas. Na manutenção e repintura de pontes, seu uso leva à proteção contra umidade, orvalho ou neblina densa e fácil secagem a baixas temperaturas ambientes.

Também é usado em papel para cobrir paredes.

Na indústria de plásticos e borracha

Os óxidos de ferro (III) são usados ​​para colorir plásticos e borracha. Nesta aplicação são preferidos os óxidos de ferro sintético (III). Embora os óxidos de ferro natural (III) sejam mais baratos, seu uso diminuiu em comparação aos sintéticos.

Em vidro e jóias

Eles também são usados ​​no polimento de vidro, metais preciosos, diamantes e pedras preciosas.

Eles também servem como corantes na fabricação de vidro.

Em material de gravação magnética

A forma gama tem sido usada como material magnético na produção de mídia magnética de gravação, por exemplo, em sistemas de armazenamento de informações como cassetes de áudio e vídeo, em estúdios de transmissão, disquetes, fitas de computador e discos rígidos ou flexíveis. .

Em tal aplicação, o tamanho das partículas é extremamente importante para garantir boas propriedades magnéticas. O nível de ruído nas fitas magnéticas diminui à medida que o tamanho das partículas diminui.

Sua resistência ao atrito também é importante, pois os disquetes possuem uma camada magnética onde são encontradas partículas de maghemita, e seu tempo de uso útil depende da capacidade da referida camada suportar o atrito.

Prepararam-se compostos poliméricos nanopartículas magnéticas γ-Fe 2 O 3 , para utilização em dispositivos de interferências electromagnéticas e de absorção de microondas.

Na indústria alimentícia, farmacêutica e cosmética

Os pigmentos à base de óxidos de ferro sintético (III) produzidos a partir de materiais de partida puros são considerados não tóxicos.

Por esse motivo, eles podem ser usados ​​como corantes para alimentos, produtos farmacêuticos e cosméticos.

Na catálise de reações químicas

Os óxidos de ferro (III) são usados ​​como catalisadores ou base de catalisador em vários processos químicos.

Juntamente com o acetato de celulose, eles foram testados como suporte para nanopartículas metálicas para uso como catalisadores na degradação de compostos orgânicos tóxicos que poluem as águas residuais.

Devido à sua capacidade de absorver a luz do espectro visível, eles foram propostos para fotocatálise na fotodegradação da poluição orgânica.

Na redução do aquecimento global

A hematita tem sido estudada como um sorvente nas reações de captura de dióxido de carbono (CO 2 ). É investigado se isso ajudaria a resolver o problema dos efeitos do aquecimento global causados ​​pela alta concentração de CO 2 na atmosfera.

Outros usos

– Devido à sua capacidade adsorvente, o Fe 2 O 3 é usado na fabricação de sensores de flúor ou outros gases e em detectores de umidade.

– Misturado com outros óxidos, é usado para fazer cristais semicondutores.

– Foi usado como um melhorador de propriedades eletroquímicas em baterias de lítio recarregáveis.

Referências

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