BESI OKSIDA: STRUKTUR, SIFAT, TATANAMA, KEGUNAAN - KIMIA - 2026

Zat besi adalah salah satu sebatian yang terbentuk antara besi dan oksigen. Mereka dicirikan sebagai ionik dan kristal, dan mereka tersebar akibat hakisan mineral mereka, menyusun tanah, jisim vegetarian dan, bahkan, bahagian dalam organisma hidup.

Ia kemudian merupakan salah satu keluarga sebatian yang mendominasi kerak bumi. Apa sebenarnya mereka? Enam belas oksida besi diketahui setakat ini, kebanyakannya berasal dari semula jadi dan yang lain disintesis dalam keadaan tekanan atau suhu yang melampau.

Sumber: lima ketujuh, Flickr.

Sebilangan ferrik oksida serbuk ditunjukkan dalam gambar di atas. Warna merahnya yang khas meliputi besi dari pelbagai elemen seni bina dalam apa yang dikenali sebagai karat. Begitu juga, ia diperhatikan di lereng, gunung atau tanah, dicampur dengan banyak mineral lain, seperti serbuk kuning goethite (α-FeOOH).

Oksida besi yang paling terkenal ialah hematit (α-Fe ₂ O ₃ ) dan maghemite (ϒ- Fe ₂ O ₃ ), kedua-dua polimorf oksida besi; dan tidak kurang pentingnya, magnetit (Fe ₃ O ₄ ). Struktur polimorfiknya dan luas permukaannya yang besar menjadikannya bahan yang menarik sebagai sorben, atau untuk sintesis nanopartikel dengan aplikasi yang luas.

Struktur

Sumber: Siyavula Education, Flickr.

Gambar atas adalah gambaran struktur kristal FeO, salah satu oksida besi di mana besi mempunyai nilai valensi +2. Sfera merah sesuai dengan anion O ² , sementara bola kuning ke kation Fe ²⁺ . Perhatikan juga bahawa setiap Fe ²⁺ dikelilingi oleh enam O ^2- , membentuk unit koordinasi oktahedral.

Oleh itu, struktur FeO dapat "dipecah" menjadi unit FeO ₆ , di mana atom pusatnya adalah Fe ²⁺ . Dalam kes oxyhydroxides atau hidroksida, unit oktahedral adalah FeO ₃ (OH) ₃ .

Di beberapa struktur, bukannya oktahedron, ada unit tetrahedral, FeO ₄ . Atas sebab ini struktur oksida besi biasanya diwakili oleh oktahedra atau tetrahedra dengan pusat besi.

Struktur oksida besi bergantung pada keadaan tekanan atau suhu, pada nisbah Fe / O (iaitu, berapa banyak oksigen yang ada per besi dan sebaliknya), dan pada kekuatan besi (+2, +3 dan, sangat jarang terdapat dalam oksida sintetik, +4).

Secara amnya, anion O ^2- besar berjajar membentuk kepingan yang lompangnya menempatkan kation Fe ²⁺ atau Fe ³⁺ . Oleh itu, terdapat oksida (seperti magnetit) yang mempunyai besi dengan kedua-dua valensi.

Polimorfisme

Oksida besi menunjukkan polimorfisme, iaitu struktur yang berbeza atau susunan kristal bagi sebatian yang sama. Ferric oxide, Fe ₂ O ₃ , mempunyai hingga empat kemungkinan polimorf. Hematit, α-Fe ₂ O ₃ , adalah yang paling stabil dari semua; diikuti oleh maghemite, ϒ- Fe ₂ O ₃ , dan oleh β- Fe ₂ O ₃ sintetik dan ε- Fe ₂ O ₃ .

Kesemuanya mempunyai jenis struktur dan sistem kristal masing-masing. Walau bagaimanapun, nisbah 2: 3 tetap berterusan, jadi terdapat tiga anion O ^2- untuk setiap dua kation Fe ³⁺ . Perbezaannya terletak pada bagaimana unit octahedral FeO ₆ terletak di ruang angkasa dan bagaimana ia dipasang.

Pautan struktur

Sumber: Fail Domain Awam

Unit octahedral FeO ₆ dapat dilihat dengan bantuan gambar di atas. Di sudut oktahedron adalah O ^2- , sementara di tengahnya Fe ²⁺ atau Fe ³⁺ (dalam kes Fe ₂ O ₃ ). Cara oktahedra ini disusun di angkasa memperlihatkan struktur oksida.

Walau bagaimanapun, mereka juga mempengaruhi bagaimana mereka dihubungkan. Sebagai contoh, dua oktahedra dapat digabungkan dengan menyentuh dua bucu mereka, yang diwakili oleh jambatan oksigen: Fe-O-Fe. Begitu juga, oktahedra dapat disatukan melalui pinggirnya (berdekatan antara satu sama lain). Kemudian akan ditunjukkan dengan dua jambatan oksigen: Fe- (O) ₂ -Fe.

Dan akhirnya, octahedra dapat berinteraksi melalui wajah mereka. Oleh itu, perwakilannya sekarang adalah dengan tiga jambatan oksigen: Fe- (O) ₃ -Fe. Cara di mana oktahedra dihubungkan akan mengubah jarak antara nuklear Fe-Fe dan, oleh itu, sifat fizikal oksida.

Hartanah

Oksida besi adalah sebatian dengan sifat magnetik. Ini boleh menjadi anti, ferro atau ferrimagnetik, dan bergantung pada valensi Fe dan bagaimana kation berinteraksi dalam pepejal.

Kerana struktur pepejal sangat bervariasi, begitu juga sifat fizikal dan kimianya.

Sebagai contoh, polimorf dan hidrat Fe ₂ O ₃ mempunyai nilai titik lebur yang berbeza (yang berkisar antara 1200 hingga 1600ºC) dan ketumpatan. Walau bagaimanapun, mereka mempunyai kelarutan yang rendah kerana Fe ³⁺ , jisim molekul yang sama, berwarna coklat dan larut dengan kurang dalam larutan asid.

Tatanama

IUPAC menetapkan tiga cara untuk menamakan besi oksida. Ketiganya sangat berguna, walaupun untuk oksida kompleks (seperti Fe ₇ O ₉ ) sistematika mengatasi yang lain kerana kesederhanaannya.

Tatanama sistematik

Bilangan oksigen dan besi diambil kira, menamakannya dengan awalan penomboran Yunani mono-, di-, tri-, dll. Menurut nomenklatur ini, Fe ₂ O ₃ disebut: tri oksida di besi. Dan untuk Fe ₇ O ₉ namanya adalah: hepta-iron nonaoxide.

Tatanama saham

Ini menganggap keberanian besi. Sekiranya ia adalah Fe ²⁺ , itu ditulis besi oksida …, dan kekuatannya dengan angka Rom tertutup dalam tanda kurung. Untuk Fe ₂ O ₃ namanya ialah: besi oksida (III).

Perhatikan bahawa Fe ³⁺ dapat ditentukan oleh jumlah algebra. Sekiranya O ^2- mempunyai dua cas negatif, dan ada tiga daripadanya, mereka akan menambahkan hingga -6. Untuk meneutralkan ini -6, +6 diperlukan, tetapi ada dua Fe, jadi mereka mesti dibahagi dua, + 6/2 = +3:

2X (valensi logam) + 3 (-2) = 0

Dengan hanya menyelesaikan X, valensi Fe dalam oksida diperolehi. Tetapi jika X bukan bilangan bulat (seperti halnya hampir semua oksida lain), maka terdapat campuran Fe ²⁺ dan Fe ³⁺ .

Tatanama tradisional

Akhiran –ico diberikan pada awalan ferr- ketika Fe mempunyai valensi +3, dan –oso ketika valensinya 2+. Oleh itu, Fe ₂ O ₃ dipanggil: ferrik oksida.

Permohonan

Nanopartikel

Oksida besi mempunyai tenaga penghabluran yang sama, yang memungkinkan untuk membuat kristal yang sangat kecil tetapi dengan luas permukaan yang besar.

Atas sebab ini, mereka sangat berminat dalam bidang nanoteknologi, di mana mereka merancang dan mensintesis nanopartikel oksida (NP) untuk tujuan tertentu:

-Sebagai pemangkin.

-Sebagai simpanan ubat atau gen di dalam badan

-Dalam reka bentuk permukaan deria untuk pelbagai jenis biomolekul: protein, gula, lemak

-Untuk menyimpan data magnetik

Pigmen

Kerana beberapa oksida sangat stabil, ia dapat digunakan untuk mewarnai tekstil atau memberikan warna terang pada permukaan bahan apa pun. Dari mozek di lantai; cat merah, kuning dan oren (walaupun hijau); seramik, plastik, kulit, dan juga karya seni bina.

Rujukan

1. Pemegang Amanah Dartmouth College. (18 Mac 2004). Stoikiometri Oksida Besi. Diambil dari: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo et al. (8 September 2016). Penemuan Fe ₇ O ₉ : oksida besi baru dengan struktur monoklinik yang kompleks. Dipulihkan dari: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Oksida Besi: Struktur, Sifat, Tindak Balas, Kejadian dan Kegunaan. . WILEY-VCH. Diambil dari: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Nanopartikel, Ciri-ciri dan Aplikasi Besi Oksida Besi. Diambil dari: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Sintesis, pencirian, aplikasi, dan cabaran nanopartikel besi oksida. Nanoteknologi, Sains dan Aplikasi, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmen Golchha. (2009). Oksida Besi: Aplikasi. Diambil dari: golchhapigments.com
7. Formulasi kimia. (2018). Besi (II) oksida. Diambil dari: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Besi (III) oksida. Diambil dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide