óxido de ferro - R.F.P. org.UK
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www.rfp.org.uk Óxido de Ferro Os óxidos de ferro são compostos químicos compostos por ferro e oxigênio. Ao todo, são dezesseis óxidos e oxihidróxidos de ferro conhecidos. Os óxidos de ferro e óxido­hidróxidos são amplamente distribuídos na natureza, desempenham um papel importante em muitos processos geológicos e biológicos, e são amplamente utilizados por seres humanos, por exemplo, como minérios de ferro, pigmentos, catalisadores, em pirotecnia. Óxido de Ferro (II) O óxido de ferro (II), também conhecido como óxido de ferro, é um dos óxidos do ferro. É um pó de cor preta com a fórmula química FeO. Trata­se do elemento químico ferro no estado de oxidação 2 ligado ao oxigênio. Sua forma mineral é conhecida como wustite. O óxido de ferro (II) não deve ser confundido com a ferrugem, que normalmente consiste de hidratação do óxido de ferro (III) (óxido férrico). O termo pode ser usado mais vagamente para um composto não estequiométrico como a relação entre os elementos ferro e oxigênio podem variar, as amostras são geralmente deficientes de ferro com composições que vão desde a Fe0.84O Fe0.95O. Preparação FeO pode ser preparado por aquecimento de oxalato de ferro (II) no vácuo: FeC2O4 → FeO + CO + CO2 O FeO Estequiométrico pode ser preparado por aquecimento do Fe0.95O com ferro metálico a 770 °C e 36 kbar. Reações 1 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk O FeO é termodinamicamente instável abaixo de 575 °C, com desproporcionalidade para o metal e Fe3O4: 4FeO → Fe + Fe3O4 Estrutura O óxido de ferro (II) adota a estrutura cúbica do sal de rocha, onde os átomos de ferro são octaedricamente coordenados por átomos de oxigênio e átomos de oxigênio octaedricamente coordenados pelos átomos de ferro. A estequiometria não ocorre devido à facilidade de oxidação do FeII para FeIII efetivamente substituindo uma pequena porção de FeII com dois terços do número de FeIII, que ocupam posições tetraédricas na estrutura fechada do óxido. Abaixo de 200K há uma pequena alteração na estrutura, que altera a simetria romboédrica e as amostras se tornam anti ferro­ magnéticas. Usos O óxido de ferro (II) é usado como pigmento. É aprovado pelo FDA para uso em cosméticos e é usado em algumas tintas de tatuagem. Óxido de Ferro (II, III) O óxido de Ferro (II, III), é um composto químico com fórmula Fe3O4. É uma de uma série de óxidos de ferro. É encontrado na natureza como o mineral magnetita. Ele contém tanto Fe2+ e Fe3+ íons e às vezes é formulado como Fe2O3.FeO. Ele é encontrado em laboratórios como um pó preto. Apresenta magnetismo permanente e é ferri­magnético, mas às vezes é incorretamente descrito como ferromagnético. Seu uso mais extensivo é como um pigmento preto, que é sintetizado em vez de ser extraído o mineral encontrado na natureza e o tamanho e forma das partículas podem ser variados através do método de produção. 2 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk Preparação O pigmento Fe3O4 chamado de magnetita sintética, pode ser preparado usando processos que utilizam resíduos industriais, sucata de ferro ou soluções contendo sais de ferro (por exemplo os produzidos como subprodutos de processos industriais, como o tratamento do ácido val (decapagem) de aço): A oxidação do metal Fe no processo Laux onde o nitrobenzeno reage com o metal ferro usando FeCl2 como um catalisador para a produção de anilina: C6H5NO2 9Fe + + 2H2O → C6H5NH2 + Fe3O4 A oxidação de compostos FeII, por exemplo, a precipitação de ferro (II) de sais como hidróxidos seguida de oxidação por aeração, onde o controle cuidadoso do pH determina o óxido produzido. Redução de Fe2O3 com hidrogênio: 3Fe2O3 + H2 + H2O → 2Fe3O4 Redução de Fe2O3 com CO: 3 Fe2O3 + CO + CO2 → 2Fe3O4 A produção de nano­partículas pode ser realizada quimicamente, tendo como exemplo de misturas FeII e sais FeIII misturando­os com álcali para precipitar Fe3O4 coloidal. As condições de reação são críticas para o processo e determinam o tamanho da partícula. Reações A redução do minério de magnetita com CO num alto­forno é usado para produzir ferro como parte do processo de produção do aço: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 3 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk A oxidação controlada de Fe3O4 é usada para produzir pigmento marrom de qualidade γ­Fe2O4 (maghemita): Fe3O4 + ½ O2 → 3 (γ­Fe2O3) Uma calcinação mais vigorosa, (torrefação em ar), dá pigmento vermelho de qualidade α­ Fe2O3 (hematita): 2Fe3O4 + ½ O2 → 3 (α­Fe2O3) Estrutura O Fe3O4 tem uma estrutura cúbica espinélica inversa, que consiste de uma matriz cúbica repleta de íons de óxido, onde todos os íons Fe2+ ocupam metade dos sítios octaédricos e Fe3+ são divididos igualmente entre os demais sítios octaédricos e os sítios tetraédricos. Ambos FeO e γ­ Fe2O3 tem uma matriz cúbica semelhante, repleta de íons de óxido e isso explica a equivalência entre os três compostos na oxidação e redução, pelo que estas reações implicam numa mudança relativamente pequena para a estrutura geral. Amostras de Fe3O4 podem ser não­estequiométricas. O ferrimagnetismo de Fe3O4 surge porque os spins dos elétrons dos íons FeII FeIII nos sítios octaédricos são acoplados e os spins dos íons FeIII nos sítios tetraédricos estão conectados, mas não paralelos ao anterior. O efeito geral é que as contribuições magnéticas de ambos os conjuntos não são equilibradas e não há um magnetismo permanente. Propriedades O Fe3O4 é ferrimagnético com uma temperatura Curie de 858 K. Há uma transição de fase a 120K, a chamada transição Verwey onde existe uma descontinuidade na estrutura, na condutividade e nas propriedades magnéticas. Este efeito tem sido amplamente investigado e, embora várias explicações tenham sido propostas, não parece ser totalmente compreendido. 4 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk O Fe3O4 é um condutor elétrico com uma condutividade significativamente maior (X 106) do que a de Fe 2O3, que é atribuída à troca de elétrons entre os centros FeII e FeIII. Usos O Fe3O4 é usado como um pigmento negro e é conhecido como pigmento preto 11 (No.77499 CI). O Fe3O4 é usado como um catalisador no processo Haber, na reação de deslocamento de água a gás. Este último utiliza um HTS (catalisador de mudança elevada de temperatura) de óxido de ferro estabilizado por óxido de cromo. Este catalisador de ferro­ cromo é reduzido em reator para gerar a partir de α­Fe 3O4, Fe2O3 Cr2O3 e CrO3. Nano partículas de Fe3O4 são utilizadas como agentes de contraste em ressonância magnética. Junto com enxofre e alumínio, é um ingrediente em “thermate” um tipo específico de thermite útil para corte de aço. Bluing é um processo de passivação, que produz uma camada de Fe3O4 sobre a superfície do aço para protegê­lo contra ferrugem. Aparecimento Biológico A magnetita foi encontrada como nano­cristais em bactérias magnetostáticas (42­45 nm) e em tecido “bico do pombo”. Óxido de Ferro (III) O óxido de ferro (III) ou óxido de ferro é um composto inorgânico com a fórmula Fe2O3. É um dos três principais óxidos de ferro, sendo os outros dois de óxido de ferro (II) (FeO), que é raro, e ferro (II, III) óxido (Fe3O4), que também ocorre naturalmente como o mineral magnetita. Como o mineral conhecido como hematita, o Fe 2O3 é 5 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk a principal fonte de ferro para a indústria siderúrgica. Fe 2O3 é paramagnético, marrom avermelhado, e facilmente atacado por ácidos. A oxidação é frequentemente chamada de óxido de ferro (III), e de certa maneira, esta classificação é útil, porque partem da ferrugem várias propriedades com uma composição semelhante. Para um químico, a ferrugem é considerada um material mal definido, descrito como óxido férrico hidratado. Diferentes formas Fase Alfa A α­ Fe2O3 tem a estrutura romboédrica, corindon (α­Al2O3) e é a forma mais comum. Ocorre naturalmente como mineral hematita, que é extraído como o principal minério de ferro. É antiferromagnético abaixo ~ 260 K (temperatura de transição Morin), e ferromagnética fraca entre 260K e 950 K de temperatura de Néel. É fácil de preparar usando tanto a decomposição térmica quanto a precipitação na fase líquida. Suas propriedades magnéticas dependem de muitos fatores, por exemplo, pressão, tamanho de partícula, e a intensidade do campo magnético. Fase Beta A face cúbica centrada, metaestável, em temperaturas acima de 500° C se converte em fase alfa. Pode ser preparada pela redução da hematita em carbono, pirólise de ferro (III) de solução de cloreto, ou decomposição térmica de ferro (III) sulfato. Fase Gama Cúbicos, metaestável, converte para a fase alfa em altas temperaturas. Ocorre naturalmente como no mineral maghemita. Ferromagnéticos. Partículas ultrafinas menores que 10 nanômetros são super paramagnéticas. Podem ser preparadas por desidratação térmica do ferro gama (III), hidróxido de óxido, oxidação cuidadosa do óxido de ferro (II, III). As partículas ultrafinas podem ser preparadas pela decomposição térmica de ferro (III) oxalato. 6 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk Fase Épsilon Rômbica, apresenta propriedades intermediárias entre alfa e gama. Até agora não foi elaborada em forma pura, é sempre misturada com a fase alfa ou fases gama. Material com uma alta proporção da fase épsilon pode ser preparado por transformação térmica da fase gama. A fase épsilon é metaestável, transformando a fase alfa, entre 500 e 750 °C. Pode também ser preparada pela oxidação do ferro em um arco elétrico ou por precipitação sol­gel de nitrato de ferro (III). Outras fases Alta pressão, amorfa. Reações O óxido de ferro (III) se dissolve facilmente em ácido forte, por exemplo, ácido clorídrico e sulfúrico. Também se dissolve bem em soluções de agentes quelantes como EDTA e ácido oxálico. Também é utilizada em uma reação extremamente exotérmica chamada reação principal. 2 Al + Fe2O3 → 2Fe+ Al2O3 Este processo é usado para soldar metais espessos tais como os trilhos de trem, usando um recipiente de cerâmica para o funil de ferro fundido entre as duas seções do trilho. Térmite é também usada em armas e para fazer esculturas em pequena escala, de ferro fundido e ferramentas. Usos Indústria do ferro A aplicação abrangente de óxido de ferro (III) que é a matéria­ prima das indústrias de aço: exemplo ferro, a produção de ferro puro, aço e ligas. 7 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk Polimento Um pó muito fino de óxido de ferro é conhecido como “rouge de joalheiro”, “rouge vermelho”, ou simplesmente “rouge”. Ele é usado para o polimento final em joias metálicas e lentes, e historicamente como um cosmético. O rouge “corta” mais lentamente do que alguns polidores modernos, como óxido de cério (IV), mas ainda é usado na fabricação de lentes e por joalheiros pelo acabamento superior que se consegue. Quando polindo o ouro, o rouge mancha ligeiramente o ouro, o que contribui para o aparecimento da peça acabada. O rouge é vendido como um pó, pasta, atado em panos de polimento, ou barra sólida (com cera ou material gorduroso). Outros compostos de polimento também são chamados de "rouge", mesmo quando eles não contêm óxido de ferro. Joalheiros removem o rouge residual em joias mediante a utilização de limpeza ultra­sônica. Afiação de Ferramentas Os produtos vendidos como compostos stropping são aplicados a uma fita de couro para auxiliar na afiação de um fio da navalha, facas, ou qualquer outra ferramenta de corte. Pigmento O óxido de ferro (III) também é usado como um pigmento, sob os nomes "pigmento marrom 6", "pigmento marrom 7", e "Pigmento Vermelho 101". Alguns deles, por exemplo, o pigmento vermelho 101 e pigmento marrom 6, são aprovados pelo FDA Americano (Food and Drug Administration) para uso em cosméticos. Biomedicina As nanopartículas de ferro (III) óxido são biocompatíveis, não tóxicas, são quimicamente ativas na superfície, e são paramagnéticas em tamanhos de partículas acima de um limite crítico de cerca de 5 nanômetros [carece de mais fontes]. Elas 8 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk encontram uma larga utilização em aplicações biomédicas. Podem ser usadas como agentes de contraste em ressonância magnética, na rotulagem de tecidos cancerosos, transporte de fármacos magneticamente controlado, termoterapia localizada (onde o tecido é rotulado por nanopartículas de óxido de ferro, em seguida, aquecida pela aplicação de campo CA às partículas), e preparação de ferrofluidos. Aquários O óxido férrico na forma granular (GFO, óxido de ferro granular) é disponível para venda no aquário de água salgada e comunidades dos recifes. Sua principal função como um meio filtrante é puxar fosfatos da coluna de água para ajudar no controle de algas. Os produtos de marca, tais como PhosBan, ROWAphos e Phoslock, contêm misturas importantes de óxido de ferro granular e de hidróxido (GFH). Preparação O óxido de ferro (III) é um produto da oxidação do ferro. Pode ser preparado em laboratório por eletrólise de uma solução de bicarbonato de sódio, um eletrólito inerte, com um ânodo de ferro: 4 Fe + 3 O2 + 2 H2O → 4 FeO.(OH) 2 FeO.(OH) → Fe2O3 + H2O 9 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk Etiqueta Padrão Caixa Óxido de Ferro LD50 mg/kg Código ONU: 1498 Código de Risco: 50 Massa molar Densidade Ponto de fusão Solubilidade em água Solubilidade Insolúvel Fabricante Lote Origem Fabricação Validade Indefinida ΠΑΛΜΑ 10 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010 www.rfp.org.uk Etiqueta Padrão Vidro Óxido de Ferro LD50 mg/kg Código ONU: 1498 Código de Risco: 50 Massa molar Densidade Ponto de fusão Solubilidade em água: Fabricante Lote Origem Fabricação Validade Indefinida ΠΑΛΜΑ 11 / 11 ­ Fonte: Wikipédia 2010
