HYDROXYDE DE FER (III): STRUCTURE, PROPRIÉTÉS ET UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

L' hydroxyde de fer (III) est un composé inorganique dont la formule est strictement Fe (OH) ₃, dans laquelle la proportion de Fe ³⁺ et OH ^- est de 3: 1. Cependant, la chimie du fer peut être assez compliquée; donc ce solide n'est pas seulement composé des ions mentionnés.

En fait, Fe (OH) ₃ contient l'anion O ^2-; il s'agit donc d'un oxyde d'hydroxyde de fer monohydraté: FeOOH · H ₂ O. Si le nombre d'atomes de ce dernier composé est ajouté, on vérifiera qu'il coïncide avec celui de Fe (OH) ₃. Les deux formules sont valables pour désigner cet hydroxyde métallique.

Hydroxyde de fer (III) dans un étang à grenouilles. Source: Clint Budd (https://www.flickr.com/photos//13016864125)

Dans les laboratoires d'enseignement ou de recherche en chimie, Fe (OH) ₃ est observé sous forme de précipité brun orangé; similaire aux sédiments dans l'image ci-dessus. Lorsque ce sable rouillé et gélatineux est chauffé, il libère un excès d'eau, prenant sa couleur orange-jaunâtre (pigment jaune 42).

Ce pigment jaune 42 est le même FeOOH · H ₂ O sans la présence supplémentaire d'eau coordonnée avec Fe ³⁺. Lorsqu'il est déshydraté, il se transforme en FeOOH, qui peut exister sous la forme de différents polymorphes (goethite, akaganeite, lépidocrocite, feroxihita, entre autres).

La bernalite minérale, en revanche, présente des cristaux verts de composition de base Fe (OH) ₃ · nH ₂ O; source minéralogique de cet hydroxyde.

Structure de l'hydroxyde de fer (III)

Les structures cristallines des oxydes et hydroxydes de fer sont un peu compliquées. Mais, d'un simple point de vue, il peut être considéré comme des répétitions ordonnées d'unités octaédriques FeO ₆. Ainsi, ces octaèdres fer-oxygène s'entrelacent par leurs coins (Fe-O-Fe), ou leurs faces, établissant toutes sortes de chaînes polymériques.

Si de telles chaînes semblent ordonnées dans l'espace, le solide est dit cristallin; sinon, il est amorphe. Ce facteur, ainsi que la manière dont les octaèdres sont joints, déterminent la stabilité énergétique du cristal et, par conséquent, ses couleurs.

Par exemple, les cristaux orthorhombiques de bernalite, Fe (OH) ₃ · nH ₂ O, ont une couleur verdâtre du fait que leurs octaèdres FeO ₆ ne se lient que par leurs coins; contrairement aux autres hydroxydes de fer, qui apparaissent rougeâtres, jaunes ou bruns, selon le degré d'hydratation.

Il est à noter que les oxygènes de FeO ₆ proviennent soit d'OH ^- soit d'O ^2-; la description exacte correspond aux résultats de l'analyse cristallographique. Bien qu'elle ne soit pas abordée comme telle, la nature de la liaison Fe-O est ionique avec un certain caractère covalent; qui pour les autres métaux de transition devient encore plus covalent, comme avec l'argent.

Propriétés

Bien que le Fe (OH) ₃ soit un solide facilement reconnaissable lorsque des sels de fer sont ajoutés à un milieu alcalin, ses propriétés ne sont pas entièrement claires.

Cependant, on sait qu'il est responsable de la modification des propriétés organoleptiques (goût et couleur notamment) de l'eau de boisson; qui est très insoluble dans l'eau (K _sp = 2,79 · 10 ^-39); et aussi que sa masse molaire et sa densité sont de 106,867 g / mol et 4,25 g / mL.

Cet hydroxyde (comme ses dérivés) ne peut pas avoir un point de fusion ou d'ébullition défini car lorsqu'il est chauffé, il libère de la vapeur d'eau, le convertissant ainsi en sa forme anhydre FeOOH (avec tous ses polymorphes). Par conséquent, si le chauffage continue, le FeOOH fondra et non le FeOOH · H ₂ O.

Pour mieux étudier ses propriétés, il faudrait soumettre le pigment jaune 42 à de nombreuses études; mais il est plus que probable qu'au cours du processus, il change de couleur en rougeâtre, ce qui indique la formation de FeOOH; ou au contraire, il se dissout dans le complexe aqueux Fe (OH) ₆ ³⁺ (milieu acide), ou dans l'anion Fe (OH) ₄ ^- (milieu très basique).

Applications

Absorbant

Dans la section précédente, il a été mentionné que le Fe (OH) ₃ est très insoluble dans l'eau, et qu'il peut même précipiter à un pH proche de 4,5 (s'il n'y a pas d'espèce chimique qui interfère). En précipitant, il peut emporter (coprécipiter) certaines impuretés de l'environnement nocives pour la santé; par exemple, les sels de chrome ou d'arsenic (Cr ³⁺, Cr ⁶⁺ et As ³⁺, As ⁵⁺).

Ensuite, cet hydroxyde permet d'occlure ces métaux et d'autres plus lourds, agissant comme absorbant.

La technique ne consiste pas tant à précipiter Fe (OH) ₃ (alcalinisation du milieu), mais à l'ajouter directement à l'eau ou aux sols contaminés, en utilisant des poudres ou des grains achetés dans le commerce.

Utilisations thérapeutiques

Le fer est un élément essentiel du corps humain. L'anémie est l'une des maladies les plus importantes en raison de sa carence. Pour cette raison, il est toujours question de recherche pour concevoir différentes alternatives pour incorporer ce métal dans notre alimentation afin que les effets collatéraux ne soient pas générés.

L'un des suppléments à base de Fe (OH) ₃ est basé sur son complexe avec le polymaltose (polymaltose fer), qui a un degré d'interaction avec les aliments plus faible que FeSO ₄; autrement dit, plus de fer est biologiquement disponible pour le corps et n'est pas coordonné avec d'autres matrices ou solides.

L'autre complément est composé de nanoparticules de Fe (OH) _{3 en} suspension dans un milieu constitué principalement d'adipates et de tartrates (et d'autres sels organiques). Cela s'est avéré moins toxique que le FeSO ₄, en plus d'augmenter l'hémoglobine, il ne s'accumule pas dans la muqueuse intestinale, et il favorise la croissance de microbes bénéfiques.

Pigment

Le Pigment Yellow 42 est utilisé dans les peintures et les cosmétiques et, en tant que tel, ne présente pas de risque potentiel pour la santé; sauf ingéré par accident.

Batterie de fer

Bien que Fe (OH) ₃ ne soit pas formellement utilisé dans cette application, il pourrait servir de matière de départ pour FeOOH; composé avec lequel l'une des électrodes d'une batterie de fer simple et bon marché est fabriquée, qui fonctionne également à pH neutre.

Les réactions des demi-cellules pour cette batterie sont exprimées ci-dessous avec les équations chimiques suivantes:

½ Fe ⇋ ½ Fe ²⁺ + e ^-

Fe ^III OOH + e ^- + 3H ⁺ ⇋ Fe ²⁺ + 2H ₂ O

L'anode devient une électrode de fer, qui libère un électron qui plus tard, après avoir traversé le circuit externe, pénètre dans la cathode; électrode en FeOOH, réduisant en Fe ²⁺. Le milieu électrolytique de cette batterie est composé de sels solubles de Fe ²⁺.

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