OXYDE DE FER: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, NOMENCLATURE, UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

Un oxyde de fer est l'un des composés formés entre le fer et l'oxygène. Ils se caractérisent par être ioniques et cristallins, et ils sont dispersés produit de l'érosion de leurs minéraux, composant les sols, la masse végétale et, même, l'intérieur des organismes vivants.

C'est alors l'une des familles de composés qui prédomine dans la croûte terrestre. Que sont-ils exactement? Seize oxydes de fer sont connus à ce jour, la plupart d'origine naturelle et d'autres synthétisés dans des conditions extrêmes de pression ou de température.

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Une portion d'oxyde ferrique en poudre est représentée sur l'image ci-dessus. Sa couleur rouge caractéristique recouvre le fer de divers éléments architecturaux dans ce que l'on appelle la rouille. De même, il est observé dans les pentes, les montagnes ou les sols, mélangé à de nombreux autres minéraux, comme la poudre jaune de goethite (α-FeOOH).

Les oxydes de fer les plus connus sont l'hématite (α-Fe ₂ O ₃) et la maghémite (ϒ-Fe ₂ O ₃), tous deux polymorphes de l'oxyde ferrique; et non des moindres, la magnétite (Fe ₃ O ₄). Leurs structures polymorphes et leur grande surface en font des matériaux intéressants comme sorbants, ou pour la synthèse de nanoparticules avec de larges applications.

Structure

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L'image du haut est une représentation de la structure cristalline de FeO, l'un des oxydes de fer où le fer a une valence de +2. Les sphères rouges correspondent aux anions O ^2-, tandis que les jaunes correspondent aux cations Fe ²⁺. Notez également que chaque Fe ²⁺ est entouré de six O ^2-, formant une unité octaédrique de coordination.

Par conséquent, la structure de FeO peut être "décomposée" en unités de FeO ₆, où l'atome central est Fe ²⁺. Dans le cas des oxyhydroxydes ou hydroxydes, le motif octaédrique est FeO ₃ (OH) ₃.

Dans certaines structures, au lieu de l'octaèdre, il y a des unités tétraédriques, FeO ₄. Pour cette raison, les structures des oxydes de fer sont généralement représentées par des octaèdres ou des tétraèdres avec des centres de fer.

Les structures des oxydes de fer dépendent des conditions de pression ou de température, du rapport Fe / O (c'est-à-dire du nombre d'oxygène qu'il y a par fer et vice versa), et de la valence du fer (+2, +3 et, très rarement dans les oxydes synthétiques, +4).

En général, les anions O ² volumineux s'alignent pour former des feuilles dont les vides abritent les cations Fe ²⁺ ou Fe ³⁺. Ainsi, il existe des oxydes (comme la magnétite) qui ont des fers avec les deux valences.

Polymorphisme

Les oxydes de fer présentent un polymorphisme, c'est-à-dire des structures ou des arrangements cristallins différents pour le même composé. L'oxyde ferrique, Fe ₂ O ₃, a jusqu'à quatre polymorphes possibles. L'hématite, α-Fe ₂ O ₃, est la plus stable de toutes; suivi de la maghémite, du ϒ- Fe ₂ O ₃, et du β-Fe ₂ O ₃ synthétique et du ε-Fe ₂ O ₃.

Ils ont tous leurs propres types de structures et de systèmes cristallins. Cependant, le rapport 2: 3 reste constant, il y a donc trois anions O ^2- pour deux cations Fe ³⁺. La différence réside dans la façon dont les unités octaédriques FeO ₆ sont situées dans l'espace et comment elles sont attachées.

Liens structurels

Source: Fichiers du domaine public

Les unités octaédriques FeO ₆ peuvent être visualisées à l'aide de l'image ci-dessus. Dans les coins de l'octaèdre se trouvent l'O ^2-, tandis qu'en son centre le Fe ²⁺ ou Fe ³⁺ (dans le cas de Fe ₂ O ₃). La manière dont ces octaèdres sont disposés dans l'espace révèle la structure de l'oxyde.

Cependant, ils influencent également la manière dont ils sont liés. Par exemple, deux octaèdres peuvent être joints en touchant deux de leurs sommets, ce qui est représenté par un pont oxygène: Fe-O-Fe. De même, les octaèdres peuvent être joints par leurs bords (adjacents les uns aux autres). Il serait alors représenté par deux ponts oxygène: Fe- (O) ₂ -Fe.

Et enfin, les octaèdres peuvent interagir à travers leurs visages. Ainsi, la représentation serait maintenant avec trois ponts oxygène: Fe- (O) ₃ -Fe. La manière dont les octaèdres sont liés ferait varier les distances internucléaires Fe-Fe et, par conséquent, les propriétés physiques de l'oxyde.

Propriétés

Un oxyde de fer est un composé aux propriétés magnétiques. Ceux-ci peuvent être anti, ferro ou ferrimagnétiques et dépendent des valences du Fe et de la manière dont les cations interagissent dans le solide.

Parce que les structures des solides sont très variées, leurs propriétés physiques et chimiques le sont aussi.

Par exemple, les polymorphes et hydrates de Fe ₂ O ₃ ont des valeurs de points de fusion (qui varient entre 1200 et 1600 ° C) et des densités différentes. Cependant, ils ont en commun la faible solubilité due au Fe ³⁺, la même masse moléculaire, sont de couleur brune et se dissolvent mal dans les solutions acides.

Nomenclature

L'IUPAC établit trois façons de nommer un oxyde de fer. Tous les trois sont très utiles, bien que pour les oxydes complexes (tels que Fe ₇ O ₉) la systématique règne sur les autres en raison de leur simplicité.

Nomenclature systématique

Les nombres d'oxygène et de fer sont pris en compte, en les nommant avec les préfixes de numérotation grecs mono-, di-, tri-, etc. Selon cette nomenclature, Fe ₂ O ₃ est appelé: trioxyde de fer di fer. Et pour Fe ₇ O _9, son nom serait: nonoxyde d'hepta-fer.

Nomenclature des stocks

Cela considère la valence du fer. S'il s'agit de Fe ²⁺, il est écrit oxyde de fer…, et sa valence avec des chiffres romains entre parenthèses. Pour Fe ₂ O _3, son nom est: oxyde de fer (III).

Notez que Fe ³⁺ peut être déterminé par des sommes algébriques. Si l'O ^2- a deux charges négatives et qu'il y en a trois, elles totalisent -6. Pour neutraliser ce -6, il faut +6, mais il y a deux Fe, donc ils doivent être divisés par deux, + 6/2 = +3:

2X (valence métallique) + 3 (-2) = 0

En résolvant simplement X, la valence de Fe dans l'oxyde est obtenue. Mais si X n'est pas un entier (comme c'est le cas avec presque tous les autres oxydes), alors il y a un mélange de Fe ²⁺ et Fe ³⁺.

Nomenclature traditionnelle

Le suffixe –ico est donné au préfixe ferr- lorsque Fe a une valence +3, et –oso lorsque sa valence est 2+. Ainsi, Fe ₂ O ₃ est appelé: oxyde ferrique.

Applications

Nanoparticules

Les oxydes de fer ont en commun une énergie de cristallisation élevée, ce qui permet de créer de très petits cristaux mais de grande surface.

Pour cette raison, ils présentent un grand intérêt dans les domaines des nanotechnologies, où ils conçoivent et synthétisent des nanoparticules d'oxyde (NP) à des fins spécifiques:

-Comme catalyseurs.

-En tant que réservoir de médicaments ou de gènes dans le corps

-Dans la conception de surfaces sensorielles pour différents types de biomolécules: protéines, sucres, graisses

-Pour stocker des données magnétiques

Pigments

Parce que certains oxydes sont très stables, ils peuvent être utilisés pour teindre des textiles ou donner des couleurs vives aux surfaces de n'importe quel matériau. Des mosaïques sur les sols; peintures rouges, jaunes et orange (même vertes); céramiques, plastiques, cuir et même des œuvres architecturales.

Références

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