Hidróxido de hierro (III): estructura, propiedades y usos
El hidróxido de hierro (III) es un compuesto inorgánico cuya fórmula estrictamente es Fe(OH)3, en el cual la proporción de iones Fe3+ y OH– es 3:1. No obstante, la química del hierro puede llegar a ser bastante enrevesada; de modo que este sólido no se compone solamente de los iones mencionados.
De hecho, el Fe(OH)3 contiene al anión O2-; por lo tanto, se trata de un óxido hidróxido de hierro monohidratado: FeOOH·H2O. Si se suma el número de átomos para este último compuesto se comprobará que coincide con el del Fe(OH)3. Ambas fórmulas son válidas para referirse a este hidróxido metálico.
En laboratorios de química de docencia o investigativos, el Fe(OH)3 se observa como un precipitado pardo anaranjado; similar al sedimento de la imagen superior. Cuando esta arena herrumbrosa y gelatinosa se somete a calentamiento, libera el exceso de agua, tornándose su coloración naranja-amarillenta (pigmento amarillo 42).
Este pigmento amarillo 42 es el mismo FeOOH·H2O sin la presencia adicional de agua coordinada al Fe3+. Cuando se deshidrata este, se transforma en FeOOH, el cual puede existir en forma de diferentes polimorfos (goethita, akaganeíta, lepidocrocita, feroxihita, entre otros).
El mineral bernalita, por otro lado, exhibe cristales verdes de composición base Fe(OH)3·nH2O; fuente mineralógica de este hidróxido.
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Las estructuras cristalinas de los óxidos e hidróxidos de hierro son un poco complicadas. Pero, desde un punto de vista simple, puede considerarse como repeticiones ordenadas de unidades octaédricas FeO6. Así, estos octaedros de hierro-oxígeno se entrelazan a través de sus esquinas (Fe-O-Fe), o de sus caras, estableciendo todo tipo de cadenas poliméricas.
Si tales cadenas lucen ordenadas en el espacio, se dice que el sólido es cristalino; de lo contrario, es amorfo. Este factor, junto al modo en cómo se unen los octaedros, determinan la estabilidad energética del cristal y, por tanto, sus colores.
Por ejemplo, los cristales ortorrómbicos de la bernalita, Fe(OH)3·nH2O, son de coloración verdosa debido a que sus octaedros FeO6 solo se unen a través de sus esquinas; a diferencia de otros hidróxidos de hierro, que lucen colores rojizos, amarillos o marrones, dependiendo del grado de hidratación.
Cabe destacar que los oxígenos del FeO6 provienen o bien del OH– o del O2-; la descripción exacta corresponde a resultados de análisis cristalográficos. Aunque no se aborde como tal, la naturaleza del enlace Fe-O es iónica con un cierto carácter covalente; el cual para otros metales de transición se torna aún más covalente, como sucede con la plata.
Si bien el Fe(OH)3 es un sólido que se reconoce fácilmente cuando se adicionan sales de hierro a un medio alcalino, sus propiedades no están del todo esclarecidas.
Se sabe sin embargo que es responsable de modificar las propiedades organolépticas (sabor y color, en especial) del agua potable; que es muy insoluble en agua (Ksp=2,79·10-39); y también que su masa molar y densidad son 106,867 g/mol y 4,25 g/mL.
Este hidróxido (al igual que sus derivados) no puede tener punto de fusión o ebullición definido porque cuando se le calienta libera vapor de agua, convirtiéndose así en su forma anhidra FeOOH (junto a todos sus polimorfos). Por lo tanto, si se continúa calentando, se fundirá el FeOOH y no el FeOOH·H2O.
Para estudiar sus propiedades más a fondo sería necesario someter al pigmento amarillo 42 a numerosos estudios; pero es más que probable que en el proceso cambie de coloración a rojizo, indicativo de la formación del FeOOH; o por el contrario, se disuelva en el acuo complejo Fe(OH)63+ (medio ácido), o en el anión Fe(OH)4– (medio muy básico).
En el apartado anterior se mencionó que el Fe(OH)3 es muy insoluble en agua, e incluso puede precipitar a un pH cercano a 4,5 (si no hay ninguna especie química que interfiera). Al precipitar, puede arrastrar (coprecipitar) algunas impurezas del medio que son nocivas para la salud; por ejemplo, las sales de cromo o arsénico (Cr3+, Cr6+, y As3+, As5+).
Entonces, este hidróxido permite ocluir a estos metales y otros más pesados, actuando como un absorbente.
La técnica consiste no tanto en precipitar el Fe(OH)3 (alcalinizando el medio), sino que en lugar de eso se agrega directamente a las aguas o suelos contaminados, mediante polvos o granos adquiridos comercialmente.
El hierro es un elemento esencial para el cuerpo humano. La anemia es una de las enfermedades más resaltantes producto de su deficiencia. Por esta razón siempre es materia de investigación idear diferentes alternativas para incorporar este metal a nuestra dieta de manera que no se generen efectos colaterales.
Uno de los suplementos basados en el Fe(OH)3 está basado en su complejo con la polimaltosa (hierro polimaltosado), el cual presenta un menor grado de interacción con los alimentos respecto al FeSO4 ; es decir, que más hierro se halla biológicamente disponible para el organismo y no está coordinado con otras matrices o sólidos.
El otro suplemento está compuesto de nanopartículas de Fe(OH)3 suspendidas en un medio conformado principalmente por adipatos y tartratos (y otras sales orgánicas). Este demostró ser menos tóxico que el FeSO4, además de que aumenta la hemoglobina, no se acumula en la mucosa intestinal, y promueve el crecimiento de microbios beneficiosos.
El pigmento Amarillo 42 se utiliza en pinturas y cosméticos, y como tal no representa un riesgo potencial a la salud; a menos que se ingiera por accidente.
Aunque en esta aplicación no se utilice formalmente el Fe(OH)3, este podría servir como material de partida para el FeOOH; compuesto con el que se fabrica uno de los electrodos de una batería barata y sencilla de hierro, que además trabaja a un pH neutro.
Las reacciones de media celda para esta batería se expresan a continuación con las siguientes ecuaciones químicas:
½ Fe ⇋ ½ Fe2+ + e–
FeIIIOOH + e– + 3H+ ⇋ Fe2+ + 2H2O
El ánodo viene a ser un electrodo de hierro, el cual libera un electrón que posteriormente, después de recorrer el circuito externo, ingresa al cátodo; electrodo hecho de FeOOH, reduciéndose a Fe2+. El medio electrolítico para esta batería está compuesto de sales solubles de Fe2+.
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