Óxido de hierro (III): estructura, nomenclatura, propiedades, usos
El óxido de hierro (III) u óxido férrico es un sólido inorgánico formado por la reacción del hierro (Fe) y el oxígeno (O2), en la cual se obtiene un estado de oxidación del hierro de +3. Su fórmula química es Fe2O3.
En la naturaleza se encuentra principalmente en forma del mineral hematita, el cual debe su nombre al color rojo de sus rayas. La hematita es la principal mena de hierro para uso industrial.
El color y apariencia del Fe2O3 dependen del tamaño y forma de sus partículas, así como de la identidad y cantidad de impurezas y agua presentes. Se conocen los pigmentos amarillo, naranja y rojo. No posee brillo metálico.
No conduce la electricidad, pero mezclada con otros óxidos permite fabricar vidrios semiconductores. La forma cristalina alfa es antiferromagnética y la gamma es ferromagnética.
Se emplea como pigmento rojo en pinturas, gomas, cerámicas y papel. También en recubrimientos protectores para acero y otros metales. Su versatilidad se debe a su capacidad de teñido y poder de recubrimiento, su resistencia a la luz ultravioleta y a los álcalis.
Se usa en la preparación de granates o piedras finas de varios óxidos metálicos. Sirve para pulir vidrio, diamante y metales preciosos (grado joyería). También se utiliza como catalizador en diversas reacciones. Se ha empleado para el tratamiento de aguas residuales.
Índice del artículo
- 1 Estructura
- 2 Nomenclatura
- 3 Propiedades
- 4 Usos
- 4.1 En la industria de la construcción
- 4.2 En pinturas y recubrimientos
- 4.3 En la industria del plástico y gomas
- 4.4 En vidrio y joyería
- 4.5 En material magnético de grabación
- 4.6 En la industria alimenticia, farmacéutica y cosmética
- 4.7 En catálisis de reacciones químicas
- 4.8 En la reducción del calentamiento global
- 4.9 Otros usos
- 5 Referencias
La forma cristalina α-Fe2O3 tiene la estructura del corindón (mineral de Al2O3), donde los iones óxido (O-2) forman capas empacadas hexagonales, con los iones Fe+3 ocupando dos tercios de los sitios octaédricos.
En otras palabras, cada Fe+3 está rodeado octaédricamente por 6 iones O-2. Su color cambia al aumentar el tamaño de partícula desde rojo luminoso a violeta oscuro.
El γ-Fe2O3 presenta una estructura tipo espinela con arreglo empacado cúbico de iones óxido, con los iones Fe+3 distribuidos aleatoriamente entre los intersticios octaédricos y tetraédricos. Esta variedad cristalina al ser calentada en aire a más de 400 ºC cambia a la estructura alfa. Presenta un color marrón.
Son formas cristalinas raras de este óxido. El β-Fe2O3 cristaliza en un sistema romboédrico. Esta estructura es metaestable y al calentarse por encima de aproximadamente 500 ºC cambia a la variedad alfa.
El ε-Fe2O3 cristaliza de forma ortorrómbica. También es metaestable y a temperaturas entre 230 y 500 ºC pasa a la estructura alfa.
Hematita: mineral natural de Fe2O3 que cristaliza en la forma alfa. También se le conoce como especularita u oligisto.
Maghemita o hematita magnética: forma gamma del Fe2O3, poco abundante en la naturaleza.
Óxido férrico: Fe2O3.
Óxidos de hierro (III) naturales: son los encontrados en la naturaleza. Fueron usados desde épocas prehistóricas, por ejemplo, en las pinturas de las cuevas de Altamira.
Óxidos de hierro (III) sintéticos: se preparan sintéticamente, obteniendo una composición que corresponde a la de los minerales naturales. Son preferidos a los naturales por su matiz o tonalidad pura, propiedades consistentes y capacidad de teñido.
Sólido, cuya coloración puede ser rojo luminoso, marrón rojizo y violeta oscuro dependiendo de la estructura cristalina y el tamaño de partícula.
159,69 g/mol.
1566 ºC.
5,24 g/cm3
Insoluble en agua, soluble en ácido clorhídrico (HCl) y ácido sulfúrico (H2SO4).
– Los óxidos de hierro (III) se caracterizan por su baja intensidad de color, su excelente resistencia a la luz ultravioleta, su capacidad de teñido y excelente poder de recubrimiento.
– Son no-tóxicos, no destiñen y son económicos.
– Son resistentes a los álcalis. No reaccionan con ácidos débiles ni bases débiles. Si no están contaminados con manganeso (Mn), no reaccionan con solventes orgánicos.
– La forma alfa es paramagnética (es atraída por imanes, pero no se convierte en un material permanentemente magnetizado) o antiferromagnética. Es aislante eléctrica.
– La forma gamma es ferromagnética. Esto quiere decir que al someterse a un campo magnético se produce ordenamiento de los dipolos magnéticos del material, el cual permanece cierto tiempo después de eliminar el campo magnético.
Los pigmentos de óxido de hierro (III) se usan en gran parte para colorear cemento y otros materiales de construcción: baldosas de concreto, ladrillos de pavimentación, cemento fibroso, bitumen o mortero, entre otros.
Dicho uso se basa en el hecho de que no afectan el tiempo de fraguado, la fuerza de compresión, ni la resistencia a la tracción del cemento u otros materiales.
Pueden incorporarse a muchos aglutinantes debido a su matiz de color puro, buen poder de recubrimiento, buena resistencia a la abrasión y baja tendencia a sedimentar.
Por su resistencia a ácidos y bases se emplean como pigmentos de pinturas y barnices. Su resistencia a altas temperaturas hace que sean buenos en esmaltes.
Los pigmentos basados en hematita sintética se usan en revestimientos de protección contra la corrosión, especialmente los marinos. Su estructura cristalina retrasa la penetración de la humedad y de las sustancias corrosivas presentes en el salitre.
Protege bien en recubrimientos para interiores, exteriores y piezas metálicas. En el mantenimiento y repintado de puentes, su uso conduce a protección contra humedad, rocío o niebla densa, y a fácil secado a bajas temperaturas ambientales.
También se utiliza en papel para recubrir paredes.
Los óxidos de hierro (III) se emplean para colorear plásticos y gomas. En esta aplicación se prefieren los óxidos de hierro (III) sintéticos. Aunque los óxidos de hierro (III) naturales son más económicos, su uso ha disminuido frente a los sintéticos.
Son usados también en pulido de vidrio, metales preciosos, diamantes y piedras preciosas.
También sirven como colorantes en la fabricación de vidrios.
La forma gamma ha sido empleada como material magnético en la producción de medios de grabación magnéticos, por ejemplo, en sistemas de almacenamiento de información como audio y vídeo cassetes, en estudios de radiodifusión, disquetes, cintas de computación y discos duros o blandos de ordenadores.
En dicha aplicación es extremadamente importante el tamaño de partícula para asegurar buenas propiedades magnéticas. El nivel de ruido en cintas magnéticas disminuye al disminuir el tamaño de partícula.
También es importante su resistencia a la fricción, pues los disquetes tienen una capa magnética donde se encuentran las partículas de maghemita, y su tiempo de uso útil depende de la capacidad de dicha capa de soportar la fricción.
Se han preparado compuestos poliméricos magnéticos con nanopartículas de γ-Fe2O3, para emplearlos en dispositivos de interferencia electromagnética y absorción de microondas.
Los pigmentos basados en óxidos de hierro (III) sintéticos que se han producido a partir de materiales de partida puros se consideran no-tóxicos.
Por esta razón pueden emplearse como colorantes de productos alimenticios, farmacéuticos y cosméticos.
Los óxidos de hierro (III) se utilizan como catalizadores o base de catalizadores en diversos procesos químicos.
Junto con acetato de celulosa, se han probado como soporte de nanopartículas de metales para emplearlos como catalizadores en la degradación de compuestos orgánicos tóxicos que contaminan las aguas residuales.
Por su capacidad de absorber la luz del espectro visible, se han propuesto para la fotocatálisis en la fotodegradación de la contaminación orgánica.
Se ha estudiado a la hematita como sorbente en reacciones de captura de dióxido de carbono (CO2). Se investiga si esto serviría para ayudar a solucionar el problema de los efectos del calentamiento global producido por la concentración elevada de CO2 en la atmósfera.
– Por su capacidad adsorbente, el Fe2O3 se emplea en la fabricación de sensores de flúor u otros gases, y en detectores de humedad.
– Mezclado con otros óxidos se utiliza en la elaboración de cristales semiconductores.
– Se ha empleado como mejorador de las propiedades electroquímicas en baterías recargables de litio.
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