Оксид железа

редактировать
Электрохимически окисленное железо (ржавчина)

Оксиды железа - это химические соединения, состоящие из железо и кислород. Известно шестнадцать оксидов железа и оксигидроксидов, наиболее известным из которых является ржавчина, форма оксида железа (III).

Оксиды и оксигидроксиды железа широко распространены в природе и играют важную роль во многих геологических и биологических процессах. Они используются в качестве железных руд, пигменты, катализаторы и в термит, и встречаются в гемоглобине. Оксиды железа - недорогие и долговечные пигменты красок, покрытий и цветных бетонов. Обычно доступные цвета находятся в «землистом» конце диапазона желтого / оранжевого / красного / коричневого / черного. При использовании в качестве пищевого красителя имеет номер E E172.

Содержание

  • 1 Оксиды
  • 2 Гидроксиды
  • 3 Термическое расширение
  • 4 Оксид-гидроксиды
  • 5 Микробное разложение
  • 6 Воздействие окружающей среды
    • 6.1 Замена метаногенеза восстановлением оксида железа
    • 6.2 Образование гидроксильных радикалов
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Оксиды

Пигмент оксида железа. Коричневый цвет указывает на то, что железо находится в степени окисления +3. Зеленые и красновато-коричневые пятна на образце керна известняка, соответственно, соответствуют оксидам / гидроксидам Fe и Fe.

Гидроксиды

Тепловое расширение

оксид железаКТР (× 10 ° C)
Fe2O314,9
Fe3O4>9,2
FeO12,1

Оксид-гидроксиды

  • гетит (α-FeOOH),
  • акаганеит (β-FeOOH),
  • лепидокрокит (γ-FeOOH),
  • фероксигит (δ-FeOOH),
  • ферригидрит (Fe 5 HO 8 ⋅ 4 H 2 O {\ displaystyle {\ ce {Fe5HO8).4H2O}}}{\ displaystyle {\ ce {Fe5HO8.4H2O}}} приблизительно), или 5 Fe 2 O 3 ⋅ 9 H 2 O {\ displaystyle {\ ce {5Fe2O3.9H2O}}}{\ displaystyle {\ ce {5Fe2O3.9H2O}}} , лучше преобразовать в FeOOH ⋅ 0,4 H 2 O {\ displaystyle {\ ce {FeOOH.}} 0,4 {\ ce {H2O}}}{\ displaystyle { \ ce {FeOOH.}} 0,4 {\ ce {H2O}}}
  • высокий FeOOH со структурой пирита под давлением. Как только начинается дегидратация, эта фаза может образовывать FeO 2 Hx (0 < x < 1) {\displaystyle {\ce {FeO2Hx (0{\ displaystyle {\ ce {FeO2Hx (0 <x <1)}}} .
  • швертманнит (в идеале Fe 8 O 8 (OH) 6 (SO) ⋅ n H 2 О {\ Displaystyle {\ ce {Fe8O8 (OH) 6 (SO). {\ Mathit {n}} H2O}}}{\ displaystyle { \ ce {Fe8O8 (OH) 6 (SO). {\ mathit {n}} H2O}}} или Fe 16 3 + O 16 (OH, SO 4) 12-13 ⋅ 10-12 H 2 O {\ displaystyle {\ ce {Fe ^ {3+} 16O16 (OH, SO4)}} _ {\ text {12-13}} \ cdot {\ text {10-12 }} {\ ce {H2O}}}{\ displaystyle {\ ce {Fe ^ {3+} 16O16 (OH, SO4)}} _ {\ text {12-13}} \ cdot {\ text {10-12}} {\ ce {H2O}}} )
  • зеленая ржавчина (Fe x III Fe y II (OH) 3 x + 2 y - z (A -) z {\ displaystyle {\ ce { Fe _ {\ mathit {x}} ^ {III} Fe _ {\ mathit {y}} ^ {II} (OH)}} _ {3x + 2y-z} {\ ce {(A ^ {-})}} _ {z}}{\ displaystyle {\ ce {Fe _ {\ mathit {x}} ^ {III} Fe _ {\ mathit {y}} ^ {II} (ОН)}} _ {3x + 2y-z} {\ c е {(A ^ {-})}} _ {z}} где A - Cl или 0,5SO 4)

Микробная деградация

Несколько видов бактерий, включая Shewanella oneidensis, Geobacterulfurreducens и Geobacter Metallireducens, метаболически использовать твердые оксиды железа в качестве концевых акцепторов электронов, восстанавливая оксиды Fe (III) до оксидов, содержащих Fe (II).

Воздействие на окружающую среду

Замена метаногенеза восстановлением оксида железа

В условиях, благоприятствующих восстановлению железа, процесс процессы восстановления оксида железа могут заменить не менее 80% производства метана, происходящего в метаногенезе. Это явление происходит в азотсодержащей (N 2) среде с низкими концентрациями сульфатов. Метаногенез, управляемый архейским процессом, обычно является преобладающей формой углеродной минерализации в отложениях на дне океана. Метаногенез завершает разложение органического вещества до метана (CH 4). Конкретный донор электронов для восстановления оксида железа в этой ситуации все еще обсуждается, но два потенциальных кандидата включают либо титан (III), либо соединения, присутствующие в дрожжах. Прогнозируемые реакции с титаном (III), выступающим в качестве донора электронов, и феназин-1-карбоксилатом (PCA), выступающим в качестве электронного челнока, следующие:

Ti (III) -cit + CO 2 + 8H → CH 4 + 2H 2 O + Ti (IV) + cit ΔE = –240 + 300 мВ
Ti (III) -cit + PCA (окисленный) → PCA (восстановленный) + Ti (IV) + cit ΔE = –116 + 300 мВ
PCA (восстановленный) + Fe (OH) 3 → Fe + PCA (окисленный) ΔE = –50 + 116 мВ

Титан (III) окисляется до титана (IV), а PCA восстанавливается. Восстановленная форма PCA может затем восстанавливать гидроксид железа (Fe (OH) 3).

Образование гидроксильных радикалов

С другой стороны, было показано, что в воздухе оксиды железа повреждают ткани легких живых организмов за счет образования гидроксильных радикалов, что приводит к образованию алкильных радикалов. Следующие реакции происходят, когда Fe 2O3и FeO, в дальнейшем обозначаемые как Fe и Fe, соответственно, частицы оксида железа накапливаются в легких.

O 2+ e → O 2

Катализируется образование супероксид-аниона (O 2) трансмембранным ферментом НАДФН-оксидазой. Фермент облегчает перенос электрона через плазматическую мембрану от цитозольного НАДФН к внеклеточному кислороду (O 2) с образованием O 2. НАДФН и FAD, которые связаны с цитоплазматическим связыванием. сайтов на ферменте. Два электрона от НАДФН транспортируются в ФАД, который восстанавливает его до ФАДН 2. Затем один электрон перемещается к одной из двух гемовых групп фермента в плоскости мембраны. Второй электрон подталкивает первый электрон ко второй группе гема, чтобы он мог связываться с первой группой гема. Чтобы перенос произошел, второй гем должен быть связан с внеклеточным кислородом, который является акцептором электрона. Этот фермент также может располагаться внутри мембран внутриклеточных органелл, позволяя формированию O 2происходить внутри органелл.

2O 2+ 2 H → H. 2O. 2+ O 2

Образование водорода пероксид (H. 2O. 2) может возникать спонтанно, когда среда имеет более низкий pH, особенно при pH 7,4. Фермент супероксиддисмутаза также может катализировать эту реакцию. После того, как H. 2O. 2синтезирован, он может диффундировать через мембраны, перемещаясь внутри и вне клетки из-за своей неполярной природы.

Fe + H. 2O. 2→ Fe + HO + OH
Fe + H 2O2→ Fe + O 2+ 2H
H2O2+ O 2→ HO + OH + O 2

Fe окисляется до Fe, когда он отдает электрон H 2O2, таким образом восстанавливая H 2O2и образуя гидроксильный радикал (HO) в процессе. Затем H 2O2может восстанавливать Fe до Fe, отдавая ему электрон для создания O 2. O 2, затем может быть использован для получения большего количества H 2O2с помощью процесса, показанного ранее для продолжения цикла, или он может реагировать с H 2O2с образованием большего количества гидроксильных радикалов. Было показано, что гидроксильные радикалы усиливают клеточный окислительный стресс и атакуют клеточные мембраны, а также клеточные геномы.

HO + RH → R + H 2O

Радикал HO, образующийся в результате вышеуказанных реакций с железом, может отщеплять атом водорода ( H) из молекул, содержащих связь RH, где R представляет собой группу, присоединенную к остальной части молекулы, в данном случае H, у углерода (C).

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с оксидами железа.
Последняя правка сделана 2021-05-24 07:01:13
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте