El óxido de hierro (III) u óxido férrico es el compuesto inorgánico de fórmula Fe 2 O 3 . Es uno de los tres principales óxidos de hierro , siendo los otros dos el óxido de hierro (II) (FeO), que es poco común; y óxido de hierro (II, III) (Fe 3 O 4 ), que también se encuentra naturalmente como mineral magnetita . Al igual que el mineral conocido como hematita , el Fe 2 O 3 es la principal fuente de hierro para la industria siderúrgica. El Fe 2 O 3 es fácilmente atacado por los ácidos. El óxido de hierro (III) a menudo se denomina óxido , ya que el óxido comparte varias propiedades y tiene una composición similar; sin embargo, en química, el óxido se considera un material mal definido, descrito como óxido férrico hidratado. [10]
El Fe 2 O 3 se puede obtener en varios polimorfos . En el polimorfo primario, α, el hierro adopta una geometría de coordinación octaédrica. Es decir, cada centro de Fe está unido a seis ligandos de oxígeno . En el polimorfo γ, parte del Fe se asienta en sitios tetraédricos, con cuatro ligandos de oxígeno.
El α-Fe 2 O 3 tiene estructura romboédrica de corindón (α-Al 2 O 3 ) y es la forma más común. Se produce naturalmente como el mineral hematita , que se extrae como principal mineral de hierro. Es antiferromagnético por debajo de ~260 K ( temperatura de transición de Morin ) y exhibe ferromagnetismo débil entre 260 K y la temperatura de Néel , 950 K. [11] Es fácil de preparar mediante descomposición térmica y precipitación en fase líquida. Sus propiedades magnéticas dependen de muchos factores, por ejemplo, presión, tamaño de partícula e intensidad del campo magnético.
γ-Fe 2 O 3 tiene una estructura cúbica . Es metaestable y se convierte desde la fase alfa a altas temperaturas. Se produce naturalmente como el mineral maghemita . Es ferromagnético y encuentra aplicación en cintas de grabación, [12] aunque las partículas ultrafinas de menos de 10 nanómetros son superparamagnéticas . Puede prepararse mediante deshidratación térmica de óxido-hidróxido de hierro (III) gamma . Otro método implica la oxidación cuidadosa del óxido de hierro (II, III) (Fe 3 O 4 ). [12] Las partículas ultrafinas se pueden preparar mediante descomposición térmica de oxalato de hierro (III) .
Se han identificado o reclamado varias otras fases. La fase β es cúbica centrada en el cuerpo (grupo espacial Ia3), metaestable y, a temperaturas superiores a 500 °C (930 °F), se convierte en fase alfa. Puede prepararse mediante reducción de hematita por carbono, [ se necesita aclaración ] pirólisis de una solución de cloruro de hierro (III) o descomposición térmica de sulfato de hierro (III) . [13]
La fase épsilon (ε) es rómbica y muestra propiedades intermedias entre alfa y gamma, y puede tener propiedades magnéticas útiles aplicables para fines como medios de grabación de alta densidad para almacenamiento de grandes datos . [14] La preparación de la fase épsilon pura ha demostrado ser un gran desafío. Se puede preparar material con una alta proporción de fase épsilon mediante transformación térmica de la fase gamma. La fase épsilon también es metaestable y se transforma en fase alfa entre 500 y 750 °C (930 y 1380 °F). También se puede preparar mediante oxidación del hierro en un arco eléctrico o mediante precipitación sol-gel a partir de nitrato de hierro (III) . [ cita necesaria ] La investigación ha revelado óxido de hierro épsilon (III) en los antiguos esmaltes cerámicos chinos Jian , lo que puede proporcionar información sobre formas de producir esa forma en el laboratorio. [15] [ se necesita fuente no primaria ]
Además, a alta presión se reivindica una forma amorfa . [5] [ se necesita fuente no primaria ]
Se espera que el Fe 2 O 3 fundido tenga un número de coordinación cercano a 5 átomos de oxígeno alrededor de cada átomo de hierro, según mediciones de gotas de óxido de hierro líquido sobreenfriadas ligeramente deficientes en oxígeno, donde el sobreenfriamiento evita la necesidad de altas presiones de oxígeno requeridas por encima del punto de fusión. punto para mantener la estequiometría. [dieciséis]
Existen varios hidratos de óxido de hierro (III). Cuando se añade álcali a soluciones de sales solubles de Fe (III), se forma un precipitado gelatinoso de color marrón rojizo. Esto no es Fe(OH) 3 , sino Fe2O3 ·H2O ( también escrito como Fe(O)OH). También existen varias formas de óxido hidratado de Fe (III). La lepidocrocita roja (γ-Fe(O)OH) se encuentra en el exterior de los rusticles , y la goethita naranja (α-Fe(O)OH) se encuentra internamente en los rusticles. Cuando el Fe 2 O 3 ·H 2 O se calienta, pierde su agua de hidratación. Un calentamiento adicional a 1670 Kelvin convierte el Fe 2 O 3 en Fe 3 O 4 negro (Fe II Fe III 2 O 4 ), que se conoce como mineral magnetita . Fe(O)OH es soluble en ácidos, dando [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ . En álcali acuoso concentrado, Fe 2 O 3 da [Fe(OH) 6 ] 3− . [12]
La reacción más importante es su reducción carbotérmica , que da como resultado el hierro utilizado en la siderurgia:
Otra reacción redox es la reacción extremadamente exotérmica de la termita con aluminio . [17]
Este proceso se utiliza para soldar metales gruesos, como rieles de vías de tren, mediante el uso de un recipiente de cerámica para canalizar el hierro fundido entre dos secciones de riel. La termita también se utiliza en armas y en la fabricación de esculturas y herramientas de hierro fundido a pequeña escala.
La reducción parcial con hidrógeno a unos 400 °C produce magnetita, un material magnético negro que contiene tanto Fe(III) como Fe(II): [18]
El óxido de hierro (III) es insoluble en agua pero se disuelve fácilmente en ácidos fuertes, por ejemplo, ácidos clorhídrico y sulfúrico . También se disuelve bien en soluciones de agentes quelantes como EDTA y ácido oxálico .
Calentar óxidos de hierro (III) con otros óxidos o carbonatos metálicos produce materiales conocidos como ferratos (ferrato (III)): [18]
El óxido de hierro (III) es un producto de la oxidación del hierro. Puede prepararse en el laboratorio electrolizando una solución de bicarbonato de sodio , un electrolito inerte, con un ánodo de hierro:
El óxido de hierro (III) hidratado resultante, escrito aquí como FeO(OH), se deshidrata alrededor de 200 °C. [18] [19]
La aplicación abrumadora del óxido de hierro (III) es como materia prima de las industrias del acero y el hierro, por ejemplo, en la producción de hierro , acero y muchas aleaciones. [19]
Un polvo muy fino de óxido férrico se conoce como "colorete de joyero", "colorete rojo" o simplemente colorete. Se utiliza para dar el brillo final a joyas y lentes metálicas , e históricamente como cosmético . Rouge corta más lentamente que algunos pulimentos modernos, como el óxido de cerio (IV) , pero todavía se utiliza en la fabricación de óptica y en joyerías por el acabado superior que puede producir. Al pulir el oro, el colorete mancha ligeramente el oro, lo que contribuye a la apariencia de la pieza terminada. El colorete se vende en forma de polvo, pasta, aplicado sobre paños para pulir o en barra sólida (con un aglutinante de cera o grasa ). Otros compuestos de pulido también suelen denominarse "rouge", incluso cuando no contienen óxido de hierro. Los joyeros eliminan el colorete residual de las joyas mediante el uso de limpieza ultrasónica . Los productos que se venden como " compuestos para asentar " a menudo se aplican a un asa de cuero para ayudar a obtener un filo en cuchillos, navajas de afeitar o cualquier otra herramienta con filo.
El óxido de hierro (III) también se utiliza como pigmento , con los nombres "Pigment Brown 6", "Pigment Brown 7" y "Pigment Red 101". [20] Algunos de ellos, por ejemplo, el pigmento rojo 101 y el pigmento marrón 6, están aprobados por la Administración de Medicamentos y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) para su uso en cosméticos. Los óxidos de hierro se utilizan como pigmentos en composites dentales junto con los óxidos de titanio. [21]
La hematita es el componente característico del color de pintura sueco Falu rojo .
El óxido de hierro (III) era la partícula magnética más común utilizada en todo tipo de medios de almacenamiento y grabación magnéticos , incluidos los discos magnéticos (para almacenamiento de datos) y la cinta magnética (utilizada para grabación de audio y vídeo, así como para almacenamiento de datos). Su uso en discos de computadora fue reemplazado por la aleación de cobalto, lo que permitió películas magnéticas más delgadas con mayor densidad de almacenamiento. [22]
El α-Fe 2 O 3 se ha estudiado como fotoánodo para la oxidación del agua solar. [23] Sin embargo, su eficacia está limitada por una longitud de difusión corta (2–4 nm) de los portadores de carga fotoexcitados [24] y la posterior recombinación rápida , lo que requiere un gran sobrepotencial para impulsar la reacción. [25] La investigación se ha centrado en mejorar el rendimiento de oxidación del agua del Fe 2 O 3 mediante nanoestructuración, [23] funcionalización de la superficie, [26] o empleando fases cristalinas alternativas como β-Fe 2 O 3 . [27]
La loción de calamina , utilizada para tratar el picor leve , se compone principalmente de una combinación de óxido de zinc , que actúa como astringente , y aproximadamente un 0,5% de óxido de hierro (III), el ingrediente activo del producto, que actúa como antipruriginoso . El color rojo del óxido de hierro (III) también es el principal responsable del color rosado de la loción.
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