El hidruro de hierro (I) , denominado sistemáticamente hidruro de hierro y poli(hidruro de hierro), es un compuesto inorgánico sólido con la fórmula química (FeH)
norte(también escrito ([FeH])
norteo FeH). Es termodinámica y cinéticamente inestable frente a la descomposición a temperatura ambiente y, como tal, se sabe poco acerca de sus propiedades en masa.
El hidruro de hierro (I) es el hidruro de hierro polimérico más simple. Debido a su inestabilidad, no tiene usos industriales prácticos. Sin embargo, en la química metalúrgica , el hidruro de hierro (I) es fundamental para ciertas formas de aleaciones de hierro-hidrógeno .
El nombre sistemático hidruro de hierro , un nombre IUPAC válido , se construye de acuerdo con la nomenclatura compositiva. Sin embargo, como el nombre es de naturaleza compositiva, no distingue entre compuestos de la misma estequiometría, como especies moleculares, que exhiben propiedades químicas distintas. Los nombres sistemáticos poli(hidruro de hierro) y poli[ferrano(1)] , también nombres IUPAC válidos, se construyen de acuerdo con las nomenclaturas aditiva y sustitutiva deficiente en electrones, respectivamente. Distinguen al compuesto titular de los demás.
El hidrurohierro, también denominado sistemáticamente ferrano(1), es un compuesto relacionado con la fórmula química FeH (también escrito [FeH]). También es inestable a temperatura ambiente y tiene una tendencia adicional a autopolimerizarse, por lo que no se puede concentrar.
El hidruro de hierro es el hidruro de hierro molecular más simple. Además, puede considerarse como el monómero de hidruro de hierro (I). Se ha detectado de forma aislada solo en entornos extremos, como atrapado en gases nobles congelados , en la atmósfera de estrellas frías o como gas a temperaturas superiores al punto de ebullición del hierro. Se supone que tiene tres enlaces de valencia colgantes y, por lo tanto, es un radical libre ; su fórmula puede escribirse FeH 3• para enfatizar este hecho.
A temperaturas muy bajas (por debajo de 10 K ), el FeH puede formar un complejo con el hidrógeno molecular FeH·H 2 . [1]
El hidridoiron fue detectado por primera vez en el laboratorio por B. Kleman y L. Åkerlind en la década de 1950. [ cita requerida ]
Un solo electrón de otra especie atómica o molecular puede unirse al centro de hierro en el hidrurohierro por sustitución:
Debido a esta captura de un solo electrón, el hidrurohierro tiene carácter radical . El hidrurohierro es un radical fuerte.
Un par de electrones de una base de Lewis puede unirse al centro de hierro por aducción:
Debido a esta captura de un par de electrones aducidos , el hidruro de hierro tiene un carácter ácido de Lewis . Se debería esperar que el hidruro de hierro (I) tenga propiedades radicalarias significativamente reducidas, pero tiene propiedades ácidas similares; sin embargo, las velocidades de reacción y las constantes de equilibrio son diferentes.
En el hidruro de hierro (I), los átomos forman una red, en la que los átomos individuales están interconectados por enlaces covalentes . Dado que es un sólido polimérico, no se espera que una muestra monocristalina experimente transiciones de estado, como fusión y disolución, ya que esto requeriría la reorganización de los enlaces moleculares y, en consecuencia, cambiaría su identidad química. Se espera que las muestras cristalinas coloidales, en las que las fuerzas intermoleculares son relevantes, experimenten transiciones de estado.
El hidruro de hierro (I) adopta una estructura cristalina compacta de doble hexágono con el grupo espacial P6 3 /mmc, también denominado hidruro de hierro épsilon-prima en el contexto del sistema hierro-hidrógeno. Se prevé que presente polimorfismo, pasando a una temperatura inferior a −173 °C (−279 °F) a una estructura cristalina centrada en las caras con el grupo espacial Fm 3 m.
Se predice que FeH tendrá un cuarteto y un sexteto de estados fundamentales.
La molécula de FeH tiene al menos cuatro estados electrónicos de baja energía causados por el electrón no enlazante que toma posiciones en diferentes orbitales: X 4 Δ, a 6 Δ b 6 Π, [2] y c 6 Σ + . [3] Los estados de mayor energía se denominan B 4 Σ − , C 4 Φ, D 4 Σ + , E 4 Π y F 4 Δ. [4] Los niveles aún más altos se etiquetan como G 4 Π y H 4 Δ del sistema de cuarteto, y d 6 Σ − , e 6 Π, f 6 Δ y g 6 Φ. [2] En los estados de cuarteto, el número cuántico interno J toma los valores 1/2, 3/2, 5/2 y 7/2.
El FeH tiene una banda de absorción importante (llamada banda Wing-Ford ) en el infrarrojo cercano con un borde de banda a 989,652 nm y una absorción máxima a 991 nm. [5] También tiene líneas en azul de 470 a 502,5 nm y en verde de 520 a 540 nm. [6]
El pequeño desplazamiento isotópico del FeD deuterado en comparación con el FeH en esta longitud de onda muestra que la banda se debe a una transición (0,0) desde el estado fundamental , es decir, F 4 Δ—X 4 Δ. [7]
Existen varias otras bandas en cada parte del espectro debido a diferentes transiciones vibracionales. [8] La banda (1,0), también debida a las transiciones F 4 Δ—X 4 Δ, está alrededor de 869,0 nm y la banda (2,0) alrededor de 781,8 nm. [4]
Dentro de cada banda hay un gran número de líneas. Estas se deben a la transición entre diferentes estados rotacionales. Las líneas se agrupan en subbandas 4 Δ 7/2 — 4 Δ 7/2 (más fuerte) y 4 Δ 5/2 — 4 Δ 5/2 , 4 Δ 3/2 — 4 Δ 3/2 y 4 Δ 1/2 — 4 Δ 1/2 . Los números como 7/2 son valores para Ω el componente de espín. [8] Cada una de estas tiene dos ramas P y R, y algunas tienen una rama Q. Dentro de cada una hay lo que se llama división Λ que da como resultado líneas de energía más baja (designadas "a") y líneas de energía más alta (llamadas "b"). Para cada una de estas hay una serie de líneas espectrales dependientes de J, el número cuántico rotacional, comenzando desde 3,5 y subiendo en pasos de 1. Qué tan alto llega J depende de la temperatura. Además hay 12 ramas satélite 4 Δ 7/2 — 4 Δ 5/2 , 4 Δ 5/2 — 4 Δ 3/2 , 4 Δ 3/2 — 4 Δ 1/2 , 4 Δ 5/2 — 4 Δ 7/2 , 4 Δ 3/2 — 4 Δ 5/2 y 4 Δ 1/2 — 4 Δ 3/2 con derivaciones P y R. [5]
Algunas líneas son sensibles al campo magnético, como las de 994,813 y 995,825 nm. Se ensanchan por el efecto Zeeman , pero otras en la misma banda son insensibles a los campos magnéticos, como las de 994,911 y 995,677 nm. [9] Hay 222 líneas en el espectro de la banda (0-0). [10]
El hidruro de hierro es una de las pocas moléculas que se encuentran en el Sol. [11] En 1972 se informaron líneas de FeH en la parte azul-verde del espectro solar, incluidas muchas líneas de absorción en 1972. [6] Las umbras de las manchas solares también muestran la banda Wing-Ford de forma prominente. [8]
Las bandas de FeH (y otros hidruros de metales de transición y tierras alcalinas ) aparecen de forma destacada en los espectros de emisión de las enanas M y las enanas L , el tipo más caliente de enana marrón. En el caso de las enanas T más frías , las bandas de FeH no aparecen, [12] probablemente debido a que las nubes de hierro líquido bloquean la visión de la atmósfera y la eliminan de la fase gaseosa de la atmósfera. En el caso de las enanas marrones aún más frías (<1350 K), reaparecen las señales de FeH, lo que se explica por los huecos que presentan las nubes. [13]
La explicación del tipo de estrellas en las que aparece la banda de FeH Wing-Ford es que la temperatura ronda los 3000 K y la presión es suficiente para que se formen una gran cantidad de moléculas de FeH. Una vez que la temperatura alcanza los 4000 K, como en una enana K, la línea es más débil debido a que se disocian más moléculas. En las gigantes rojas M, la presión del gas es demasiado baja para que se forme FeH. [7]
Las galaxias elípticas y lenticulares también tienen una banda Wing-Ford observable, debido a que una gran cantidad de su luz proviene de enanas M. [ 8]
En 2021, se confirmó la presencia de rastros de FeH en la atmósfera del Júpiter caliente WASP-79b . [14]
Kleman y Åkerlind produjeron por primera vez FeH en el laboratorio calentando hierro a 2600 K en un horno tipo King bajo una fina atmósfera de hidrógeno.
El FeH molecular también se puede obtener (junto con FeH 2 y otras especies) vaporizando el hierro en una atmósfera de argón-hidrógeno y congelando el gas sobre una superficie sólida a unos 10 K (-263 °C ). El compuesto se puede detectar mediante espectroscopia infrarroja y aproximadamente la mitad desaparece cuando la muestra se calienta brevemente a 30 K. [15] Una técnica variante utiliza una atmósfera de hidrógeno puro condensado a 4 K. [1]
Este procedimiento también genera moléculas que se pensaba que eran FeH 3 (hidruro férrico) pero que luego se asignaron a una asociación de FeH e hidrógeno molecular H 2 . [16]
El FeH molecular se ha producido por la desintegración de 57 Co incrustado en hidrógeno sólido. La espectroscopia Mössbauer reveló un desplazamiento de isómero de 0,59 mm/s en comparación con el hierro metálico y una división cuadripolar de 2,4 mm/s. [17] El FeH también se puede producir por la interacción del vapor de pentacarbonilo de hierro y el hidrógeno atómico en una descarga de microondas. [18]