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En química , el término hierro(III) o férrico se refiere al elemento hierro en su estado de oxidación +3 . El cloruro férrico es un nombre alternativo para el cloruro de hierro(III) ( FeCl3 ) . El adjetivo ferroso se utiliza en cambio para las sales de hierro(II) , que contienen el catión Fe2 + . La palabra férrico se deriva del latín ferrum , que significa "hierro".
Aunque a menudo se abrevia como Fe 3+ , ese ion desnudo no existe excepto en condiciones extremas. Los centros de hierro (III) se encuentran en muchos compuestos y complejos de coordinación , donde Fe (III) está unido a varios ligandos. Un complejo férrico molecular es el anión ferrioxalato , [Fe(C 2 O 4 ) 3 ] 3− , con tres iones oxalato bidentados que rodean el núcleo de Fe. En relación con los estados de oxidación más bajos, el férrico es menos común en la química del organohierro , pero el catión ferrocenio [Fe(C 2 H 5 ) 2 ] + es bien conocido.
Todas las formas de vida conocidas requieren hierro, que suele existir en estados de oxidación Fe(II) o Fe(III). [1] Muchas proteínas de los seres vivos contienen centros de hierro(III). Ejemplos de dichas metaloproteínas son la oxihemoglobina , la ferredoxina y los citocromos . Muchos organismos, desde las bacterias hasta los humanos, almacenan el hierro en forma de cristales microscópicos (de 3 a 8 nm de diámetro) de óxido de hierro(III) hidróxido , dentro de una capa de la proteína ferritina , de la que se puede recuperar según sea necesario. [2]
La falta de hierro en la dieta humana provoca anemia . Los animales y los seres humanos pueden obtener el hierro necesario de alimentos que lo contienen en forma asimilable, como la carne. Otros organismos deben obtener su hierro del medio ambiente. Sin embargo, el hierro tiende a formar óxidos/hidróxidos de hierro(III) altamente insolubles en ambientes aeróbicos ( oxigenados ), especialmente en suelos calcáreos . Las bacterias y las hierbas pueden prosperar en tales ambientes mediante la secreción de compuestos llamados sideróforos que forman complejos solubles con el hierro(III), que pueden ser reabsorbidos en la célula. (Las otras plantas, en cambio, fomentan el crecimiento alrededor de sus raíces de ciertas bacterias que reducen el hierro(III) al hierro(II) más soluble.) [3]
La insolubilidad de los compuestos de hierro (III) también es responsable de los bajos niveles de hierro en el agua de mar, que a menudo es el factor limitante para el crecimiento de las plantas microscópicas ( fitoplancton ) que son la base de la red alimentaria marina. [4]
Las sales de hierro (III) típicas, como el " cloruro ", son complejos acuosos con las fórmulas [Fe(H 2 O) 5 Cl] 2+ , [Fe(H 2 O) 4 Cl 2 ] + y [Fe( H 2 O) 3 Cl 3 ] . El nitrato de hierro (III) se disuelve en agua para dar iones [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ . En estos complejos, los protones son ácidos. Finalmente, estas soluciones se hidrolizan produciendo hidróxido de hierro (III) Fe(OH) 3 que luego se convierte en óxido-hidróxido polimérico a través del proceso llamado olación . Estos hidróxidos precipitan de la solución como sólidos. Esa reacción libera iones de hidrógeno H + que reducen el pH de sus soluciones. Los equilibrios son elaborados: [5]
Varios compuestos quelantes impiden la polimerización. Estos mismos ligandos pueden incluso disolver óxidos e hidróxidos de hierro (III). Uno de estos ligandos es el EDTA , que se utiliza a menudo para disolver depósitos de hierro o se añade a fertilizantes para que el hierro del suelo esté disponible (soluble) para las plantas. El citrato también solubiliza el ion férrico a pH neutro, aunque sus complejos son menos estables que los del EDTA. Muchos ligandos quelantes (los sideróforos ) se producen de forma natural para disolver óxidos de hierro (III).
Los ligandos acuosos de los complejos de hierro(III) son lábiles. Este comportamiento se visualiza por el cambio de color que se produce por la reacción con tiocianato:
Mientras que [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ es casi incoloro, [Fe(SCN)(H 2 O) 5 ] 2+ es de color rojo intenso.
Mientras que los complejos acuosos de hierro(III) tienden a convertirse en oxihidróxidos poliméricos, los complejos de hierro(III) con otros ligandos forman soluciones estables. El complejo con 1,10-fenantrolinabipiridina es soluble y puede soportar la reducción a su derivado de hierro(II):
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El hierro (III) se encuentra en muchos minerales y sólidos, por ejemplo, el óxido Fe2O3 (hematita) y el óxido-hidróxido de hierro (III) FeO(OH) son extremadamente insolubles, lo que refleja su estructura polimérica . El óxido es una mezcla de óxido de hierro (III) y óxido-hidróxido que generalmente se forma cuando el metal de hierro se expone al aire húmedo . A diferencia de las capas de óxido pasivantes que se forman con otros metales, como el cromo y el aluminio , el óxido se desprende porque es más voluminoso que el metal que lo formó. Por lo tanto, los objetos de hierro desprotegidos con el tiempo se convertirán completamente en óxido.
El hierro (III) es un centro ad 5 , lo que significa que el metal tiene cinco electrones de "valencia" en la capa orbital 3d. La cantidad y el tipo de ligandos unidos al hierro (III) determinan cómo se organizan estos electrones. Con los llamados "ligandos de campo fuerte", como el cianuro , los cinco electrones se aparean lo mejor que pueden. Por lo tanto, el ferricianuro ( [Fe(CN) 6 ] 3− tiene solo un electrón desapareado. Es de espín bajo. Con los llamados "ligandos de campo débil", como el agua , los cinco electrones están desapareados. Por lo tanto, el complejo acuoso ( [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ tiene solo cinco electrones desapareados. Es de espín alto. Con cloruro, el hierro (III) forma complejos tetraédricos, por ejemplo, ( [Fe(Cl) 4 ] − . Los complejos tetraédricos son de espín alto. El magnetismo de los complejos férricos puede mostrar cuándo son de espín alto o bajo.