La ferrihidrita ( Fh ) es un mineral de oxihidróxido férrico hidratado muy extendido en la superficie de la Tierra, [6] [7] y un probable constituyente de materiales extraterrestres . [8] Se forma en varios tipos de entornos, desde sistemas de agua dulce hasta marinos, acuíferos hasta fuentes termales hidrotermales y escamas, suelos y áreas afectadas por la minería. Puede precipitarse directamente a partir de soluciones acuosas ricas en hierro oxigenado, o por bacterias, ya sea como resultado de una actividad metabólica o una sorción pasiva de hierro disuelto seguida de reacciones de nucleación . [9] La ferrihidrita también se encuentra en el núcleo de la proteína ferritina de muchos organismos vivos , con el propósito de almacenamiento intracelular de hierro. [10] [11]
La ferrihidrita solo existe como un nanomaterial de grano fino y altamente defectuoso . El patrón de difracción de rayos X en polvo de Fh contiene dos bandas de dispersión en su estado más desordenado y un máximo de seis líneas fuertes en su estado más cristalino. La principal diferencia entre estos dos miembros finales de difracción, comúnmente llamados ferrihidritas de dos líneas y de seis líneas, es el tamaño de los cristalitos constitutivos. [12] [13] La forma de seis líneas ha sido clasificada como mineral por la IMA en 1973 [14] con la fórmula química nominal 5 Fe
2Oh
3·9 horas
2O . [15] Otras fórmulas propuestas son Fe
5Ahi
8·4 horas
2O [16] y Fe
2Oh
3·2FeO (OH) ·2,6 H
2O . [17] Sin embargo, su fórmula es fundamentalmente indeterminada ya que su contenido de agua es variable. La forma de dos líneas también se denomina óxidos férricos hidratados (HFO).
Debido a la naturaleza nanoparticulada de la ferrihidrita, la estructura ha permanecido esquiva durante muchos años y sigue siendo motivo de controversia. [18] [19] [20] Drits et al. , utilizando datos de difracción de rayos X, [12] propusieron en 1993 un modelo de estructura multifásica para la ferrihidrita de seis líneas con tres componentes: (1) cristalitos libres de defectos (fase f) con apilamiento doblemente hexagonal de capas de oxígeno e hidroxilo (secuencia ABAC) y ocupaciones octaédricas desordenadas de Fe, (2) cristalitos defectuosos (fase d) con una estructura similar a la feroxihita de corto alcance (δ-FeOOH), y (3) hematita ultradispersa subordinada (α-Fe2O3 ) . El modelo de difracción se confirmó en 2002 mediante difracción de neutrones , [21] y los tres componentes se observaron mediante microscopía electrónica de transmisión de alta resolución . [22] [23] [24] Michel et al. [26] [27] propusieron un modelo de fase única tanto para la ferrihidrita como para la hidromaghemita [ 25 ] en 2007-2010, basado en el análisis de la función de distribución de pares (PDF) de los datos de dispersión total de rayos X. El modelo estructural, isoestructural con el mineral akdalaíta (Al 10 O 14 (OH) 2 ), contiene un 20 % de hierro coordinado tetraédricamente y un 80 % de hierro coordinado octaédricamente. Manceau et al. demostraron en 2014 [28] que el modelo de Drits et al. [12] reproduce los datos de la PDF así como el modelo de Michel et al. [26] , y sugirió en 2019 [20] que la coordinación tetraédrica surge de las impurezas de maghemita y magnetita observadas mediante microscopía electrónica. [23] [29] [30]
Debido al pequeño tamaño de los nanocristales individuales, Fh es nanoporoso produciendo grandes áreas superficiales de varios cientos de metros cuadrados por gramo. [31] Además de tener una alta relación área superficial a volumen, Fh también tiene una alta densidad de defectos locales o puntuales , como enlaces colgantes y vacantes. Estas propiedades confieren una alta capacidad para adsorber muchas especies químicas ambientalmente importantes, incluyendo arsénico , plomo , fosfato y moléculas orgánicas ( por ejemplo , ácidos húmicos y fúlvicos ). [32] [33] [ 34] [35] Su fuerte y extensa interacción con metales traza y metaloides se utiliza en la industria, a gran escala en plantas de purificación de agua , como en el norte de Alemania y para producir agua de la ciudad de Hiroshima , y a pequeña escala para limpiar aguas residuales y aguas subterráneas , por ejemplo para eliminar arsénico de efluentes industriales y agua potable . [36] [37] [38] [39] [40] Su nanoporosidad y alta afinidad por el oro se pueden utilizar para elaborar partículas de Au de tamaño nanométrico soportadas en Fh para la oxidación catalítica de CO a temperaturas inferiores a 0 °C. [41] Las nanopartículas de ferrihidrita de seis líneas dispersas se pueden atrapar en un estado vesicular para aumentar su estabilidad. [42]
La ferrihidrita es un mineral metaestable . Se sabe que es un precursor de minerales más cristalinos como la hematita y la goethita [43] [44] [45] [46] por crecimiento de cristales basado en agregación . [47] [48] Sin embargo, su transformación en sistemas naturales generalmente está bloqueada por impurezas químicas adsorbidas en su superficie, por ejemplo sílice , ya que la mayoría de las ferrihidritas naturales son silíceas . [49]
En condiciones reductoras como las que se encuentran en los suelos gley , o en ambientes profundos empobrecidos en oxígeno, y a menudo con la ayuda de la actividad microbiana, la ferrihidrita se puede transformar en óxido verde , un hidróxido doble estratificado (LDH), también conocido como el mineral fougerita . Sin embargo, una breve exposición del óxido verde al oxígeno atmosférico es suficiente para oxidarlo nuevamente a ferrihidrita, lo que lo convierte en un compuesto muy difícil de encontrar.
Los oxihidróxidos de hierro mejor cristalizados y menos hidratados son, entre otros:
![Imagen de fluorescencia de rayos X tricolor (RGB) de la distribución de As (rojo), Fe (verde) y Mn (azul) en granos de cuarzo recubiertos de un lecho de arena para tratamiento de agua[39]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/49/Qtz_coating_rAsgFebMn.jpg/1280px-Qtz_coating_rAsgFebMn.jpg)