La ferrihidrita ( Fh ) es un mineral de oxihidróxido férrico hidratado muy extendido en la superficie de la Tierra, [6] [7] y un componente probable de materiales extraterrestres . [8] Se forma en varios tipos de ambientes, desde agua dulce hasta sistemas marinos, desde acuíferos hasta manantiales y escamas hidrotermales , 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 de 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 fin de almacenar hierro intracelular. [10] [11]
La ferrihidrita sólo existe como un nanomaterial de grano fino y muy 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 denominados ferrihidritas de dos y 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
5HO
8· 4H
2O [16] y Fe
2oh
3·2 FeO(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 llama óxidos férricos hidratados (HFO).
Debido a la naturaleza nanoparticulada de la ferrihidrita, la estructura ha sido esquiva durante muchos años y sigue siendo motivo de controversia. [18] [19] [20] Drits et al. , utilizando datos de difracción de rayos X, [12] propuso en 1993 un modelo de estructura multifásica para ferrihidrita de seis líneas con tres componentes: (1) cristalitos libres de defectos (fase f) con apilamiento doble hexagonal de capas de oxígeno e hidroxilo ( secuencia ABAC) y ocupaciones de Fe octaédricas desordenadas , (2) cristalitos defectuosos (fase d) con una estructura similar a la feroxihita de corto alcance (δ-FeOOH) y (3) hematita ultradispersa subordinada (α-Fe 2 O 3 ). El modelo de difracción fue confirmado 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. han propuesto un modelo monofásico tanto para ferrihidrita como para hidromaghemita [25] . , [26] [27] 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 akdalaita (Al 10 O 14 (OH) 2 ), contiene un 20% de hierro coordinado tetraédricamente y un 80% octaédricamente. Manceau et al. demostró en 2014 [28] que Drits et al. [12] reproduce los datos PDF así como el modelo de Michel et al. [26] , y sugirió en 2019 [20] que la coordinación tetraédrica surge de impurezas de maghemita y magnetita observadas por microscopía electrónica. [23] [29] [30]
Debido al pequeño tamaño de los nanocristales individuales , el Fh es nanoporoso y produce grandes superficies de varios cientos de metros cuadrados por gramo. [31] Además de tener una alta relación superficie-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 importantes para el medio ambiente, incluidos arsénico , plomo , fosfato y moléculas orgánicas ( p. ej. , ácidos húmicos y fúlvicos ). [32] [33] [34] [35] Su fuerte y extensa interacción con trazas de metales 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 subterráneas , por ejemplo para eliminar el arsénico de los efluentes industriales y del agua potable . [36] [37] [38] [39] [40] Su nanoporosidad y alta afinidad por el oro se pueden utilizar para elaborar partículas de Au nanométricas soportadas por Fh para la oxidación catalítica de CO a temperaturas inferiores a 0 °C. [41] Las nanopartículas de ferrihidrita de seis líneas dispersas pueden quedar atrapadas 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] mediante el 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 suelos gley , o en ambientes profundos sin oxígeno, y a menudo con la ayuda de actividad microbiana, la ferrihidrita puede transformarse en óxido verde , un hidróxido doble en capas (LDH), también conocido como 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 alcanzar.
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)