Hierro (III)

El óxido férrico, comúnmente, aunque no precisamente, llamado óxido.

En química, hierro(III) se refiere al elemento hierro en su estado de oxidación +3. En los compuestos iónicos (sales), dicho átomo puede presentarse como un catión separado (ion positivo) indicado por Fe³⁺.

El adjetivo férrico o el prefijo ferri se utilizan a menudo para especificar tales compuestos, como en "cloruro férrico" para cloruro de hierro (III), FeCl₃. El adjetivo "ferroso" se usa en cambio para sales de hierro (II), que contienen el catión Fe²⁺. La palabra férrico se deriva de la palabra latina ferrum para hierro.

Los centros metálicos de hierro (III) también se encuentran en complejos de coordinación, como en el anión ferrioxalato, [Fe(C₂O₄)₃]³⁻, donde tres iones de oxalato bidentados rodean el centro de metal; o, en compuestos organometálicos, como el catión ferrocenio [Fe(C₂H₅)₂]⁺, donde dos aniones de ciclopentadienilo están unidos al Fe centro ^III.

El hierro casi siempre se encuentra en los estados de oxidación 0 (como en el metal), +2 o +3. El hierro (III) suele ser la forma más estable en el aire, como lo ilustra la omnipresencia del óxido, un material insoluble que contiene hierro (III).

Hierro(III) y Vida

Casi todas las formas de vida conocidas, en particular la vida compleja, requieren hierro. Muchas proteínas de los seres vivos contienen iones de hierro (III) unidos; son una subclase importante de las metaloproteínas. Los ejemplos incluyen la oxihemoglobina, la ferredoxina y los citocromos.

Casi todos los organismos vivos, desde las bacterias hasta los humanos, almacenan hierro en forma de cristales microscópicos (de 3 a 8 nm de diámetro) de hidróxido de óxido de hierro (III), dentro de una capa de la proteína ferritina, de la que se puede recuperar según sea necesario..

La insuficiencia de hierro en la dieta humana provoca anemia. Los animales y los humanos pueden obtener el hierro necesario de los 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 un ambiente aeróbico (oxigenado), especialmente en suelos calcáreos. Las bacterias y los pastos pueden prosperar en tales entornos al secretar compuestos llamados sideróforos que forman complejos solubles con hierro (III), que pueden ser reabsorbidos por la célula. (En cambio, las otras plantas fomentan el crecimiento alrededor de sus raíces de ciertas bacterias que reducen el hierro (III) a hierro (II) más soluble).

La formación de compuestos insolubles 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.

Pourbaix diagrama de hierro acuoso

La insolubilidad de los compuestos de hierro (III) se puede aprovechar para remediar la eutrofización (crecimiento excesivo de algas) en lagos contaminados por un exceso de fosfatos solubles provenientes de la escorrentía agrícola. El hierro (III) se combina con los fosfatos para formar fosfato de hierro (III) insoluble, lo que reduce la biodisponibilidad del fósforo, otro elemento esencial que también puede ser un nutriente limitante.

Química del hierro(III)

Algunas sales de hierro (III), como el cloruro FeCl₃, sulfato Fe₂(SO₄)₃, y nitrato Fe(NO₃)₃ son solubles en agua. Sin embargo, otros compuestos como el óxido Fe₂O₃ (hematita) y el óxido-hidróxido de hierro (III) FeO(OH) son extremadamente insolubles, al menos a pH neutro, debido a su estructura polimérica. Por lo tanto, esas sales solubles de hierro (III) tienden a hidrolizarse cuando se disuelven en agua pura, produciendo hidróxido de hierro (III) Fe(OH)₃ que se convierte inmediatamente en óxido-hidróxido polimérico a través del proceso llamado olación y precipita fuera de la solución. Esa reacción libera iones de hidrógeno H⁺ a la solución, bajando el pH, hasta que se alcanza un equilibrio.

Fe³⁺ + 2 H₂O ⇌ FeO(OH) + 3 H⁺

Como resultado, las soluciones concentradas de sales de hierro (III) son bastante ácidas. La fácil reducción de hierro (III) a hierro (II) permite que las sales de hierro (III) funcionen también como oxidantes. Las soluciones de cloruro de hierro (III) se utilizan para grabar láminas de plástico recubiertas de cobre en la producción de placas de circuito impreso.

Este comportamiento de las sales de hierro(III) contrasta con las sales de cationes cuyos hidróxidos son más solubles, como el cloruro de sodio NaCl (sal de mesa), que se disuelve en agua sin que se note hidrólisis y sin bajar el pH.

El óxido es una mezcla de óxido de hierro (III) e hidróxido de óxido que generalmente se forma cuando el metal de hierro se expone al aire húmedo. A diferencia de las capas pasivantes de óxido que están formadas por 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 oxidarán por completo.

Complejos

El hierro (III) es un centro d⁵, lo que significa que el metal tiene cinco "valencia" electrones en la capa orbital 3d. Estos orbitales d parcialmente llenos o vacíos pueden aceptar una gran variedad de ligandos para formar complejos de coordinación. El número y tipo de ligandos se describe mediante la teoría del campo de ligandos. Por lo general, los iones férricos están rodeados por seis ligandos dispuestos en octaedro; pero a veces se observan tres ya veces hasta siete ligandos.

Varios compuestos quelantes hacen que el óxido-hidróxido de hierro (como el óxido) se disuelva incluso a pH neutro, formando complejos solubles con el ion hierro (III) que son más estables que él. Estos ligandos incluyen EDTA, que a menudo se usa para disolver los depósitos de hierro o se agrega a los fertilizantes para que el hierro del suelo esté disponible para las plantas. El citrato también solubiliza el ion férrico a pH neutro, aunque sus complejos son menos estables que los del EDTA.

Magnetismo

El magnetismo de los compuestos férricos está determinado principalmente por los cinco electrones d y los ligandos que se conectan a esos orbitales.

Análisis

En el análisis inorgánico cualitativo, la presencia de iones férricos puede detectarse por la formación de su complejo de tiocianato. La adición de sales de tiocianato a la solución da el complejo 1:1 de color rojo intenso. La reacción es un experimento escolar clásico para demostrar el principio de Le Chatelier:

[Fe(H)₂O)₆]³⁺ + SCN⁻ [Fe(SCN)(H)₂O)₅]²⁺ + H₂O