Óxido de hierro

Los óxidos de hierro son compuestos químicos compuestos de hierro y oxígeno. Hay dieciséis óxidos y oxihidróxidos de hierro conocidos, el más conocido de los cuales es el óxido, una forma de óxido de hierro (III).

Los óxidos y oxihidróxidos de hierro están muy extendidos en la naturaleza y juegan un papel importante en muchos procesos geológicos y biológicos. Se utilizan como minerales de hierro, pigmentos, catalizadores y en la termita, y se encuentran en la hemoglobina. Los óxidos de hierro son pigmentos económicos y duraderos en pinturas, revestimientos y hormigones coloreados. Los colores comúnmente disponibles están en el extremo "terroso" del rango amarillo/naranja/rojo/marrón/negro. Cuando se usa como colorante alimentario, tiene el número E E172.

Óxidos

• Oxido de Fe
  • FeO: óxido de hierro (II), wüstita
  • FeO ₂: peróxido de hierro
• Óxidos mixtos de Fe y Fe
  • Fe ₃ O ₄: Óxido de hierro(II,III), magnetita
  • Fe ₄ O ₅
  • Fe ₅ O ₆
  • Fe ₅ O ₇
  • Fe ₂₅ O ₃₂
  • Fe ₁₃ O ₁₉
• Oxido de Fe
  • Fe ₂ O ₃: óxido de hierro(III)
    • α-Fe ₂ O ₃: fase alfa, hematita
    • β-Fe ₂ O ₃: fase beta
    • γ-Fe ₂ O ₃: fase gamma, maghemita
    • ε-Fe ₂ O ₃: fase épsilon

Hidróxidos

• hidróxido de hierro (II) (Fe (OH) ₂)
• hidróxido de hierro (III) (Fe(OH) ₃), (bernalita)

Expansión térmica

Oxido de hierro	CET (× 10 °C)
Fe 2 O 3	14.9
Fe 3 O 4	>9.2
Fe O	12.1

Óxidos-hidróxidos

• goethita (α-FeOOH),
• akaganeita (β-FeOOH),
• lepidocrocita (γ-FeOOH),
• feroxihito (δ-FeOOH),
• ferrihidrita ({displaystyle {ce {Fe5HO8.4H2O}}}aprox.), o{displaystyle {ce {5Fe2O3.9H2O}}}, mejor refundido como{displaystyle {ce {FeOOH.}}0.4{ce {H2O}}}
• FeOOH estructurado con pirita de alta presión. Una vez que se desencadena la deshidratación, esta fase puede formar{displaystyle {ce {FeO2Hx (0<x<1)}}}<img src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e3e8efcb48ead5a3c2e33da244e13b4900aa9908" alt="{displaystyle {ce {FeO2Hx (0<x.
• schwertmanita (idealmente{displaystyle {ce {Fe8O8(OH)6(SO).{mathit {n}}H2O}}}o{displaystyle {ce {Fe^{3+}16O16(OH,SO4)}}_{text{12-13}}cdot {text{10-12}}{ce {H2O}}})
• óxido verde ({displaystyle {ce {Fe_{mathit {x}}^{III}Fe_{mathit {y}}^{II}(OH)}}_{3x+2y-z}{ce {(A ^{-})}}_{z}}donde A es Cl o 0.5SO ₄)

Degradación microbiana

Varias especies de bacterias, incluidas Shewanella oneidensis, Geobacter sulfurreducens y Geobacter metallireducens, utilizan metabólicamente óxidos de hierro sólidos como aceptor terminal de electrones, reduciendo los óxidos de Fe(III) a óxidos que contienen Fe(II).

Efectos ambientales

Reemplazo de metanogénesis por reducción de óxido de hierro.

Bajo condiciones que favorecen la reducción de hierro, el proceso de reducción de óxido de hierro puede reemplazar al menos el 80% de la producción de metano que ocurre por metanogénesis. Este fenómeno ocurre en un ambiente que contiene nitrógeno (N ₂) con bajas concentraciones de sulfato. La metanogénesis, un proceso impulsado por Archaean, es típicamente la forma predominante de mineralización de carbono en los sedimentos en el fondo del océano. La metanogénesis completa la descomposición de la materia orgánica en metano (CH ₄).El donante de electrones específico para la reducción del óxido de hierro en esta situación aún está en debate, pero los dos candidatos potenciales incluyen titanio (III) o compuestos presentes en la levadura. Las reacciones previstas con el titanio (III) como donante de electrones y el fenazina-1-carboxilato (PCA) como transportador de electrones son las siguientes:Ti(III)-cit + CO ₂ + 8H → CH ₄ + 2H ₂ O + Ti(IV) + cit ΔE = –240 + 300 mVTi(III)-cit + PCA (oxidado) → PCA (reducido) + Ti(IV) + cit ΔE = –116 + 300 mVPCA (reducido) + Fe(OH) ₃ → Fe + PCA (oxidado) ΔE = –50 + 116 mV

• Nota: cit = citrato.

El titanio (III) se oxida a titanio (IV) mientras que el PCA se reduce. La forma reducida de PCA puede entonces reducir el hidróxido de hierro (Fe(OH) ₃).

Formación de radicales hidroxilo

Por otro lado, cuando se transportan por el aire, se ha demostrado que los óxidos de hierro dañan los tejidos pulmonares de los organismos vivos mediante la formación de radicales hidroxilo, lo que lleva a la creación de radicales alquilo. Las siguientes reacciones ocurren cuando Fe ₂ O ₃ y FeO, en lo sucesivo representados como Fe y Fe respectivamente, partículas de óxido de hierro se acumulan en los pulmones.O ₂ + e → O ₂

La formación del anión superóxido (O ₂) es catalizada por una enzima transmembrana llamada NADPH oxidasa. La enzima facilita el transporte de un electrón a través de la membrana plasmática desde el NADPH citosólico hasta el oxígeno extracelular (O ₂) para producir O ₂. NADPH y FAD se unen a sitios de unión citoplasmáticos en la enzima. Dos electrones de NADPH se transportan a FAD, que lo reduce a FADH ₂. Luego, un electrón se mueve a uno de los dos grupos hemo de la enzima dentro del plano de la membrana. El segundo electrón empuja al primer electrón hacia el segundo grupo hemo para que pueda asociarse con el primer grupo hemo. Para que se produzca la transferencia, el segundo hemo debe unirse al oxígeno extracelular, que es el aceptor del electrón. Esta enzima también se puede ubicar dentro de las membranas de los orgánulos intracelulares, lo que permite que se produzca la formación de O _{2 dentro de los orgánulos.}2 O ₂ + 2 H → H ₂ O ₂ + O ₂

La formación de peróxido de hidrógeno (H
₂O
₂) puede ocurrir espontáneamente cuando el ambiente tiene un pH más bajo, especialmente a un pH de 7,4. La enzima superóxido dismutasa también puede catalizar esta reacción. una vez h
₂O
₂ha sido sintetizado, puede difundirse a través de las membranas para viajar dentro y fuera de la célula debido a su naturaleza no polar.Fe + H
₂O
₂→ Fe + HO +  OHFe + H ₂ O ₂ → Fe + O ₂ + 2HH ₂ O ₂ + O ₂ → HO + OH + O ₂

El Fe se oxida a Fe cuando dona un electrón al H ₂ O ₂, reduciendo así el H ₂ O ₂ y formando un radical hidroxilo (HO) en el proceso. El H ₂ O ₂ puede entonces reducir Fe a Fe donándole un electrón para crear O ₂. Entonces, el O ₂ se puede usar para producir más H ₂ O ₂ mediante el proceso que se mostró anteriormente que perpetúa el ciclo, o puede reaccionar con el H ₂ O ₂para formar más radicales hidroxilo. Se ha demostrado que los radicales hidroxilo aumentan el estrés oxidativo celular y atacan las membranas celulares y los genomas celulares.HO + RH → R + H ₂ O

El radical HO producido a partir de las reacciones anteriores con el hierro puede extraer un átomo de hidrógeno (H) de las moléculas que contienen un enlace RH donde el R es un grupo unido al resto de la molécula, en este caso H, en un carbono (C).