Oxido de hierro - Iron oxide

Hierro oxidado electroquímicamente (óxido)

Los óxidos de hierro son compuestos químicos compuestos de hierro y oxígeno . Hay dieciséis óxidos de hierro y oxihidróxidos 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 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 se encuentran en el extremo "terroso" del rango amarillo / naranja / rojo / marrón / negro. Cuando se usa como colorante alimentario, tiene el número E E172.

Óxidos

Pigmento de óxido de hierro. El color marrón indica que el hierro está en estado de oxidación +3.
Manchas de color verde y marrón rojizo en una muestra de núcleo de piedra caliza, correspondientes respectivamente a óxidos / hidróxidos de Fe 2+ y Fe 3+ .

Hidróxidos

Expansión térmica

Oxido de hierro CTE (× 10 −6 ° C −1 )
Fe 2 O 3 14,9
Fe 3 O 4 > 9.2
FeO 12,1

Óxido-hidróxidos

  • goethita (α-FeOOH),
  • akaganéita (β-FeOOH),
  • lepidocrocita (γ-FeOOH),
  • feroxitato (δ-FeOOH),
  • ferrihidrita ( aprox.), o mejor refundir como
  • FeOOH estructurado con pirita de alta presión. Una vez que se desencadena la deshidratación , se puede formar esta fase .
  • schwertmannita (idealmente o )
  • óxido verde ( donde A - es Cl - o 0.5SO 4 2− )

Degradación microbiana

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

Efectos ambientales

Reemplazo de metanogénesis por reducción de óxido de hierro

En condiciones que favorecen la reducción del hierro, el proceso de reducción del óxido de hierro puede reemplazar al menos el 80% de la producción de metano que se produce 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 de óxido de hierro en esta situación todavía está en debate, pero los dos candidatos potenciales incluyen titanio (III) o compuestos presentes en la levadura. Las reacciones predichas con titanio (III) que actúa como donador de electrones y fenazina-1-carboxilato (PCA) que actúa como lanzadera de electrones son las siguientes:

Ti (III) -cit + CO 2 + 8H + → CH 4 + 2H 2 O + Ti (IV) + cit ΔE = –240 + 300 mV
Ti (III) -cit + PCA (oxidado) → PCA (reducido) + Ti (IV) + cit ΔE = –116 + 300 mV
PCA (reducido) + Fe (OH) 3 → Fe 2+ + PCA (oxidado) ΔE = –50 + 116 mV

El titanio (III) se oxida a titanio (IV) mientras que el PCA se reduce. La forma reducida de PCA puede 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 3+ y Fe 2+ respectivamente, se acumulan partículas de óxido de hierro 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 al oxígeno extracelular (O 2 ) para producir O 2 • - . NADPH y FAD se unen a sitios de unión citoplásmicos en la enzima. Dos electrones de NADPH se transportan a FAD, lo que lo reduce a FADH 2 . Luego, un electrón se mueve a uno de los dos grupos hemo en la enzima dentro del plano de la membrana. El segundo electrón empuja al primer electrón al segundo grupo hemo para que pueda asociarse con el primer grupo hemo. Para que se produzca la transferencia, el segundo hemo debe estar unido al oxígeno extracelular, que es el aceptor del electrón. Esta enzima también puede ubicarse 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
2
O
2
) puede ocurrir espontáneamente cuando el ambiente tiene un pH más bajo, especialmente a pH 7,4. La enzima superóxido dismutasa también puede catalizar esta reacción. Una vez H
2
O
2
ha sido sintetizado, puede difundirse a través de membranas para viajar dentro y fuera de la célula debido a su naturaleza no polar.

Fe 2+ + H
2
O
2
→ Fe 3+ + HO + OH -
Fe 3+ + H 2 O 2 → Fe 2+ + O 2 • - + 2H +
H 2 O 2 + O 2 • - → HO + OH - + O 2

El Fe 2+ se oxida a Fe 3+ cuando dona un electrón a H 2 O 2 , reduciendo así el H 2 O 2 y formando un radical hidroxilo (HO ) en el proceso. Entonces, el H 2 O 2 puede reducir Fe 3+ a Fe 2+ donándole un electrón para crear O 2 • - . O 2 • - se puede utilizar para producir más H 2 O 2 mediante el proceso que se mostró anteriormente para perpetuar el ciclo, o puede reaccionar con el H 2 O 2 para formar más radicales hidroxilo. Se ha demostrado que los radicales hidroxilo aumentan el estrés oxidativo celular y atacan las membranas celulares, así como los genomas celulares.

HO + RH → R + H 2 O

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

Ver también

Referencias

enlaces externos