Ossido di ferro
_oxide.jpg)
-oxide-sample.jpg)
Con il termine ossido di ferro si indicano genericamente tutti i composti chimici formati da ferro (che si presenta in differenti stati di ossidazione) e ossigeno, che sono i componenti principali di numerosissimi minerali e della ruggine. Esistono numerose combinazioni di questi elementi, inclusi gli idrossidi di ferro e gli ossi-idrossidi di ferro, formati tramite reazione tra l'acqua e l'ossido di ferro. Sono note sedici specie di ossidi e ossi-idrossidi di ferro.[1] I principali minerali ferrosi, da cui si estrae la maggior parte del ferro e dei suoi derivati, sono composti - oltre che da pirite - da ossidi e idrossidi di ferro.
Indice |
Ossidi [modifica]
- FeO, Ossido ferroso (ossido del ferro (II)), costituente del minerale wüstite. Si dissolve facilmente in soluzioni acide diluite.[2] Normalmente si presenta in forma di polvere nera, che può causare esplosioni in quanto è instabile e facilmente combustibile, con la tendenza a disproporzionare secondo la seguente reazione:
- 4FeO → Fe + Fe3O4
- Fe3O4, Ossido ferroso-ferrico (ossido del ferro (II) e (III)). La formula può essere anche vista come Fe2+(Fe3+O2)2. È il costituente del minerale magnetite. La magnetite si forma quando il ferro si ossida in presenza di acqua, ed è quindi spesso un elemento che si forma nei relitti marini ferrosi.
- Fe2O3, Ossido ferrico (ossido del ferro (III), o sesquiossido di ferro) è il principale componente della ruggine e costituente dei seguenti minerali:
Idrossidi [modifica]
- Fe(OH)2, idrossido ferroso idrossido del ferro(II)
- Fe(OH)3, idrossido ferrico (idrossido del ferro(III), costituente della bernalite
Ossi-idrossidi [modifica]
Il Fe(III) compone numerose specie di ossi-idrossidi (ossidi di ferro idrati), che si presentano in forma anidra (FeO(OH)) oppure idrata (FeO(OH)·nH2O). La forma monoidrata (FeO(OH)·H2O) è sostanzialmente corrispondente all'idrossido di Fe(III) (Fe(OH)3, idrossido ferrico). Fra gli ossi-idrossidi troviamo:
- α-FeO(OH), goethite
- β-FeO(OH), akaganéite
- γ-FeO(OH), lepidocrocite
- δ-FeO(OH), feroxyhyte
- ca. Fe5HO8·4H2O, ferridrite
- ca. Fe16O16(OH,SO4)12-13·10-12H2O, schwertmannite
- FeO(OH)·nH2O, limonite
Questi composti, in particolare la goethite e la limonite, sono i componenti fondamentali delle terre rosse (ocre gialle, terra di Siena, terra d'ombra, eccetera).
Usi e applicazioni [modifica]
Pigmenti [modifica]
Alcuni ossidi di ferro sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni ceramiche, in particolare nella smaltatura.
Gli ossidi di ferro compongono numerosi pigmenti inorganici[3]. Tipicamente gli ossidi del Fe(II) sono neri o grigio scuri, mentre quelli del Fe(III) sono color rosso-ruggine. Composti più complessi degli ossidi (idrossidi, idrati, ossi-idrossidi) possono avere altre gradazioni di colore (gialli, rossi, marroni, arancioni). L'ossido ferrico viene utilizzato per dare al vetro il colore verde bottiglia.
I pigmenti estratti dai terreni ferrosi (come le terre rosse) comprendono ocre, terre di Siena e terre d'ombra[4][5]. Fin dall'antichità si conoscono le caratteristiche di pigmentazione di tali materiali; ad esempio numerose pitture rupestri (come nelle grotte di Lascaux) utilizzarono questi tipi di pigmento. Numerose tradizioni artistiche fanno uso di questi pigmenti, ad esempio in Romagna è ancora diffusa la tradizionale "stampa a ruggine" su tessuti, effettuata con pigmenti formulati con ruggine impastata a farina e aceto. Ancora oggi sono utilizzati nelle formulazioni di coloranti, vernici e nelle formulazioni dei toner di stampanti e fotocopiatrici.
I pigmenti del ferro (prodotti sinteticamente con un alto grado di purezza) sono ampiamente utilizzati nella cosmetica in quanto considerati non tossici e resistenti all'umidità. Per la stessa ragione sono utilizzati anche nell'industria alimentare (E172, CI 77492, 77491 e 77499).
Inibizione della corrosione [modifica]
L'ossido ferrico in ambiente secco e/o alcalino inibisce la formazione della ruggine tramite passivazione. Grazie a queste proprietà vi sono alcuni trattamenti di passivazione che, convertendo il materiale ferroso in magnetite, permettono di dare caratteristiche di resistenza alla corrosione a tali superfici (il black oxide, in italiano ossidazione nera o brunitura è un comune processo di passivazione dell'acciaio inox[6][7]).
Alcune forme di ematite (come il MIO, "micaceous iron oxide"[8]) sono utilizzate nelle formulazioni di vernici anticorrosione (utilizzate nella manutenzione di ponti o ad esempio della Torre Eiffel).
Miscele incendiarie [modifica]
L'ossido ferrico se combinato con alluminio in polvere forma una miscela incendiaria ed esplosiva nota come termite. L'alluminio riduce l'ossido con una reazione violenta ed esotermica, tale da fondere il ferro:
- Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3 + calore
Il processo alla termite può essere anche utilizzato per la produzione di ferro metallico e per questa sua proprietà viene impiegata nei processi di saldatura per alluminotermia.
Elettronica [modifica]
Fritz Pfleumer sviluppò nastri magnetici a base di ossido ferrico nel 1928. La sua invenzione si basava su strisce di carta spalmate con Fe2O3. Successivamente la AEG e la BASF svilupparono il prodotto, diventando i primi produttori di nastri magnetici.
Ancora oggi l'ossido ferrico purificato (insieme al biossido di cromo) viene utilizzato come trattamento superficiale per i nastri magnetici.
Processi industriali [modifica]
È stato proposto un ciclo termochimico per la produzione dell'idrogeno basato sui due ossidi Fe3O4/FeO[9]. Il processo è basato su due reazioni redox che, coinvolgendo anche il manganese e lo zinco, permetterebbero di generare idrogeno dall'acqua[10][11]:
- Mn0.5Zn0.5Fe2O4 + yH2O → Mn0.5Zn0.5Fe2O4+y + yH2
- Mn0.5Zn0.5Fe2O4+y → Mn0.5Zn0.5Fe2O4 + ½yO2
Note [modifica]
- ^ a b RM Cornell; Schwertmann, U, The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses, Wiley VCH, 2003.
- ^ A Concise Dictionary of Chemistry, Oxford University Press; ISBN 978-0-19-286110-8
- ^ usgs.gov: "Iron Oxide Pigments - Statistics and Information"
- ^ ctseurope.com: "Le terre naturali"
- ^ unito.it: "Terre rosse"
- ^ engineersedge.com: "MIL-C-13924"
- ^ epi.com: "Black Oxide FAQ"
- ^ enviroprotectcoatings.com: "Specifications of Coatings Containing Micaceous Iron Oxide Pigments"
- ^ hydrogen.energy.gov: "Project PD10"
- ^ stobbe.com: "Solar hydrogen production by a two-step cycle based on mixed iron oxides"
- ^ psi.ch: "Solar hydrogen from iron oxide based thermochemical cycles"
Bibliografia [modifica]
- Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico., Roma, CISU, 1993. ISBN 88-7975-077-1
Altri progetti [modifica]
Commons contiene immagini o altri file su Ossido di ferro
