Jernoxid -
Iron oxide

Fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Elektrokemisk oxideret jern (rust)

Jernoxider er kemiske forbindelser sammensat af jern og ilt . Der er seksten kendte jernoxider og oxyhydroxider , hvoraf den mest kendte er rust , en form for jern (III) oxid .

Jernoxider og oxyhydroxider er udbredt i naturen og spiller en vigtig rolle i mange geologiske og biologiske processer. De bruges som jernmalm , pigmenter , katalysatorer og i termit og forekommer i hæmoglobin . Jernoxider er billige og holdbare pigmenter i maling, belægninger og farvede betoner. Farver, der er almindeligt tilgængelige, er i den "jordiske" ende af det gule/orange/røde/brune/sorte område. Når den bruges som madfarve, har den E -nummer E172.

Oxider

Jernoxidpigment. Den brune farve angiver, at jern er i oxidationstilstand +3.
Grønne og rødbrune pletter på en kalkstenkerne, henholdsvis svarende til oxider/hydroxider af Fe 2+ og Fe 3+ .

Hydroxider

Varmeudvidelse

Jernoxid CTE (× 10 −6 ° C −1 )
Fe 2 O 3 14.9
Fe 3 O 4 > 9.2
FeO 12.1

Oxid-hydroxider

  • goethit (α-FeOOH),
  • akaganéite (β-FeOOH),
  • lepidocrocite (γ-FeOOH),
  • feroxyhyt (δ-FeOOH),
  • ferrihydrit ( ca.), eller bedre omformet som
  • højtrykspyrit-struktureret FeOOH. Når dehydrering er udløst, kan denne fase dannes .
  • schwertmannit (ideelt set eller )
  • Fe x III Fe y II ( Åh ) 3 x + 2 y - z ( EN - ) z {\ displaystyle {\ ce {Fe _ {\ mathit {x}}^{III} Fe _ {\ mathit {y}}^{II} (OH)}} _ {3x+2y-z} {\ ce {(A ^{-})}} _ {z}}

Mikrobiel nedbrydning

Flere bakteriearter , herunder Shewanella oneidensis , Geobacter sulfurreducens og Geobacter metallireducens , udnytter metabolisk faste jernoxider som en terminal elektronacceptor, hvilket reducerer Fe (III) oxider til Fe (II) indeholdende oxider.

Miljøeffekter

Metanogeneseudskiftning med jernoxidreduktion

Under betingelser, der favoriserer jernreduktion, kan processen med jernoxidreduktion erstatte mindst 80% af metanproduktionen, der sker ved methanogenese . Dette fænomen forekommer i et nitrogenholdigt (N 2 ) miljø med lave sulfatkoncentrationer. Metanogenese, en arkæisk drevet proces, er typisk den dominerende form for kulmineralisering i sedimenter i bunden af ​​havet. Methanogenese fuldender nedbrydning af organisk stof til metan (CH 4 ). Den specifikke elektrondonor til reduktion af jernoxid i denne situation er stadig under debat, men de to potentielle kandidater omfatter enten titanium (III) eller forbindelser, der er til stede i gær. De forudsagte reaktioner med titanium (III), der fungerer som elektrondonor og phenazin-1-carboxylat (PCA), der fungerer som en elektron-shuttle, er som følger:

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

Titanium (III) oxideres til titanium (IV), mens PCA reduceres. Den reducerede form af PCA kan derefter reducere jernhydroxidet (Fe (OH) 3 ).

Hydroxylradikaldannelse

På den anden side, når luftbårne, har jernoxider vist sig at skade lungevæv i levende organismer ved dannelsen af ​​hydroxylradikaler, hvilket fører til dannelsen af ​​alkylradikaler. De følgende reaktioner opstår, når Fe 2 O 3 og Fe O , herefter repræsenteret som henholdsvis Fe 3+ og Fe 2+ , akkumuleres jernoxidpartikler i lungerne.

Dannelsen af ​​superoxidanionen ( O 2 • - ) katalyseres af et transmembranenzym kaldet NADPH oxidase . Enzymet letter transporten af ​​en elektron over plasmamembranen fra cytosolisk NADPH til ekstracellulær oxygen (O 2 ) for at producere O 2 • - . NADPH og FAD er bundet til cytoplasmatiske bindingssteder på enzymet. To elektroner fra NADPH transporteres til FAD, hvilket reducerer det til FADH 2 . Derefter bevæger en elektron sig til en af ​​to hæmgrupper i enzymet i membranens plan. Den anden elektron skubber den første elektron til den anden hæm -gruppe, så den kan associeres med den første hæm -gruppe. For at overførslen kan finde sted, skal den anden hæm være bundet til ekstracellulær oxygen, som er elektronens acceptor. Dette enzym kan også være placeret inden for membranerne på intracellulære organeller, hvilket tillader dannelse af O 2 • - at forekomme i organeller.

er blevet syntetiseret, kan den diffundere gennem membraner for at rejse inden for og uden for cellen på grund af dens upolare natur.

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

Fe 2+ oxideres til Fe 3+ når den donerer en elektron til H 2 O 2 således reducere H 2 O 2 og danner en hydroxylradikal (HO ) i processen. H 2 O 2 kan derefter reducere Fe 3+ til Fe 2+ ved at donere en elektron til den for at oprette O 2 • - - . O 2 • - kan derefter anvendes til at gøre mere H 2 O 2 ved fremgangsmåden tidligere vist fastholde cyklussen, eller det kan reagere med H 2 O 2 til dannelse flere hydroxylgrupper. Hydroxylradikaler har vist sig at øge cellulært oxidativt stress og angribe cellemembraner såvel som cellegenomer.

HO + RH → R + H 2 O

HO radikalen produceret ved ovenstående reaktioner med jern kan abstrahere et hydrogenatom (H) fra molekyler indeholdende en RH -binding, hvor R er en gruppe knyttet til resten af ​​molekylet, i dette tilfælde H, ved et carbon (C) .

Se også

Referencer