BESI OKSIDA: STRUKTUR, SIFAT, TATA NAMA, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

Sebuah besi oksida adalah salah satu senyawa yang terbentuk antara besi dan oksigen. Mereka dicirikan sebagai ionik dan kristal, dan mereka tersebar sebagai akibat dari erosi mineral mereka, menyusun tanah, massa tumbuhan dan, bahkan, bagian dalam organisme hidup.

Ini kemudian menjadi salah satu keluarga senyawa yang mendominasi di kerak bumi. Apa sebenarnya itu? Enam belas oksida besi diketahui hingga saat ini, kebanyakan dari mereka berasal dari alam dan yang lainnya disintesis dalam kondisi tekanan atau suhu yang ekstrim.

Sumber: lima ketujuh, Flickr.

Sebagian oksida besi bubuk ditunjukkan pada gambar di atas. Warna merah yang khas menutupi besi dari berbagai elemen arsitektur yang dikenal sebagai karat. Demikian juga, teramati di lereng, pegunungan atau tanah, bercampur dengan banyak mineral lain, seperti bubuk kuning goetit (α-FeOOH).

Oksida besi yang paling terkenal adalah hematit (α-Fe ₂ O ₃ ) dan maghemite (ϒ- Fe ₂ O ₃ ), keduanya merupakan polimorf oksida besi; dan paling tidak, magnetit (Fe ₃ O ₄ ). Struktur polimorfiknya dan luas permukaannya yang besar menjadikannya bahan yang menarik sebagai penyerap, atau untuk sintesis partikel nano dengan aplikasi yang luas.

Struktur

Sumber: Pendidikan Siyavula, Flickr.

Gambar atas merupakan representasi dari struktur kristal FeO, salah satu oksida besi dimana besi memiliki valensi +2. Bola merah berhubungan dengan anion O ^2- , sedangkan yang kuning berhubungan dengan kation Fe ²⁺ . Perhatikan juga bahwa setiap Fe ²⁺ dikelilingi oleh enam O ^2- , membentuk satu unit koordinasi oktahedral.

Oleh karena itu, struktur FeO dapat “dipecah” menjadi satuan-satuan FeO ₆ , dimana atom pusatnya adalah Fe ²⁺ . Dalam kasus oksihidroksida atau hidroksida, satuan oktahedral adalah FeO ₃ (OH) ₃ .

Dalam beberapa struktur, selain oktahedron, ada unit tetrahedral, FeO ₄ . Untuk alasan ini struktur oksida besi biasanya diwakili oleh oktahedra atau tetrahedra dengan pusat besi.

Struktur oksida besi bergantung pada kondisi tekanan atau suhu, pada rasio Fe / O (yaitu, berapa banyak oksigen per besi dan sebaliknya), dan pada valensi besi (+2, +3 dan, sangat jarang pada oksida sintetis, +4).

Secara umum, anion O ^{2- yang} besar berbaris membentuk lembaran-lembaran yang rongga-rongga tersebut menampung kation Fe ²⁺ atau Fe ³⁺ . Jadi, ada oksida (seperti magnetit) yang memiliki besi dengan kedua valensi.

Polimorfisme

Oksida besi menghadirkan polimorfisme, yaitu struktur atau susunan kristal yang berbeda untuk senyawa yang sama. Ferric oxide, Fe ₂ O ₃ , memiliki hingga empat kemungkinan polimorf. Hematit, α-Fe ₂ O ₃ , adalah yang paling stabil; diikuti oleh maghemite, ϒ- Fe ₂ O ₃ , dan sintetis β- Fe ₂ O ₃ dan ε- Fe ₂ O ₃ .

Mereka semua memiliki tipe struktur dan sistem kristal mereka sendiri. Namun, rasio 2: 3 tetap konstan, sehingga terdapat tiga anion O ^2- untuk setiap dua kation Fe ³⁺ . Kebohongan perbedaan dalam bagaimana FeO ₆ unit oktahedral berada dalam ruang dan bagaimana mereka terpasang.

Tautan struktural

Sumber: File Domain Publik

Satuan oktahedral FeO ₆ dapat divisualisasikan dengan bantuan gambar di atas. Di sudut-sudut oktahedron adalah O ^2- , sedangkan di tengahnya ada Fe ²⁺ atau Fe ³⁺ (dalam kasus Fe ₂ O ₃ ). Cara oktahedra ini disusun dalam ruang mengungkapkan struktur oksida.

Namun, mereka juga mempengaruhi bagaimana mereka terhubung. Misalnya, dua oktahedra dapat digabungkan dengan menyentuh dua simpulnya, yang diwakili oleh jembatan oksigen: Fe-O-Fe. Demikian pula, oktahedra dapat bergabung melalui tepinya (berdekatan satu sama lain). Ini kemudian akan diwakili dengan dua jembatan oksigen: Fe- (O) ₂ -Fe.

Dan akhirnya, oktahedra dapat berinteraksi melalui wajah mereka. Jadi, representasi sekarang akan menjadi dengan tiga jembatan oksigen: Fe- (O) ₃ -Fe. Cara oktahedra dihubungkan akan memvariasikan jarak antar inti Fe-Fe dan, oleh karena itu, sifat fisik oksidanya.

Properti

Besi oksida adalah senyawa dengan sifat magnet. Ini bisa bersifat anti, ferro atau ferrimagnetik, dan bergantung pada valensi Fe dan bagaimana kation berinteraksi dalam padatan.

Karena struktur zat padat sangat bervariasi, demikian pula sifat fisik dan kimianya.

Sebagai contoh, polimorf dan hidrat Fe ₂ O ₃ memiliki nilai titik leleh yang berbeda (berkisar antara 1200 dan 1600ºC) dan kepadatannya. Namun, mereka memiliki kesamaan kelarutan yang rendah karena Fe ³⁺ , massa molekul yang sama, berwarna coklat dan sulit larut dalam larutan asam.

Tata nama

IUPAC menetapkan tiga cara untuk menamai besi oksida. Ketiganya sangat berguna, meskipun untuk oksida kompleks (seperti Fe ₇ O ₉ ) sistematika menguasai yang lain karena kesederhanaannya.

Nomenklatur sistematis

Jumlah oksigen dan besi diperhitungkan, menamainya dengan awalan penomoran Yunani mono-, di-, tri-, dll. Menurut nomenklatur ini, Fe ₂ O ₃ disebut: tri oksida besi di . Dan untuk Fe ₇ O ₉ namanya: hepta-iron nonaoxide.

Nomenklatur saham

Ini mempertimbangkan valensi besi. Jika Fe ²⁺ , maka tertulis oksida besi …, dan valensinya dengan angka Romawi diapit tanda kurung. Untuk Fe ₂ O ₃ namanya adalah: besi oksida (III).

Perhatikan bahwa Fe ³⁺ dapat ditentukan dengan jumlah aljabar. Jika O ^2- memiliki dua muatan negatif, dan ada tiga di antaranya, dijumlahkan hingga -6. Untuk menetralkan ini -6, diperlukan +6, tetapi Fe ada dua, jadi harus dibagi dua, + 6/2 = +3:

2X (valensi logam) + 3 (-2) = 0

Dengan memecahkan X, valensi Fe dalam oksida diperoleh. Tetapi jika X bukan bilangan bulat (seperti halnya dengan hampir semua oksida lainnya), maka ada campuran Fe ²⁺ dan Fe ³⁺ .

Nomenklatur tradisional

Sufiks –ico diberikan untuk prefiks ferr- jika Fe memiliki valensi +3, dan –oso jika valensinya 2+. Jadi, Fe ₂ O ₃ disebut: oksida besi.

Aplikasi

Nanopartikel

Besi oksida memiliki kesamaan energi kristalisasi yang tinggi, yang memungkinkan untuk membuat kristal yang sangat kecil tetapi dengan luas permukaan yang besar.

Untuk alasan ini, mereka sangat tertarik pada bidang nanoteknologi, di mana mereka merancang dan mensintesis nanopartikel oksida (NP) untuk tujuan tertentu:

-Sebagai katalis.

-Sebagai reservoir obat atau gen di dalam tubuh

-Dalam desain permukaan sensorik untuk berbagai jenis biomolekul: protein, gula, lemak

-Untuk menyimpan data magnetik

Pigmen

Karena beberapa oksida sangat stabil, mereka dapat digunakan untuk mewarnai tekstil atau memberi warna cerah pada permukaan bahan apapun. Dari mosaik di lantai; cat merah, kuning dan oranye (bahkan hijau); keramik, plastik, kulit, dan bahkan karya arsitektur.

Referensi

1. Pembina Dartmouth College. (18 Maret 2004). Stoikiometri Besi Oksida. Diambil dari: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo dkk. (8 September 2016). Penemuan Fe ₇ O ₉ : oksida besi baru dengan struktur monoklinik yang kompleks. Diperoleh dari: nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Besi Oksida: Struktur, Properti, Reaksi, Kejadian dan Penggunaan. . WILEY-VCH. Diambil dari: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Nanopartikel Besi Oksida, Karakteristik dan Aplikasi. Diambil dari: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Sintesis, karakterisasi, aplikasi, dan tantangan nanopartikel oksida besi. Nanoteknologi, Sains dan Aplikasi, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmen Golchha. (2009). Oksida Besi: Aplikasi. Diambil dari: golchhapigments.com
7. Formulasi kimiawi. (2018). Besi (II) oksida. Diambil dari: formulacionquimica.com
8. Wikipedia. (2018). Besi (III) oksida. Diambil dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oxide