Ферригидрит - Ferrihydrite

Ферригидрит
Шахтный дренаж из Огайо.jpg
Шахтный дренаж из Огайо. Оранжевый налет на бревнах - ферригидрит.
Общий
КатегорияОксидные минералы
Формула
(повторяющийся блок)		(Fe3+)2О3• 0,5 ч2О
Классификация Струнца4.FE.35
Классификация Дана04.03.02.02
Кристаллическая системаШестиугольный
Кристалл классДигексагональная пирамидальная (6 мм)
Символ HM: (6 мм)
Космическая группап63MC
Ячейкаа = 5,958, с = 8,965 [Å]; Z = 1
Идентификация
Формула массы168,70 г / моль
ЦветТемно-коричневый, желто-коричневый
Хрустальная привычкаАгрегаты, микроскопические кристаллы
ПолосаЖелто-коричневый
ПрозрачностьНепрозрачный
Плотность3.8 г / см3
Рекомендации[1][2][3][4]
Рентгенограммы шестилинейного и двухлинейного ферригидрита.
Рентгенограммы шестилинейного (вверху) и двухстрочного (внизу) ферригидрита. Cu Kα-излучение.

Ферригидрит (Fh) - широко распространенный водный оксигидроксид трехвалентного железа. минеральная на поверхности Земли,[5][6] и вероятный компонент в внеземные материалы.[7] Он образуется в нескольких типах сред, от пресная вода к морским системам, водоносные горизонты к гидротермальному горячие источники и весы, почвы, и районы, пострадавшие от добычи полезных ископаемых. Его можно осаждать непосредственно из оксигенированных утюг -богатые водные растворы, или бактерии либо в результате метаболическая активность или пассивный сорбция растворенного железа с последующим зарождение реакции.[8] Ферригидрит также присутствует в ядре ферритин белок от многих живые организмы, с целью внутриклеточного хранения железа.[9][10]

Структура

Ферригидрит существует только в виде мелкозернистого и очень дефектного наноматериал. Порошок дифракция рентгеновских лучей Картина Fh содержит две полосы рассеяния в наиболее неупорядоченном состоянии и максимум шесть сильных линий в наиболее кристаллическом состоянии. Основное различие между этими двумя дифракционными концевыми элементами, обычно называемыми двухлинейными и шестилинейными ферригидритами, заключается в размере составляющих кристаллитов.[11][12] Форма с шестью линиями была классифицирована как минерал IMA в 1973 г.[13] с номинальной химической формулой 5Fe
2О
3•9ЧАС
2О.[14] Другие предложенные формулы были Fe
5HO
8•4ЧАС
2О[15] и Fe
2О
3•2FeO (ОН)•2.6ЧАС
2О.[16] Однако его формула принципиально неопределенна, так как содержание воды в нем переменное. Двухстрочная форма также называется водные оксиды железа (HFO).

Из-за наночастиц ферригидрита структура оставалась неуловимой в течение многих лет и до сих пор вызывает споры.[17][18] Drits и другие., с помощью дифракция рентгеновских лучей данные,[11] предложил многофазный материал с тремя составляющими: бездефектный кристаллиты (f-фаза) с двойной гексагональной укладкой кислородных и гидроксильных слоев (последовательность ABAC) и неупорядоченными восьмигранный Заселенность Fe, дефектные кристаллиты (d-фаза) с короткодействующей фероксихит -подобная (δ-FeOOH) структура и подчиненная ультрадисперсная гематит (α-Fe2О3). Недавно появилась новая однофазная модель как для ферригидрита, так и для гидромаггемит[19] был предложен Мишелем и другие.,[20][21] на основе функция распределения пар (PDF) анализ данных полного рассеяния рентгеновских лучей. Структурная модель, изоструктурная минералу Акдалайте (Al10О14(ОЙ)2), содержит 20% тетраэдрически и 80% октаэдрически координированного железа.

Пористость и способность поглощать окружающую среду

Из-за небольшого размера человека нанокристаллы, Fh есть нанопористый с получением больших площадей в несколько сотен квадратных метров на грамм.[22] Помимо высокого отношения площади поверхности к объему, Fh также имеет высокую плотность локальных или точечные дефекты, например, висячие облигации и вакансии. Эти свойства придают высокую способность адсорбировать многие экологически важные химические вещества, в том числе мышьяк, вести, фосфат, и органические молекулы (например, гуминовый и фульвокислоты ).[23][24][25][26] Его сильное и обширное взаимодействие со следовыми металлами и металлоидами используется в промышленности, в больших масштабах в очистка воды заводов, как в Северной Германии, и для производства городской воды на Хиросима, и в небольших масштабах для очистки сточные воды и грунтовые воды, например, для удаления мышьяка из промышленных стоков и питьевая вода.[27][28][29][30][31][32] Его нанопористость и высокое сродство к золото могут быть использованы для создания наноразмерных частиц Au на основе Fh для каталитическое окисление CO при температуре ниже 0 ° C.[33]

Метастабильность

Ферригидрит - это метастабильный минеральная. Известно, что он является предшественником более кристаллических минералов, таких как гематит и гетит[34][35][36][37] на основе агрегирования рост кристаллов.[38][39] Однако его преобразование в природных системах обычно блокируется химическими примесями, адсорбированными на его поверхности, например кремнезем поскольку большинство природных ферригидритов кремнистый.[40]

В восстанавливающих условиях, как в глеевые почвы, или в глубоких средах, обедненных кислородом, и часто с помощью микробной активности, ферригидрит может быть преобразован в зеленая ржавчина, а слоистый двойной гидроксид (LDH), также известный как минерал фужерит. Однако кратковременного воздействия атмосферного кислорода на грин расту достаточно, чтобы окислить его до ферригидрита, что делает его очень трудноуловимым соединением.

Смотрите также

Более закристаллизованные и менее гидратированные оксигидроксиды железа включают, среди прочего:

Рекомендации

  1. ^ «Данные о минералах ферригидрита». webmineral.com. Получено 2011-10-24.
  2. ^ «Информация и данные о минералах ферригидрита». mindat.org. Получено 2011-10-24.
  3. ^ Справочник по минералогии
  4. ^ Минералиенатлас
  5. ^ J. L. Jambor, J.E. Dutrizac, Химические обзоры, 98, 22549-2585 (1998)
  6. ^ Р. М. Корнелл, Р. М., У. Швертамн, Оксиды железа: структура, свойства, реакции, появление и применение », Wiley – VCH, Weinheim, Германия (2003).
  7. ^ М. Моретт, Истоки жизни и эволюция биосферы, 28, 385-412 (1998)
  8. ^ Д. Фортин, С. Лэнгли, Обзоры наук о Земле, 72, 1-19 (2005)
  9. ^ Н. Д. Честин, П. М. Харрисон, Журнал структурной биологии, 126, 182-194 (1999)
  10. ^ А. Левин, Г. Р. Мур, Н. Э. Лебрен, Dalton Transactions, 22, 3597-3610 (2005)
  11. ^ а б В. А. Дриц, Б. А. Сахаров, А. Л. Салин и др. Глина Минералы, 28, 185-208 (1993)
  12. ^ А. Мансо А., Дриц В. А., Глина Минералы, 28, 165-184 (1993)
  13. ^ Ф. В. Чукров, Б. Б. Звягин, А.И. Горшов и др. Международный обзор геологии, 16, 1131-1143 (1973)
  14. ^ М. Флейшер, Г. Ю. Чао, А. Като (1975): Американский минералог, том 60
  15. ^ Кеннет М. Тоу и Уильям Ф. Брэдли (1967): «Минералогическая структура коллоидных« водных оксидов железа »». Журнал коллоидной и интерфейсной науки, том 24, выпуск 3, страницы 384-392. Дои:10.1016/0021-9797(67)90266-4
  16. ^ Дж. Д. Рассел (1979): «Инфракрасная спектроскопия ферригидрита: свидетельства наличия структурных гидроксильных групп». Глина Минералы, том 14, выпуск 2, страницы 109-114. Дои:10.1180 / глинамин.1979.014.2.03
  17. ^ Д. Г. Ранкур, Ж. Ф. Менье, Американский минералог, 93, 1412-1417 (2008)
  18. ^ А. Манко. Американский минералог, 96, 521-533 (2011)
  19. ^ В. Бэррон, Дж. Торрент, Э. де Грав Американский минералог, 88, 1679–1688 (2003)
  20. ^ Ф. М. Мишель, Л. Эм, С. М. Антао и др. Наука, 316, 1726-1729 (2007)
  21. ^ Ф. М. Мишель, В. Бэррон, Дж. Торрент и др. PNAS, 107, 2787-2792 (2010)
  22. ^ Т. Хиемстра, В. Х. Ван Римсдейк, Geochimica et Cosmochimica Acta, 73, 4423-4436 (2009)
  23. ^ А. Л. Фостер, Г. Е. Браун, Т. Н. Тингл и др. Американский минералог, 83, 553-568, (1998)
  24. ^ А. Х. Уэлч, Д. Б. Вестджон, Д. Р. Хелсел и др. Грунтовые воды, 38, 589-604 (2000)
  25. ^ М. Ф. Хочелла, Т. Касама, А. Путнис и др. Американский минералог, 90, 718-724 (2005)
  26. ^ Д. Постма, Ф. Ларсен, Н. Т. М. Хью и др. Geochimica et Cosmochimica Acta, 71, 5054-5071 (2007)
  27. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-09-22. Получено 2009-10-23.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  28. ^ П. А. Риверос, Дж. Э. Дутрисак, П. Спенсер, Canadian Metallurgical Quarterly, 40, 395-420 (2001)
  29. ^ О. X. Leupin S. J. Hug, Водные исследования, 39, 1729-1740 (2005)
  30. ^ С. Джессен, Ф. Ларсен, К. Б. Кох и др. Экологические науки и технологии, 39, 8045-8051 (2005)
  31. ^ А. Мансо, М. Лансон, Н. Жоффруа, Geochimica et Cosmochimic Acta, 71, 95-128 (2007)
  32. ^ Д. Пактунч, Я. Дутризак, В. Герцман, Geochimica et Cosmochimica Acta, 72, 2649-2672
  33. ^ Н. А. Ходж, К. Дж. Кили, Р. Уайман и др. Катализ сегодня, 72, 133-144 (2002)
  34. ^ У. Швертманн, Э. Мурад, Глины Глины Минералы, 31, 277 (1983)
  35. ^ У. Швертманн, Й. Фридл, Х. Станек, Журнал коллоидной и интерфейсной науки, 209, 215-223 (1999)
  36. ^ У. Швертманн, Х. Станек, Х. Х. Бехер, Clay Miner. 39, 433-438 (2004)
  37. ^ Ю. Куденнек, А. Лесерф (2006). «Снова о превращении ферригидрита в гетит или гематит» (PDF). Журнал химии твердого тела. 179 (3): 716–722. Bibcode:2006JSSCh.179..716C. Дои:10.1016 / j.jssc.2005.11.030.
  38. ^ В. Р. Фишер, У. Швертманн, Глины и глинистые минералы, 23, 33 (1975)
  39. ^ Дж. Ф. Банфилд, С. А. Велч, Х. З. Чжан и др. Наука, 289, 751-754 (2000)
  40. ^ Л. Карлсон, У. Швертманн, Geochimica et Cosmochimica Acta, 45, 421-429 (1981)