Ферригидрит - Ferrihydrite

Ферригидрит
Ферригидрит
	Шахтный дренаж из Огайо. Оранжевый налет на бревнах - ферригидрит.
Общий
Категория	Оксидные минералы
Формула ; (повторяющаяся единица)	(Fe 3+ ) 2 O 3 • 0,5H 2 O
Классификация Струнца	4.FE.35
Классификация Дана	04.03.02.02
Кристаллическая система	Шестиугольный
Кристалл класс	Дигексагональная пирамидальная (6 мм) ; символ HM : (6 мм)
Космическая группа	П 6 3 мк
Ячейка	а = 5,958, с = 8,965 [Å]; Z = 1
Идентификация
Формула массы	168,70 г / моль
Цвет	Темно-коричневый, желто-коричневый
Хрустальная привычка	Агрегаты , микроскопические кристаллы
Полоса	Желто-коричневый
Прозрачность	Непрозрачный
Плотность	3,8 г / см 3
использованная литература

Рентгенограммы шестилинейного (вверху) и двухстрочного (внизу) ферригидрита. Cu Kα-излучение.

Ферригидрит (Fh) - широко распространенный минерал водного оксигидроксида железа на поверхности Земли и, вероятно, входящий в состав внеземных материалов . Он образуется в нескольких типах окружающей среды, от пресноводных до морских систем, от водоносных горизонтов до гидротермальных горячих источников и чешуек, почв и территорий, пострадавших от добычи полезных ископаемых. Он может быть осажден непосредственно из насыщенных кислородом водных растворов, богатых железом , или бактериями в результате метаболической активности или пассивной сорбции растворенного железа с последующими реакциями зародышеобразования . Ферригидрит также содержится в ядре белка ферритина многих живых организмов с целью внутриклеточного хранения железа.

Состав

Ферригидрит существует только как мелкозернистый и высокодефектный наноматериал . Картина дифракции рентгеновских лучей на порошке Fh содержит две полосы рассеяния в наиболее неупорядоченном состоянии и максимум шесть сильных линий в наиболее кристаллическом состоянии. Принципиальное различие между этими двумя дифракционными концевыми элементами, обычно называемыми двухлинейными и шестилинейными ферригидритами, заключается в размере составляющих кристаллитов. Шестистрочная форма была классифицирована IMA в 1973 году как минерал с номинальной химической формулой 5 Fe.
₂О
₃• 9 часов
₂O . Другие предложенные формулы были Fe
₅HO
₈• 4 часа
₂O и Fe
₂О
₃• 2 FeO (OH) • 2,6 H
₂O . Однако его формула принципиально не определена, так как содержание воды в нем переменное. Двухстрочная форма также называется водными оксидами железа (HFO).

Из-за наночастиц ферригидрита структура оставалась неуловимой в течение многих лет и до сих пор остается предметом споров. Drits et al. , используя данные дифракции рентгеновских лучей , предложила в 1993 году модель многофазной структуры для шестилинейного ферригидрита с тремя компонентами: (1) бездефектные кристаллиты (f-фаза) с двойным гексагональным наложением кислородных и гидроксильных слоев (последовательность ABAC) и неупорядоченные октаэдрические заселенности Fe, (2) дефектные кристаллиты (d-фаза) с короткодействующей фероксигитоподобной (δ-FeOOH) структурой и (3) подчиненный ультрадисперсный гематит (α-Fe ₂ O ₃ ). Модель дифракции была подтверждена в 2002 г. нейтронной дифракцией . Однофазная модель как для ферригидрита, так и для гидромагемита была предложена Michel et al. , в 2007-2010 гг., на основе анализа функции парного распределения (PDF) данных полного рассеяния рентгеновских лучей. Структурная модель, изоструктурная минералу акдалаиту (Al ₁₀ O ₁₄ (OH) ₂ ), содержит 20% тетраэдрически и 80% октаэдрически координированного железа. Manceau et al. показали в 2014 году, что Drits et al. модель воспроизводит данные PDF, а также модель Michel et al. модель.

Пористость и способность поглощать окружающую среду

Из-за небольшого размера отдельных нанокристаллов Fh является нанопористым, давая большие площади поверхности в несколько сотен квадратных метров на грамм. Помимо высокого отношения площади поверхности к объему, Fh также имеет высокую плотность локальных или точечных дефектов , таких как оборванные связи и вакансии. Эти свойства придают высокую способность адсорбировать многие экологически важные химические вещества, включая мышьяк , свинец , фосфат и органические молекулы ( например , гуминовые и фульвокислоты ). Его сильное и обширное взаимодействие с микроэлементами металлов и металлоидов используется в промышленности, в крупных масштабах на водоочистных установках, как в Северной Германии, и для производства городской воды в Хиросиме , и в небольших масштабах для очистки сточных и грунтовых вод , например, для удалять мышьяк из промышленных стоков и питьевой воды . Его нанопористость и высокое сродство к золоту могут быть использованы для создания наноразмерных частиц Au на основе Fh для каталитического окисления CO при температурах ниже 0 ° C. Дисперсные наночастицы ферригидрита с шестью линиями могут быть захвачены в везикулярное состояние для повышения их стабильности.

Метастабильность

Ферригидрит - метастабильный минерал. Известно, что он является предшественником более кристаллических минералов, таких как гематит и гетит, путем роста кристаллов на основе агрегации . Однако его превращение в природных системах обычно блокируется химическими примесями, адсорбированными на его поверхности, например кремнеземом, поскольку большинство природных ферригидритов являются кремнеземистыми .

В восстановительных условиях, как в глеевых почвах , или в глубоких условиях, обедненных кислородом, и часто с помощью микробной активности ферригидрит может превращаться в грин раст , 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 труднодостижимым соединением.

Осадок ферригидрита из шахтной воды.
Весна в Циллертальских Альпах с осадком Fh.
Утечка воды, богатой железом.

Превращение ферригидрита (вверху) в гетит (внизу).
Станция водоподготовки, использующая технологию медленного песочного фильтра для очистки сырой воды.
Трехцветное (RGB) рентгеновское флуоресцентное изображение распределения As (красный), Fe (зеленый) и Mn (синий) в зернах кварца с покрытием из песчаного пласта для водоочистки.