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En química , el hierro(III) o férrico se refiere al elemento hierro en su estado de oxidación +3 . El cloruro férrico es un nombre alternativo para el cloruro de hierro(III) ( FeCl₃ ). El adjetivo ferroso se usa en cambio para las sales de hierro(II) , que contienen el catión Fe²⁺ . La palabra férrico deriva del latín ferrum , que significa "hierro " .
Aunque a menudo se abrevia como Fe³⁺ , ese ion desnudo no existe excepto en condiciones extremas. Los centros de hierro(III) se encuentran en muchos compuestos y complejos de coordinación , donde el Fe(III) está unido a varios ligandos . Un complejo férrico molecular es el anión ferrioxalato , [ Fe(C₂O₄ ) ₃ ] ³⁻ , con tres iones oxalato bidentados rodeando el núcleo de Fe. En relación con estados de oxidación más bajos, el férrico es menos común en la química de organohierro , pero el catión ferrocenio [ Fe(C₅H₅ ) ₂ ] ⁺ es bien conocido.
Hierro(III) en biología
Todas las formas de vida conocidas requieren hierro, que generalmente existe en estados de oxidación Fe(II) o Fe(III). [ 1 ] Muchas proteínas en los seres vivos contienen centros de hierro(III). Ejemplos de tales metaloproteínas incluyen la oxihemoglobina , la ferredoxina y los citocromos . Muchos organismos, desde bacterias hasta humanos, almacenan hierro como cristales microscópicos (de 3 a 8 nm de diámetro) de hidróxido de óxido de hierro(III) , dentro de una envoltura de la proteína ferritina , de la cual puede recuperarse según sea necesario. [ 2 ]
La deficiencia de hierro en la dieta humana causa anemia . Los animales y los humanos pueden obtener el hierro necesario de alimentos que lo contienen en forma asimilable, como la carne. Otros organismos deben obtener su hierro del medio ambiente. Sin embargo, el hierro tiende a formar óxidos/hidróxidos de hierro(III) altamente insolubles en ambientes aeróbicos ( oxigenados ), especialmente en suelos calcáreos . Las bacterias y las gramíneas pueden prosperar en dichos ambientes secretando compuestos llamados sideróforos que forman complejos solubles con el hierro(III), los cuales pueden ser reabsorbidos por la célula. (Otras plantas, en cambio, favorecen el crecimiento alrededor de sus raíces de ciertas bacterias que reducen el hierro(III) al hierro(II), más soluble). [ 3 ]
La insolubilidad de los compuestos de hierro(III) también es responsable de los bajos niveles de hierro en el agua de mar, que a menudo es el factor limitante para el crecimiento de las plantas microscópicas ( fitoplancton ) que son la base de la red trófica marina. [ 4 ]
Sales y complejos de hierro(III)
Típicamente, las sales de hierro(III), como el cloruro, son complejos acuosos con las fórmulas [Fe(H₂O)₅Cl]²⁺, [Fe(H₂O)₄Cl₂ ] ⁺ y [ Fe ( H₂O ) ₃Cl₃ ] . Se cree que el nitrato de hierro ( III ) y el perclorato de hierro ( III ) se disuelven inicialmente en agua para dar iones [ Fe(H₂O ) ₆ ] ³⁺ . En estos complejos, los protones son ácidos. Finalmente, estos complejos se hidrolizan produciendo hidróxidos de hierro(III) Fe(OH) ₃ o Fe(O)OH que continúan reaccionando, en parte a través del proceso llamado olación . Estos hidróxidos precipitan de la solución o forman coloides. Estas reacciones liberan iones hidrógeno H⁺ , disminuyendo el pH de sus soluciones. Los equilibrios son complejos: [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
- [ Fe(H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [ Fe(H 2 O) 5 OH] 2+ + H +
- 2 [ Fe(H 2 O) 5 OH] 2+ ⇌ [ Fe 2 (H 2 O) 4 (OH) 2 ] 4+ + 2H 2 O
- 2 [ Fe(H 2 O) 4 (OH) 2 ] + ⇌ [ Fe 2 (H 2 O) 8 (OH) 2 ] + 2 + 2 H 2 O
Los ligandos acuosos en los complejos de hierro(III) son lábiles. Este comportamiento se visualiza mediante el cambio de color que se produce al reaccionar con tiocianato, dando lugar a un complejo de tiocianato de color rojo intenso .
Hierro(III) con ligandos orgánicos
En presencia de ligandos quelantes , se evitan las reacciones de hidrólisis complejas. Uno de estos ligandos es el EDTA , que se usa frecuentemente para disolver depósitos de hierro o se añade a los fertilizantes para que el hierro del suelo sea soluble para las plantas. El citrato también solubiliza el ion férrico a pH neutro, aunque sus complejos son menos estables que los del EDTA. Muchos ligandos quelantes —los sideróforos— se producen de forma natural para disolver los óxidos de hierro(III).
Los complejos de hierro(III) con 1,10-fenantrolinabipiridina son solubles y pueden soportar la reducción a su derivado de hierro(II):
Minerales de hierro(III) y otros sólidos
El hierro(III) se encuentra en muchos minerales y sólidos, por ejemplo, el óxido Fe₂O₃ (hematita) y el óxido -hidróxido de hierro(III) FeO(OH) son extremadamente insolubles debido a su estructura polimérica . El óxido es una mezcla de óxido e hidróxido de hierro(III) que generalmente se forma cuando el hierro metálico se expone al aire húmedo . A diferencia de las capas de óxido pasivantes que forman otros metales, como el cromo y el aluminio , el óxido se desprende en escamas, ya que es más voluminoso que el metal que lo formó. Por lo tanto, los objetos de hierro sin protección se oxidarán por completo con el tiempo.
Unión
El hierro(III) es un centro ad 5 , lo que significa que el metal tiene cinco electrones de valencia en la capa orbital 3d. El número y tipo de ligandos unidos al hierro(III) determinan cómo se organizan estos electrones. Con los llamados "ligandos de campo fuerte", como el cianuro , los cinco electrones se emparejan lo mejor que pueden. Así, el ferricianuro ( [ Fe(CN) 6 ] 3− tiene solo un electrón desapareado. Es de bajo espín. Con los llamados "ligandos de campo débil", como el agua , los cinco electrones están desapareados. Así, el complejo acuoso ( [ Fe(H 2 O) 6 ] 3+ tiene solo cinco electrones desapareados. Es de alto espín. Con el cloruro, el hierro(III) forma complejos tetraédricos, por ejemplo ( [ Fe(Cl) 4 ] − . Los complejos tetraédricos son de alto espín. El magnetismo de los complejos férricos puede mostrar cuándo son de alto o bajo espín.
Véase también
- Cloruro férrico – Compuesto inorgánico de hierro Páginas que muestran descripciones breves de objetivos de redirección ( cloruro de hierro(III) )
- Óxido férrico – Compuesto químico Páginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redirección ( óxido de hierro(III) )
- fluoruro férrico ( fluoruro de hierro(III) )
- Ferroso – Hierro en su estado de oxidación +2
Referencias
- ↑ "El hierro, elemento fundamental para el desarrollo de la vida en la Tierra y la posibilidad de vida en otros planetas" . Universidad de Oxford . 7 de diciembre de 2021. Consultado el 9 de mayo de 2022 .
- ↑ Berg, Jeremy Mark; Lippard, Stephen J. (1994). Principios de química bioinorgánica . Sausalito, California: University Science Books. ISBN 0-935702-73-3.
- ↑ H. Marschner y V. Römheld (1994): «Estrategias de las plantas para la adquisición de hierro». Plant and Soil , volumen 165, número 2, páginas 261-274. doi : 10.1007/BF00008069
- ↑ Boyd PW, Watson AJ, Law CS, et al. (octubre de 2000). "Una floración de fitoplancton a mesoescala en el Océano Austral polar estimulada por la fertilización con hierro". Nature . 407 ( 6805): 695– 702. Bibcode : 2000Natur.407..695B . doi : 10.1038/35037500 . PMID 11048709. S2CID 4368261 .
- ↑ Earnshaw, A.; Greenwood, NN (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
- ↑ Cornell, Rochelle M.; Giovanoli, Rudolf; Schneider, Walter (1989). "Revisión de la hidrólisis del hierro(III) y la cristalización del hidróxido de hierro(III) amorfo hidratado". Journal of Chemical Technology & Biotechnology . 46 (2): 115– 134. Bibcode : 1989JCTB...46..115C . doi : 10.1002/jctb.280460204 .
- ↑ Lente, Gábor; Fábián, István (1999). "Nueva ruta de reacción en la disociación del complejo Fe 2 (μ-OH) 2 (H 2 O) 8 4+ ". Química Inorgánica . 38 (3): 603– 605. doi : 10.1021/ic980813c . PMID 11673970 .
- compuestos de hierro(III)