Ферихидрит

алт=X-ray diffraction patterns for six-line and two-line ferrihydrite.|мини|Рентгенски дифракциски шеми за ферихидрит со шест линии (горе) и дво линии (долу). Cu Kα зрачење.|260x260пкс Ферихидрит (Fh) — широко распространет воден минерал од феричен оксихидроксид на површината на Земјата,J. L. Jambor, J.E. Dutrizac, Chemical Reviews, 98, 22549–2585 (1998)R. M. Cornell R.M., U. Schwertammn, The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses, Wiley–VCH, Weinheim, Germany (2003) и веројатна состојка во вонземски материјали.M. Maurette, Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 28, 385–412 (1998) Се формира во неколку видови средини, од слатководни до морски системи, водоносни слоеви до хидротермални топли извори и лушпи, почви и области погодени од рударство. Може да се таложи директно од оксигенирани водни раствори богати со железо, или од бактерии или како резултат на метаболичка активност или пасивна сорпција на растворено железо проследено со реакции на нуклеација.D. Fortin, S. Langley, Earth-Science Reviews, 72, 1–19 (2005) Ферихидритот се јавува и во јадрото на феритинскиот протеин од многу живи организми, со цел складирање на железо во клетките.N. D. Chasteen, P. M. Harrison, Journal of Structural Biology, 126, 182–194 (1999)A. Lewin, G. R. Moore, N. E. Le Brun, Dalton Transactions, 22, 3597–3610 (2005)

Структура Ферихидритот постои само како ситнозрнест и многу дефектен наноматеријал. Моделот на дифракција на рендгенски зраци во прав на Fh содржи две расејувачки ленти во неговата најнеуредна состојба и максимум шест силни линии во неговата најкристална состојба. Главната разлика помеѓу овие два дифракциски крајни елементи, најчесто наречени дволиниски и шестлиниски ферихидрити, е големината на конститутивните кристалити.V. A. Drits, B. A. Sakharov, A. L. Salyn, et al. Clay Minerals, 28, 185–208 (1993)A. Manceau A., V. A. Drits, Clay Minerals, 28, 165–184 (1993) Формата од шест линии е класифицирана како минерал од страна на IMA во 1973 годинаF. V. Chuckrov, B. B. Zvyagin, A.I. Gorshov, et al. International Geology Review, 16, 1131–1143 (1973) со номинална хемиска формула ·9 .M. Fleischer, G. Y. Chao, A. Kato (1975): American Mineralogist, volume 60 Други предложени формули се ·4 Kenneth M Towe and William F Bradley (1967): "Mineralogical constitution of colloidal 'hydrous ferric oxides'". и · 2 · 2,6 .J. D. Russell (1979): "Infrared spectroscopy of ferrihydrite: evidence for the presence of structural hydroxyl groups". Сепак, неговата формула е фундаментално неопределена бидејќи содржината на вода е променлива. Дволиниската форма се нарекува и воден железен оксид (HFO).

Поради наночестичната природа на ферихидритот, структурата останала нејасна со години и сè уште е предмет на контроверзии.D. G. Rancourt, J. F. Meunier, American Mineralogist, 93, 1412–1417 (2008)A. Manceau.A. Manceau ACS Earth and Space Chemistry, 4, 379–390 (2020). Дриц и сор., користејќи податоци од дифракција на Х-зраци,V. A. Drits, B. A. Sakharov, A. L. Salyn, et al. Clay Minerals, 28, 185–208 (1993) во 1993 година предложиле мултифазен структурен модел за шестлиниски ферихидрит со три компоненти: (1) кристалити без дефекти (f-фаза) со двојно хексагонално редење на кислородни и хидроксилни слоеви (ABAC секвенца) и нередовни октаедарски зафати на Fe, (2) дефектни кристалити (d-фаза) со структура слична на фероксихит со краток дострел (δ-FeOOH) и (3) подреден ултрадисперзен хематит (α-Fe2O3). Моделот на дифракција е потврден во 2002 година со неутронска дифракција,E. Jansen, A. Kyek, W. Schafer, U. Schwertmann. и трите компоненти се забележани со високорезолуциска трансмисиона електронска микроскопија.D.E. Janney, J.M. Cowley, P.R. Buseck.D.E. Janney, J.M. Cowley, P.R. Buseck.A. Manceau. Еднофазен модел и за ферихидрит и за хидромагемитV. Barron, J. Torrent, E. de Grave American Mineralogist, 88, 1679–1688 (2003) е предложен од Мишел и сор.,F. M. Michel, L. Ehm, S. M. Antao, et al. Science, 316, 1726–1729 (2007)F. M. Michel, V. Barron, J. Torrent, et al. PNAS, 107, 2787–2792 (2010) во 2007–2010 година, врз основа на анализа на функцијата на парна дистрибуција (PDF) на податоците за вкупно расејување на Х-зраци. Структурниот модел, изоструктурен со минералот акдалаит (Al10O14(OH)2), содржи 20% тетраедарски и 80% октаедарски координирано железо. Мансо и сор. покажаа во 2014 годинаA. Manceau, S. Skanthakumar, S. Soderholm, American Mineralogist, 99, 102–108 (2014). дека моделот на Дриц и сор.V. A. Drits, B. A. Sakharov, A. L. Salyn, et al. Clay Minerals, 28, 185–208 (1993) ги репродуцира PDF податоците, како и моделот на Мишел и сор,F. M. Michel, L. Ehm, S. M. Antao, et al. Science, 316, 1726–1729 (2007) а тој предложи во 2019 година дека тетраедарската координација произлегува од нечистотиите од магемит и магнетит забележани со електронска микроскопија.D.E. Janney, J.M. Cowley, P.R. Buseck.

Порозност и потенцијал за апсорпција на животната средина Поради малата димензија на поединечните нанокристали, Fh има нанопорозна структура, што резултира со многу голема специфична површина — од неколку стотици квадратни метри на грам.J. D. Russell (1979): "Infrared spectroscopy of ferrihydrite: evidence for the presence of structural hydroxyl groups". Освен високиот сооднос помеѓу површината и волуменот, Fh се одликува и со значителна концентрација на локални (точкести) дефекти, како висечки врски и празнини. Овие карактеристики овозможуваат висока адсорпциска способност за бројни еколошки релевантни хемиски видови, меѓу кои арсен, олово, фосфат и органски соединенија (на пример, хумусни и фулвични киселини).A. L. Foster, G. E. Brown, T. N. Tingle, et al. American Mineralogist, 83, 553–568 (1998)A. H. Welch, D. B. Westjohn, D. R. Helsel, et al. Ground Water, 38, 589–604 (2000)M. F. Hochella, T. Kasama, A. Putnis, et al. American Mineralogist, 90, 718–724 (2005)D. Postma, F. Larsen, N. T. M. Hue, et al. Geochimica et Cosmochimica Acta, 71, 5054–5071 (2007) Неговата силна и обемна интеракција со метали во траги и металоиди се користи во индустријата, на големо во постројки за пречистување на вода, како во Северна Германија и за производство на градската вода во Хирошима, а на мало за чистење на отпадни води и подземни води, на пример за отстранување на арсен од индустриски отпадни води и вода за пиење.P. A. Riveros J. E. Dutrizac, P. Spencer, Canadian Metallurgical Quarterly, 40, 395–420 (2001)O. X. Leupin S. J. Hug, Water Research, 39, 1729–1740 (2005)S. Jessen, F. Larsen, C. B. Koch, et al. Environmental Science & Technology, 39, 8045–8051 (2005)A. Manceau, M. Lanson, N. Geoffroy, Geochimica et Cosmochimic Acta, 71, 95–128 (2007)D. Paktunc, J. Dutrizac, V. Gertsman, Geochimica et Cosmochimica Acta, 72, 2649–2672 Неговата нанопорозност и висок афинитет за злато може да се користат за елаборирање на наночестички од Au со поддршка од Fh за каталитичка оксидација на CO на температури под 0°C.N. A. Hodge, C. J. Kiely, R. Whyman, et al. Catalysis Today, 72, 133–144 (2002) Дисперзираните шестредни ферихидритни наночестички можат да бидат заробени во везикуларна состојба за да се зголеми нивната стабилност.L. Gentile, Journal of Colloid and Interface Science, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.09.192 (2021) Присуството на ферихидрит може да го зголеми растот на одредени микроби, на пр. Dissulfuricactor thermophilus, со отстранување на сулфидот, отпаден производ од нивниот метаболизам.

Метастабилност Ферихидритот е метастабилен минерал. Познато е дека е претходник на покристални минерали како хематит и гетит преку раст на кристали базиран на агрегација.W. R. Fischer, U. Schwertmann, Clays and Clay Minerals, 23, 33 (1975)J. F. Banfield, S. A. Welch, H. Z. Zhang, et al. Science, 289, 751–754 (2000) Сепак, неговата трансформација во природните системи генерално е блокирана од хемиски нечистотии адсорбирани на неговата површина, на пример силициум диоксид, бидејќи повеќето природни ферихидрити се силициумски.L. Carlson, U. Schwertmann, Geochimica et Cosmochimica Acta, 45, 421-429 (1981)

Под редуктивни услови како оние што се наоѓаат во глејни почви или во длабоки средини осиромашени со кислород, а често и со помош на микробна активност, ферихидритот може да се трансформира во зелена 'рѓа, слоевит двоен хидроксид (LDH), познат и како минерал фугерит. Сепак, краткото изложување на зелената 'рѓа на атмосферски кислород е доволно за да се оксидира назад во ферихидрит, што го прави многу тешко да се добие соединение.

Наводи

Категорија:Шестаголни минерали