Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ферригидрит
Шахтный дренаж из Огайо.jpg
Шахтный дренаж из Огайо. Оранжевый налет на бревнах - ферригидрит.
Общий
КатегорияОксидные минералы
Формула
(повторяющаяся единица)		(Fe 3+ ) 2 O 3 • 0,5H 2 O
Классификация Струнца4.FE.35
Классификация Дана04.03.02.02
Кристаллическая системаШестиугольный
Кристалл классДигексагональная пирамидальная (6 мм)
символ HM : (6 мм)
Космическая группаП 6 3 мк
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 / см 3
Рекомендации[1] [2] [3] [4]
Рентгенограммы шестилинейного и двухлинейного ферригидрита.
Рентгенограммы шестилинейного (вверху) и двухстрочного (внизу) ферригидрита. Cu Kα-излучение.

Ферригидрит (Fh) - широко распространенный минерал водного оксигидроксида железа на поверхности Земли [5] [6] и вероятный компонент внеземных материалов . [7] 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 горных работ. Он может осаждаться непосредственно из насыщенных кислородом водных растворов, богатых железом , или бактериями в результате метаболической активности или пассивной сорбции растворенного железа с последующейреакции зародышеобразования . [8] Ферригидрит также содержится в ядре белка ферритина многих живых организмов с целью хранения внутриклеточного железа. [9] [10]

Структура [ править ]

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. [11] [12] Шестилинейная форма была классифицирована IMA как минерал в 1973 году [13] с номинальной химической формулой 5 Fe.
2О
3• 9 часов
2O . [14] Другими предложенными формулами были Fe
5HO
8• 4 часа
2O [15] и Fe
2О
3• 2 FeO (OH) • 2,6 H
2O . [16] Однако его формула принципиально неопределенна, 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. [17] [18] Drits et al. Используя данные рентгеновской дифракции , [11] предложил многофазный материал с тремя компонентами: бездефектные кристаллиты (f-фаза) с двойным гексагональным наложением кислородных и гидроксильных слоев (последовательность ABAC) и неупорядоченными октаэдрическими заселенностями Fe, дефектными кристаллитами (d-фаза) с короткодействующей фероксигитоподобной структурой (δ-FeOOH) и второстепенным ультрадисперсным гематитом (α-Fe 2 O 3). Недавно Мишель и др. Предложили новую однофазную модель как для ферригидрита, так и для гидромаггемита [19] . , [20] [21] 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.

Пористость и поглощающий потенциал окружающей среды [ править ]

Из-за небольшого размера отдельных нанокристаллов Fh является нанопористым, давая большие площади поверхности в несколько сотен квадратных метров на грамм. [22] 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 , фосфаты и органические молекулы ( например , гуминовые и фульвокислоты ). [23] [24] [25] [26]Его сильное и обширное взаимодействие с микроэлементами металлов и металлоидов используется в промышленности, в больших 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 . [27] [28] [29] [30] [31] [32] Его нанопористость и высокое сродство к золоту могут быть использованы для разработки наноразмерных частиц Au на основе Fh для каталитического окисления CO при температурах ниже 0 ° C. [33]

Метастабильность [ править ]

Ферригидрит - метастабильный минерал. Известно, что он является предшественником более кристаллических минералов, таких как гематит и гетит [34] [35] [36] [37], путем роста кристаллов на основе агрегации . [38] [39] Однако его преобразование в природных системах обычно блокируется химическими примесями, адсорбированными на его поверхности, например кремнеземом, поскольку большинство природных ферригидритов являются кремнеземистыми . [40]

В восстановительных условиях, как в глеевых почвах , или в глубоких средах, 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 очистки воды, 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 водоподготовки.

См. Также [ править ]

Среди других более закристаллизованных и менее гидратированных оксигидроксидов железа:

  • Акаганеит
  • Фероксигит
  • Гетит
  • Гематит
  • Лепидокрокит
  • Лимонит
  • Маггемит
  • Магнетит

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Данные о минералах ферригидрита» . webmineral.com . Проверено 24 октября 2011 .
  2. ^ "Информация и данные о минералах ферригидрита" . mindat.org . Проверено 24 октября 2011 .
  3. ^ Справочник по минералогии
  4. ^ Минералиенатлас
  5. ^ JL Jambor, JE Dutrizac, Chemical Reviews , 98, 22549-2585 (1998).
  6. ^ RM Cornell RM, U. Schwertammn, Оксиды железа: структура, свойства, реакции, проявления и использование ", Wiley – VCH, Weinheim, Германия (2003)
  7. ^ М. Maurette, Происхождение жизни и эволюция биосферы , 28, 385-412 (1998)
  8. ^ Д. Фортин, С. Лэнгли, Earth-Science Reviews , 72, 1-19 (2005)
  9. ^ ND Chasteen, П. М. Харрисон, Журнал структурной биологии , 126, 182-194 (1999)
  10. ^ А. Левин, Г. Р. Мур, NE Le Brun, Dalton Transactions , 22, 3597-3610 (2005)
  11. ^ а б В. А. Дриц, Б. А. Сахаров, А. Л. Салин и др. Clay Minerals , 28, 185-208 (1993).
  12. ^ A. Manceau А., В. А. Дриц, глинистые минералы , 28, 165-184 (1993)
  13. ^ FV Chuckrov, BB Звягин, А. И. Gorshov и др. Международное обозрение геологии , 16, 1131-1143 (1973)
  14. ^ М. Флейшер, Г. Я. 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. DOI : 10,1016 / 0021-9797 (67) 90266-4
  16. ^ Дж. Д. Рассел (1979): «Инфракрасная спектроскопия ферригидрита: доказательства наличия структурных гидроксильных групп». Clay Minerals , том 14, выпуск 2, страницы 109-114. DOI : 10,1180 / claymin.1979.014.2.03
  17. ^ DG Rancourt, JF Менье, американский Mineralogist , 93, 1412-1417 (2008)
  18. ^ А. Manceau. Американский минералог , 96, 521-533 (2011).
  19. ^ В. Бэррон, Дж. Торрент, Э. де Грейв Американский минералог , 88, 1679–1688 (2003)
  20. ^ Ф. М. Мишель, Л. Эм, С. М. Антао и др. Наука , 316, 1726-1729 (2007).
  21. ^ FM Мишель, В. Бэррон, Дж. Торрент и др. PNAS , 107, 2787-2792 (2010).
  22. ^ Т. Hiemstra, WH Ван Riemsdijk, Geochimica и др 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. ^ AH Welch, DB Westjohn, DR Helsel, et al. Грунтовые воды , 38, 589-604 (2000)
  25. ^ МФ Hochella , Т. Kasama, А. Путнис и др. Американский минералог , 90, 718-724 (2005).
  26. ^ D. Postma, F. Larsen, NTM Hue и др. Geochimica et Cosmochimica Acta , 71, 5054-5071 (2007).
  27. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2008-09-22 . Проверено 23 октября 2009 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  28. ^ PA Riveros JE Dutrizac, P. Spencer, Canadian Metallurgical Quarterly , 40, 395-420 (2001).
  29. ^ OX Leupin SJ Hug, водные исследования , 39, 1729-1740 (2005)
  30. ^ С. Джессен, Ф. Ларсен, CB Koch, et al. Наука об окружающей среде и технологии , 39, 8045-8051 (2005)
  31. ^ А. Manceau, М. Лансон, Н. Жоффруа, Geochimica и др Cosmochimic Acta , 71, 95-128 (2007)
  32. ^ Д. Пактунч, Дж. Дутризак, В. Герцман, Geochimica et Cosmochimica Acta , 72, 2649-2672
  33. ^ Н.А. Ходж, С.Дж. Кили, Р. Уайман и др. Catalysis Today , 72, 133-144 (2002).
  34. ^ У. Schwertmann, Е. Мурад, Глины глинистые минералы , 31, 277 (1983)
  35. ^ U. Schwertmann, J. Friedl, H. Stanjek, Journal of Colloid and Interface Science , 209, 215-223 (1999).
  36. ^ У. Schwertmann, H. Stanjek, HH Бехера, Клей Miner. 39, 433-438 (2004).
  37. ^ Ю. Cudennec, А. Лесерф (2006). «Снова о превращении ферригидрита в гетит или гематит» (PDF) . Журнал химии твердого тела . 179 (3): 716–722. Bibcode : 2006JSSCh.179..716C . DOI : 10.1016 / j.jssc.2005.11.030 .
  38. ^ WR Фишер, У. Schwertmann, Глины и глинистые минералы , 23, 33 (1975)
  39. ^ JF Banfield, SA Welch, HZ Zhang, et al. Наука , 289, 751-754 (2000).
  40. ^ Л. Карлсон, У. Швертманн, Geochimica et Cosmochimica Acta , 45, 421-429 (1981)