Jump to content

Зеленая ржавчина

Зеленая ржавчина ( ТАК 2−
4
) синтезированы в анаэробных условиях в отсутствие растворенного кислорода.

Зеленая ржавчина — это общее название различных зеленых кристаллических химических соединений, содержащих катионы железа (II) и железа (III), гидроксид ( OH
) анион и другой анион, например карбонат ( CO 2−
3
), хлорид ( Cl
) или сульфат ( SO 2−
4
), в слоистой структуре двойного гидроксида (ЛДГ). Наиболее изученными сортами являются следующие: [ 1 ]

  • карбонатный зеленый ржавчина – GR ( CO 2−
    3
    ):
    [ Фе 2+
    4
    Фе 3+
    2
    ( ОН
    ) 12 ] 2+ · [ КО 2−
    3
    ·
    ] 2− ; [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
  • хлоридный грин раст – GR ( Cl
    ):
    [ Фе 2+
    3
    3Fe 3+
    ( ОЙ
    ) 8 ] + · [ кл
    · н Ч
    ] ; [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
  • сульфат зеленого раста – ГР ( SO 2−
    4
    ):
    [ Фе 2+
    4
    Фе 3+
    2
    ( ОН
    ) 12 ] 2+ · [ ТАК 2−
    4
    ·
    ] 2− . [ 5 ] [ 7 ] [ 8 ]

Другие разновидности, описанные в литературе, представляют собой бромид Br.
, [ 7 ] фторид F
, [ 7 ] йодид я
, [ 9 ] нитрат НЕТ
3
, [ 10 ] и селенат СеО 2- 4 . [ 11 ]

Зеленая ржавчина была впервые описана как коррозионная корка на железных и стальных поверхностях. [ 2 ] В природе встречается как минерал фужерит . [ 1 ]

Структура

[ редактировать ]

Кристаллическую структуру грин раста можно представить как результат внедрения чужеродных анионов и молекул воды между бруситоподобными слоями гидроксида железа(II) . Fe(ОН) 2 . Последний имеет гексагональную кристаллическую структуру с последовательностью слоев AcBAcB..., где A и B — плоскости гидроксид- ионов, а c — плоскости Fe. 2+
( железо (II), катионы двухвалентного железа) . В зеленой ржавчине немного Fe 2+
катионы окисляются до Fe 3+
(железо(III), трехвалентное). Каждый тройной слой AcB, электрически нейтральный в гидроксиде [ нужны разъяснения ] , становится положительно заряженным. Затем анионы внедряются между этими тройными слоями и восстанавливают электронейтральность. [ 1 ]

Существует две основные структуры зеленой ржавчины: «тип 1» и «тип 2». [ 12 ] Примером 1-го типа являются хлоридные и карбонатные разновидности. Он имеет ромбоэдрическую кристаллическую структуру, аналогичную структуре пироаурита ( Mg 6 Fe 2 (OH) 16 CO 3 ·4H 2 O ). Слои укладываются в последовательности AcBiBaCjCbAkA...; где A, B и C представляют собой OH
плоскости а, б и в — слои смешанного Fe 2+
и Fe 3+
катионы, i, j и k — слои интеркалированных анионов и молекул воды. [ 1 ] [ 13 ] [ 14 ] Кристаллографический параметр c составляет 22,5–22,8 Å для карбоната и около 24 Å для хлорида. [ 4 ]

Примером зеленой ржавчины 2-го типа является сульфатная разновидность. Он имеет гексагональную кристаллическую структуру , как и минералы шегренита ( Mg 6 Fe 2 (OH) 16 CO 3 ·4H 2 O ) группа, слои которой, вероятно, уложены в последовательности AcBiAbCjA... [ 1 ] [ 7 ] [ 13 ]

Химические свойства

[ редактировать ]

В окислительной среде гринраст обычно превращается в Fe. 3+
оксигидроксиды , а именно α- FeOOH ( гетит ) и γ- FeOOH ( лепидокрокит ). [ 13 ]

Окисление карбонатной разновидности можно замедлить, смачивая материал гидроксилсодержащими органическими соединениями, такими как глицерин или глюкоза , даже если они не проникают в структуру. [ 3 ] Некоторые разновидности гринраста стабилизируются также атмосферой с высоким содержанием CO.
2
парциальное давление . [ 3 ] [ 15 ]

Было показано, что сульфатная зеленая ржавчина снижает содержание нитратов NO.
3
и нитрит NO
2
в растворе аммония NH +
4
, с окислением Fe сопутствующим 2+
в Фе 3+
. В зависимости от катионов в растворе нитрат-анионы замещали сульфат в интеркаляционном слое до восстановления. Было высказано предположение, что зеленая ржавчина может образовываться в восстановительно- щелочных условиях под поверхностью морских отложений и может быть связана с исчезновением в этой среде окисленных видов, таких как нитраты. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

Суспензии карбоната зеленого раста и оранжевого γ- FeOOH в воде в течение нескольких дней реагируют с образованием черного осадка магнетита Fe.
3

4
. [ 19 ]

возникновение

[ редактировать ]

Коррозия железа и стали

[ редактировать ]

Соединения зеленой ржавчины были идентифицированы в корках зеленой коррозии, которые образуются на поверхностях железа и стали в чередующихся аэробных и анаэробных условиях под воздействием воды, содержащей анионы, такие как хлорид, сульфат, карбонат или бикарбонат . [ 2 ] [ 4 ] [ 8 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] Они считаются промежуточными продуктами окислительной коррозии железа с образованием оксигидроксидов железа (III) (обычная бурая ржавчина ). Грин ржавчина может образовываться либо непосредственно из металлического железа, либо из гидроксида железа(II) Fe ( OH ) 2 . [ 4 ]

Восстановительные условия в почвах

[ редактировать ]

На основании мессбауэровской спектроскопии предполагается, что зеленый ржавчина встречается в виде минерала в некоторых голубовато-зеленых почвах , которые образуются в переменных окислительно-восстановительных условиях и становятся охристыми при воздействии воздуха. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] Предполагается, что зеленая ржавчина присутствует в форме минерала фужерита ( [Fe 2+ 4 Fe 3+ 2 (OH) 12 ][CO 3 ]·3H 2 O ). [ 5 ]

Биологически опосредованное образование

[ редактировать ]

Шестиугольные кристаллы грин раста (карбоната и/или сульфата) также были получены как побочные продукты биовосстановления оксигидроксидов железа диссимиляционными железоредуцирующими бактериями , такими как Shewanella putrefaciens , которые сопровождают восстановление Fe . 3+
при окислении органических веществ . [ 27 ] Предполагается, что этот процесс происходит в почвенных растворах и водоносных горизонтах . [ 19 ]

В одном эксперименте суспензия 160 мМ оранжевого лепидокрокита γ - FeOOH в растворе, содержащем формиат ( HCO
2
), инкубированный в течение 3 дней с культурой Shewanella putrefaciens , стал темно-зеленым за счет превращения гидроксида в GR( CO 2−
3
) в виде гексагональных пластинок диаметром ~7 мкм. В этом процессе формиат окислялся до бикарбоната HCO.
3
, который обеспечивает карбонат-анионы для образования грин раста. Активные бактерии были необходимы для образования зеленой ржавчины. [ 19 ]

Лабораторная подготовка

[ редактировать ]

Методы окисления воздухом

[ редактировать ]

Соединения гринраста можно синтезировать при температуре и давлении окружающей среды из растворов, содержащих катионы железа (II), гидроксид-анионы и соответствующие интеркаляционные анионы, такие как хлорид, [ 6 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] сульфат, [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] или карбонат. [ 35 ]

В результате получается суспензия гидроксида железа ( Fe(OH) 2 ) в растворе третьего аниона. Эта суспензия окисляется при перемешивании на воздухе или барботировании через нее воздуха. [ 25 ] Поскольку продукт очень склонен к окислению, необходимо контролировать процесс и исключать кислород после достижения желаемого соотношения Fe. 2+
и Fe 3+
достигается. [ 3 ]

В одном методе сначала соль железа (II) объединяется с гидроксидом натрия (NaOH) с образованием суспензии гидроксида железа. Затем добавляют натриевую соль третьего аниона и окисляют суспензию при перемешивании на воздухе. [ 3 ] [ 25 ] [ 36 ]

Например, карбонатный грин раст можно получить, смешивая растворы сульфата железа(II) FeSO.
4
и гидроксид натрия; затем добавляем достаточное количество карбоната натрия Na
2
2
3
раствор с последующей стадией окисления воздухом. [ 36 ]

Сульфат грин раста можно получить смешиванием растворов FeCl.
2
· 4 часа
2
O
и NaOH для осаждения Fe(OH) 2 , затем сразу же добавляя сульфат натрия Na
2
ТАК
4
и переходим к этапу окисления воздухом. [ 8 ] [ 34 ]

Более прямой метод предполагает использование раствора сульфата железа(II) FeSO.
4
с NaOH и переходим к стадии окисления. [ 18 ] Суспензия должна иметь небольшой избыток FeSO.
4
(в соотношении 0,5833 Fe 2+
за каждого ОН
) для образования зеленой ржавчины; однако слишком большое его количество вместо этого приведет к образованию нерастворимого основного сульфата железа, гидроксида сульфата железа (II). Fe 2 (SO 4 )(OH) 2 · n H 2 O . [ 32 ] Производство зеленой ржавчины снижается с повышением температуры. [ 37 ]

Стехиометрические методы Fe(II)/Fe(III)

[ редактировать ]

Альтернативный препарат карбонатного грин раста сначала дает суспензию гидроксида железа (III). Fe(OH) 3 в хлориде железа(II) FeCl
2
раствора и пузырьки углекислого газа . через него [ 3 ]

В более позднем варианте сначала смешивают растворы солей железа(II) и железа(III), затем добавляют раствор NaOH, все в стехиометрических пропорциях желаемого грин раста. В этом случае стадия окисления не требуется. [ 34 ]

Электрохимия

[ редактировать ]

Карбонатные пленки зеленого ржавчины также были получены в результате электрохимического окисления железных пластин. [ 35 ]

  1. ^ Jump up to: а б с д и Ж.-М.Р. Женен, Ф. Рефе, Л. Симон и С.Х. Дрисси (1998): «Приготовление и E h -pH-диаграммы соединений грин раста Fe(II)-Fe(III); характеристики сверхтонкого взаимодействия и стехиометрия гидрокси -хлорид, -сульфат и -карбонат". Сверхтонкие взаимодействия, том 111, страницы 313–318. два : 10.1023/A:1012638724990
  2. ^ Jump up to: а б с П. П. Стампфл (1969): «Основной карбонат железа II-III в ржавчине. Коррозионная наука 9, страницы 185–187.
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж Ханс CB Хансен (1989): «Состав, стабилизация и светопоглощение гидроксикарбоната Fe (II) Fe (III) («зеленая ржавчина»)». Clay Minerals, том 24, страницы 663–669. дои : 10.1180/claymin.1989.024.4.08
  4. ^ Jump up to: а б с д и М. Абдельмула, Ф. Рефайт, С.Х. Дрисси, Ж.П. Михе и Ж.-М.Р. Женен (1996): «Конверсионная электронная мессбауэровская спектроскопия и рентгеноструктурные исследования образования карбонатсодержащего грин раста в результате коррозии металлического железа». NaHCO 3 и (NaHCO 3 в растворах + NaCl)». Наука о коррозии, том 38, страницы 623–633. два : 10.1016/0010-938X(95)00153-B
  5. ^ Jump up to: а б с д М. Абдельмула, Ф. Тролар, Г. Бурье и Ж.-М.Р. Женен (1998): «Свидетельства присутствия минерала Fe (II) – Fe (III) зеленого ржавчины, `фужерита', в гидроморфной почве и его трансформация с глубиной. ". Сверхтонкие взаимодействия, том 111, страницы 231–238. два : 10.1023/A:1010802508927
  6. ^ Jump up to: а б В. Фейткнехт и Г. Келлер (1950): «О темно-зеленых гидроксисоединениях железа». Журнал неорганической и общей химии, том 262, страницы 61–68. два : 10.1002/zaac.19502620110
  7. ^ Jump up to: а б с д Дж. Д. Бернал, Д. Р. Дасгупта и А. Л. Маккей (1959): «Окислы и гидроксиды железа и их структурные взаимосвязи». Бюллетень глинистых минералов, том 4, страницы 15–30. дои : 10.1180/claymin.1959.004.21.02
  8. ^ Jump up to: а б с Ж.-М.Р. Женен, А.А. Олове, Б. Ресиак, Н.Д. Бенбузид-Ролле, М. Конфенте и Д. Приер (1993): «Идентификация сульфатированного соединения грин ржавчины 2, образующегося в результате микробиологической коррозии стальных шпунтовых свай в гавань». Морская коррозия нержавеющей стали: хлорирование и микробное воздействие, Серия публикаций Европейской федерации по коррозии, Институт материалов, Лондон; том 10, страницы 162–166.
  9. ^ Л. Винс, Дж. Субрт, В. Заплетал и Ф. Ханусек (1987): «Получение и свойства веществ типа зеленой ржавчины». Собирать. Чешский. хим. Комм. том 52, страницы 93–102.
  10. ^ , М. Л. Мартинес и Дж. М. Отон (1983): «Образование зеленой ржавчины в NO 3 растворах » NH 4 Ганседо Дж. Р. . Анналы химии, серия A, том 79, страницы 470–472.
  11. ^ П. Рефе, Л. Симон, Ж.-МР Женен (2000): Восстановление SeO 4 2− Анионы и бескислородное образование гидроксиселената железа(II)-железа(III) Зеленая ржавчина. Технологии экологических наук, 34 (5), стр. 819–825. дои : 10.1021/es990376g
  12. ^ Jump up to: а б И. Р. МакГилл, Б. Макинани и Д.С. Смит (1976): «Кристаллическая структура грин ржавчины, образовавшаяся в результате коррозии чугуна». Природа, том 259, страницы 1521–1529. два : 10.1038/259200a0
  13. ^ Jump up to: а б с д Людовик Легран, Лео Мазероль и Анни Шоссе (2004): «Окисление карбонатного грин раста в фазы железа: твердотельная реакция или преобразование через раствор». Geochimica et Cosmochimica Acta, том 68, выпуск 17, страницы 3497–3507. два : 10.1016/j.gca.2004.02.019
  14. ^ Р. Аллманн (1968): «Кристаллическая структура пироаурита». Acta Crystallographica, серия B, том 24, страницы 972–977. дои : 10.1107/S0567740868003511
  15. ^ Р. М. Тейлор (1982): «Стабилизация цвета и структуры в соединениях пироаурита Fe (II) Fe (III) Al (III) гидроксикарбонаты». Clay Minerals, том 17, страницы 369–372.
  16. ^ Ханс CB Хансен, Кристиан Бендер Кох, Ханне Нанке-Крог, Оле К. Борггаард и Ян Соренсен (1996): «Абиотическое восстановление нитратов до аммония: ключевая роль зеленой ржавчины». Экологические науки и технологии, том 30, страницы 2053–2056. два : 10.1021/es950844w
  17. ^ Кристиан Бендер Кох и Ханс CB Хансен (1997): «Восстановление нитрата до аммония сульфатной зеленой ржавчиной» . В: К. Ауэрсвальд, Х. Станьек и Дж. М. Бигэм (ред.), Почвы и окружающая среда: почвенные процессы от минерального до ландшафтного масштаба. Достижения в области геоэкологии, том 30, страницы 373–393. Катена Верлаг. дои : 10.5555/19981900648
  18. ^ Jump up to: а б Ханс CB Хансен и Кристиан Бендер Кох (1998): «Восстановление нитрата до аммония сульфатной зеленой ржавчиной: энергия активации и механизм реакции». Clay Minerals, том 33, страницы 87–101. дои : 10.1180/000985598545453
  19. ^ Jump up to: а б с Г. Она-Нгема, М. Абдельмула, Ф. Джоран, О. Бенали, А. Гехин, Дж. К. Блок и Ж.-М. Р. Генин (2002): «Формирование и стабилизация гидроксикарбоната железа (II, III) зеленого ржавчины из лепидокрокита. биоредукция». Экологические науки и технологии, том 36, страницы 16–20.
  20. ^ Г. Батлер и Дж. Г. Бейнон (1967): «Коррозия мягкой стали в растворах кипящих солей». Коррозионная наука 7, страницы 385–404. два : 10.1016/S0010-938X(67)80052-0
  21. ^ Паскаль М. Бонин, Войцех Йдрал, Марек С. Одзиемковски и Роберт В. Гиллхэм (2000): «Электрохимические и рамановские спектроскопические исследования влияния хлорированных растворителей на коррозионное поведение железа в боратном буфере и в моделируемых грунтовых водах». Наука о коррозии 42, страницы 1921–1939. два : 10.1016/S0010-938X(00)00027-5
  22. ^ С. Савой, Л. Легран, Г. Сагон, С. Лекомт, А. Шоссе, Р. Мессина и П. Тулхоат (2001): «Экспериментальные исследования продуктов коррозии железа, образующихся в бикарбонат/карбонатсодержащих растворах при 90°С». °C. Коррозионная наука 43, страницы 2049–2064.
  23. ^ Ф. Н. Поннамперума (1972): «Химия затопленных почв. Достижения в агрономии 24, страницы 173–189.
  24. ^ WL Lindsay (1979): «Химическое равновесие в почвах. Wiley Interscience.
  25. ^ Jump up to: а б с Р. М. Тейлор (1980): «Образование и свойства гидроксикарбоната Fe (II)-Fe (III) и его возможное значение в почвообразовании. Clay Minerals, том 15, страницы 369–382.
  26. ^ Ф. Тролар, Ж.-М.Р. Женен, М. Абдельмула, Г. Бурье, Б. Гумберт и А. Эрбийон (1997): «Идентификация минерала зеленого ржавчины в редуктоморфной почве с помощью мессбауэровской и рамановской спектроскопии. Geochimica et Cosmochimica Acta 61, страницы 1107–1111.
  27. ^ Дж. К. Фредриксон, Дж. М. Захара, Д. В. Кеннеди, Х. Донг, Т. К. Онстотт, Н. Хинман и С. М. Ли (1998): «Биогенная минерализация железа, сопровождающая диссимиляционное восстановление водного оксида железа бактериями подземных вод». Geochimica et Cosmochimica Acta, том 62, выпуски 19–20, страницы 3239–3257. два : 10.1016/S0016-7037(98)00243-9
  28. ^ Дж. Детурне, Р. Дери и М. Годси (1976): «Исследование окисления аэрацией Fe (OH) 2 в хлоридной среде». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, том 427, страницы 265–273. два : 10.1002/zaac.654270311
  29. ^ Ф. Рефе и Ж.-М.Р. Генен (1993): «Окисление гидроксида Fe (II) в хлоридсодержащих водных средах и диаграммы Пурбе грин ржавчины I. Corrosion Science 34, страницы 797–819.
  30. ^ У. Швертманн и Х. Фехтер (1994): «Образование зеленого ржавчины и его преобразование в лепидокрокит. Clay Minerals, том 29, страницы 87–92.
  31. ^ Дж. Детурне, Л. де Миранда, Р. Дери и М. Годси (1975): «Область стабильности грин раста II на диаграмме электрохимический потенциал-рН в сульфатной среде». Коррозионная наука, том 15, страницы 295–306. два : 10.1016/S0010-938X(75)80011-4
  32. ^ Jump up to: а б А. А. Олове и Ж.-М. Р. Женен (1991): «Механизм окисления гидроксида Fe (II) в сульфатированных водных средах: важность начального соотношения реагентов». Коррозионная наука 32, страницы 965–984. два : 10.1016/0010-938X(91)90016-I
  33. ^ Ж.-М.Р. Женен, А.А. Олове, Ф. Рефайт и Л. Саймон (1996): «О стехиометрии и диаграмме Пурбе гидроксисульфата Fe (II)-Fe (III) или сульфатсодержащего грин раста 2: Электрохимическое и мессбауэровское спектроскопическое исследование». Наука о коррозии, том 38, страницы 1751–1762. два : 10.1016/S0010-938X(96)00072-8
  34. ^ Jump up to: а б с А. Гехин, К. Руби, М. Абдельмула, О. Бенали, Ж. Ганбаха, Ф. Рефайт и Ж.-М.Р. Генин (2002): «Синтез гидроксисульфата Fe (II-III) зеленого раста путем соосаждения». Наука твердого тела, том 4, страницы 61–66. два : 10.1016/S1293-2558(01)01219-5
  35. ^ Jump up to: а б Л. Легран, С. Савой, А. Шоссе и Р. Мессина (2000): «Исследование продуктов окисления, образующихся на железе в растворах, содержащих бикарбонат/карбонат». Electrochimica Acta, том 46, выпуск 1, страницы 111–117. два : 10.1016/S0013-4686(00)00563-6
  36. ^ Jump up to: а б С.Х. Дрисси, Ф. Рефе, М. Абдельмула и Ж.-М.Р. Женен (1995): «Приготовление и термодинамические свойства гидроксида-карбоната Fe (II)-Fe (III) (зеленый ржавчина 1); диаграмма Пурбе железа в карбонатсодержащих водных средах». Наука о коррозии, том 37, страницы 2025–2041. два : 10.1016/0010-938X(95)00096-3
  37. ^ А.А. Олове, Б. Паурон, Ж.-М.Р. Женен (1991): «Влияние температуры на окисление гидроксида железа в сульфатированной водной среде: энергии активации образования продуктов и сверхтонкой структуры магнетита» Коррозионная наука, том 32, выпуск 9, страницы 985–1001. два : 10.1016/0010-938X(91)90017-J
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c4f3bee24a381a9ee973b0be7c6087b8__1721330460
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c4/b8/c4f3bee24a381a9ee973b0be7c6087b8.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Green rust - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)