هيكل Fe3O4 وخصائصه (15 حقائق مفيدة)


Fe3O4 أو أكسيد الحديد هو أكسيد قاعدي له وزن جزيئي قدره 231.533 جم / مول حيث يظهر الحديد تكافؤًا متغيرًا. دعونا نستكشف المزيد عن Fe3O4 بالتفصيل.

Fe3O4 هو مركب التكافؤ المختلط للحديد. يوجد الحديد هنا كحالات أكسدة +2 و +3. في التفاعل مع الماء ، يعطي هيدروكسيد الحديدوز وهو قاعدة قوية ولهذا السبب هو أكسيد قاعدي. في هذا الجزيء ، لا توجد رابطة معدنية معدنية ، كل الحديد متصل بذرات O فقط مع مدارات d.

لذلك ، في التهجين ، شكل معقدًا مداريًا داخليًا يتضمن مدار d لـ Fe و s ، و p مداري من ذرة O. يمكننا الآن شرح بنية لويس والتهجين وزاوية الرابطة وغيرها من الحقائق المهمة للحديد3O4 مع الشرح المناسب في الجزء التالي من المقالة.

1. كيفية رسم الحديد3O4 بنية؟

تعطينا بنية لويس للجزيء صورة واضحة للخصائص التساهمية للجزيء. دعونا نحاول رسم بنية لويس لـ Fe3O4 في بضع خطوات.

حساب إلكترونات التكافؤ

تتمثل الخطوة الأولى في رسم بنية لويس للجزيء في حساب إلكترونات التكافؤ الكلية للجزيء عن طريق حساب ذرة البدائل. إجمالي إلكترونات التكافؤ للحديد3O4 هي 40 وهي مساهمة ثلاثة Fe وأربعة إلكترونات تكافؤ O. هنا واحد Fe في +2 وحالتي أكسدة +3.

اختيار الذرة المركزية

بعد حساب إلكترونات التكافؤ ، يجب أن نختار الذرة المركزية لبنية لويس حتى نتمكن من ترتيب الذرات الأخرى وفقًا للمتطلبات. بناءً على الحجم والإيجابية الكهربائية ، يتم اختيار Fe على أنه الذرة المركزية هنا ، لذلك فإن ثلاث ذرات Fe هي الذرات المركزية وأربع O هي الذرات المحيطة.

إرضاء الثماني

لكل جزيء تساهمي بعد تكوين الرابطة ، يحاولون تحقيق الثماني الخاصة بهم لاكتساب الاستقرار من خلال إكمال مدارات التكافؤ. لثلاث ذرات Fe وأربع O ، ستكون الإلكترونات مطلوبة وفقًا للثمانية 7 * 8 = 56 لكن إلكترونات التكافؤ للجزيء هي 40 ، لذلك تمتلئ الإلكترونات المتبقية.

إرضاء التكافؤ

كل ذرة في جزيء راضية عن طريق التكافؤ المستقر خلال الثماني. يجب ملء 56-40 = 16 إلكترونًا بواسطة روابط 16/2 = 8 وهنا يتم استيفاء كل Fe وكل O من خلال تكافؤهم المستقر. هنا يظهر Fe نوعين من التكافؤ ، 2 و 3 و O يظهر فقط التكافؤ للتنافس على السندات.

عيّن الأزواج المنفردة

توجد الإلكترونات غير المرتبطة بعد تكوين الرابطة كأزواج وحيدة فوق الذرات المعنية. يحتوي كل من O و Fe هنا على أزواج وحيدة في مدارات التكافؤ الخاصة بكل منهما. لحساب مجموع الأزواج الوحيدة ، نجمع الأزواج الوحيدة من ذرات الحديد والأكسجين معًا. العدد الإجمالي للأزواج المنفردة هو 12.

2. Fe3O4 إلكترونات التكافؤ

توجد إلكترونات التكافؤ في الغلاف الخارجي لكل ذرة تشارك في تكوين الرابطة. دعونا نحسب إجمالي إلكترونات التكافؤ للحديد3O4 مركب.

إجمالي إلكترونات التكافؤ للحديد3O4 الجزيء 40 ، يتضمن إلكترونات التكافؤ لثلاث ذرات Fe وأربع ذرات O بشكل منفصل. توجد إلكترونات التكافؤ لـ Fe هنا 5 و 6 على التوالي. يحتوي O على ستة إلكترونات تكافؤ لأنه عنصر مجموعة VIA. Fe هو عنصر d-block لذلك يتم حساب الإلكترونات الموجودة في تلك المدارات.

  • إلكترونات التكافؤ الموجودة في ذرات O هي 6 (التكوين الإلكتروني [He] 2s22p4)
  • تظهر إلكترونات التكافؤ للحديد +3 حالة الأكسدة 5 ​​(3d5)
  • تظهر إلكترونات التكافؤ للحديد +2 حالة الأكسدة 6 ​​(3d6)
  • لذلك ، إجمالي إلكترونات التكافؤ للحديد3O4 سيكون الجزيء 6+ (5 * 2) + (4 * 6) = 40

3. الحديد3O4 أزواج هيكل وحيد

تُعرف الإلكترونات غير المرتبطة الموجودة في المدار الأبعد بعد تكوين الرابطة بالأزواج الوحيدة. الآن نحسب أزواج الحديد الوحيدة3O4.

مجموع الأزواج الوحيدة في Fe3O4 سيكون الجزيء 12 زوجًا مما يعني 24 إلكترونًا منفردًا. حيث توجد ثلاث ذرات Fe وأربع أزواج وحيدة من ذرات O. يساهم أحدهما في اثنين من الأزواج المنفردة ويساهم الآخران بزوج واحد من الأزواج المنفردة لكل منهما. يحتوي كل O على أزواج وحيدة بشكل منفصل.

  • معادلة حساب مجموع الأزواج المنفردة على الحديد3O4 جزيء ، أزواج وحيدة = إلكترونات التكافؤ - إلكترونات مرتبطة.
  • الأزواج الوحيدة فوق كل ذرة O هي ، 6-2 = 4
  • الأزواج الوحيدة على Fe لها 2 تكافؤ ، 6-2 = 4
  • الأزواج الوحيدة على Fe لها 3 تكافؤ ، 5-3 = 2
  • لذلك ، مجموع الأزواج الوحيدة فوق Fe3O4 سيكون الجزيء (4 * 4) + 4 + (2 * 2) = 24 زوجًا منفردًا من الإلكترونات.

4. الحديد3O4 شكل الهيكل

تم اعتماد الشكل الجزيئي بواسطة الجزيء المركزي وفقًا للبيئة المحيطة للذرات الأخرى. دعونا نتوقع شكل الحديد3O4.

الشكل الجزيئي للحديد3O4 هو رباعي السطوح حول ثلاثة مراكز Fe والتي يمكن إثباتها من الجدول التالي.

جزيئي
المعادلة
رقم
أزواج السندات
رقم
ثنائي وحيد
الشكل  علم الهندسة    
AX10خطي  خطي
AX2        20خطي  خطي  
AX       11خطي  خطي  
AX330ثلاثي الزوايا
مستو
ثلاثي الزوايا
مستو
AX2E     21انحنىثلاثي الزوايا
مستو
AX2     12خطي  ثلاثي الزوايا
مستو
AX440رباعي السطوحرباعي السطوح
AX3E     31ثلاثي الزوايا
هرمي        
رباعي السطوح
AX2E2    2             2انحنىرباعي السطوح
AX3                     13خطي  رباعي السطوح
AX550ثلاثي الزوايا
ثنائي الهرمي
ثلاثي الزوايا
ثنائي الهرمي
AX4E     41تأرجحثلاثي الزوايا
ثنائي الهرمي
AX3E2    32على شكل حرف T         ثلاثي الزوايا
ثنائي الهرمي
AX2E3    23خطي   ثلاثي الزوايا
ثنائي الهرمي
AX660ثماني السطوحثماني السطوح
AX5E     51             مربع
هرمي   
ثماني السطوح
AX4E2                    42مربع
هرمي 
ثماني السطوح
جدول VSEPR
Fe3O4 الشكل الجزيئي

وفقًا لـ VSEPR (نظرية زوج Valence Shell Electrons) ، فإن جزيء AX3اعتمد E الشكل الهرمي المثلثي على الرغم من أن الهندسة ستكون رباعية السطوح و AX2E2 النوع يتبنى شكلًا منحنيًا بدلاً من رباعي السطوح. يوجد هنا نوعان من ذرات الحديد بسبب حالات الأكسدة المختلفة واعتمدتا كلا الشكلين الهندسيين حولهما.

5. الحديد3O4 زاوية الهيكل

زاوية الرابطة هي الزاوية بعد اعتماد هندسة مثالية ثم عمل زاوية للتوجيه الصحيح للذرة. دعونا نحسب زاوية الرابطة للحديد3O4.

زاوية الرابطة لـ Fe-O-Fe هي 109.50 و O-Fe-O هو 1040. يظهر هذان النوعان من زوايا الرابطة في هذا الجزيء لأن هناك نوعين من مركز Fe الحالي ، والهندسة المحيطة بهما مختلفة ، وهي هرمية مثلثية والأخرى منحنية. لذلك ، لوحظ نوعان من زوايا الرابطة.

Fe3O4 زاوية السندات
  • دعونا نحسب زاوية الرابطة من قيمة التهجين للذرة المركزية.
  • باستخدام قاعدة عازمة COSθ = (p-1) / p يتنبأ بزاوية الرابطة
  • من أجل sd3 التهجين ، الحرف s هو 1/4th
  • ثم تكون زاوية الرابطة ، COSθ = [(1/4) -1] / (1/4)
  • COSθ = - (1/3)
  • Θ = COS-1- (1/3)
  • Θ = 109.50
  • إذن ، ستكون زاوية الرابطة 109.50 لكن في حالة الانحناء ، تكون الهندسة مثل الماء وتنخفض زاوية الرابطة إلى 1040.

6. الحديد3O4 تهجين

مزيج من اثنين من المدارات الذرية لتشكيل عدد متساوٍ من المدارات الهجينة الجديدة ذات الطاقة المكافئة يسمى التهجين. دعونا نستكشف تهجين الحديد3O4.

الحديد المركزي في الحديد3O4 هو sd3 مهجن هنا والذي يمكن تأكيده بالجدول التالي.

الهيكلية   تهجين
القيمة  
حالة من
تهجين
من الذرة المركزية
زاوية السندات
1. الخطي         2         sp / sd / pd1800
2-المخطط
ثلاثي الزوايا      
3sp2                   1200
3. رباعي السطوح 4sd3/ س3109.50
4 ثلاثي الزوايا
ثنائي الهرمي
5sp3د / دسب3900 (محوري)،
1200(استوائي)
5. الاوكتاهدرا   6        sp3d2/ د2sp3900
6. خماسي
ثنائي الهرمي
7sp3d3/d3sp3900، 720
جدول التهجين
  • يمكننا حساب التهجين بواسطة صيغة الاصطلاح ، H = 0.5 (V + M-C + A) ،
  • إذن ، تهجين مركز Fe (III) هو ½ (5 + 3 + 0 + 0) = 8 (sd3)
  • مرة أخرى ، تهجين Fe (II) الآخر هو ½ (6 + 2 + 0 + 0) = 8 (sd3)
  • ويشارك في التهجين مدار واحد مداري 4 ثوان وثلاثة مدارات ثلاثية الأبعاد من Fe.
  • يتم أيضًا تضمين أزواج Fe الوحيدة في sd3 تهجين.

7. هو الحديد3O4 صلب أم غاز؟

 يكون الجزيء صلبًا أو غازًا اعتمادًا على درجة حرارة ومادة حالة ذلك الجزيء المعين. دعونا نرى ما إذا كان Fe3O4 صلبة أو غازية.

Fe3O4 صلبة وتحدث بشكل طبيعي صبغة سوداء أو قوة سوداء. السبب الرئيسي للبقاء صلبًا هو أن هناك العديد من الروابط الموجودة في الجزيء بين ذرات الحديد والأكسجين ، لذلك يصبح التركيب البلوري للجزيء صلبًا ويوجد كصلب. كلا Fe2+ و Fe3+ موجودة في الجزء الصلب.

يتم استخراجه من معدن الهيماتيت وتوجد فيه شوائب مختلفة بحيث يظهر أسود اللون في شكله الصلب.

8. هل Fe3O4 يذوب في الماء؟

تعتمد القابلية للذوبان في الماء على طبيعة الرابطة H ويتم فصلها في محلول مائي عند درجة الحرارة. دعونا نرى ما إذا كان Fe3O4 قابل للذوبان في الماء أم لا.

Fe3O4 غير قابل للذوبان في الماء في درجة حرارة الغرفة. إنه غير قابل للذوبان في الماء الساخن والبارد أيضًا والسبب هو وجود رابطة قوية داخل الجزيء وطاقة الترطيب للجزيء أقل جدًا من المحتوى الحراري للرابطة ، لذلك يلزم المزيد من الطاقة لكسر الرابطة وقابل للذوبان في الماء .

على الرغم من أنه أكسيد أساسي إلا أنه يتفاعل مع الماء القابل للذوبان فيه.

9. هل Fe3O4 قطبي أو غير قطبي

تعتمد قطبية الجزيء على عزم t ثنائي القطب غير الصفري الناتج وشكله غير المتماثل. دعونا نتحقق مما إذا كان Fe3O4 قطبي أم لا.

Fe3O4 هو قطبي الجزيء والسبب الرئيسي هو الشكل غير المتماثل للجزيء. شكل الجزيء منحني وهرمي مثلث حول مركزين Fe وكلا الشكلين غير متماثلين حيث لا توجد فرصة لإلغاء قيمة عزم ثنائي القطب بين ذرات Fe إلى O وجعل الجزيء قطبي.

على الرغم من أنه جزيء قطبي ولكنه غير قابل للذوبان في مذيب قطبي مثل الماء ، فإن القطبية والذوبان ليس لهما علاقة مباشرة.

10. هل Fe3O4 مركب جزيئي؟

المركب الجزيئي هو تلك المواد التي تتكون من نسبة متكافئة مناسبة للذرات والتكافؤ. دعونا نتحقق مما إذا كان Fe3O4 مركب جزيئي أم لا.

Fe3O4 هو مركب جزيئي لأنه يتكون من ثلاثة أجزاء من الحديد وأربعة أجزاء من O ، لذلك فإن النسبة المتكافئة ثابتة دائمًا للجزيء. أيضًا ، يحافظ O الخاص بهم على التكافؤ ويحافظ Fe على التكافؤ المتغير مثل 2 و 3 ، وهناك رابطة مناسبة تتشكل بين الذرات المكونة.

إذا تم تغيير نسبة Fe و O ، فإنها تتحول إلى أكسيد آخر للحديد ولن يكون Fe3O4.

11. هل Fe3O4 حمض أم قاعدة؟

تعتمد الحموضة أو القاعدية على إطلاق H+ و OH- في المحلول المائي - نظرية أرهينيوس. دعونا نرى ما إذا كان Fe3O4 هو حمض أو قاعدة.

Fe3O4 ليس حامضًا ولا قاعديًا لأنه لا يمكنه إطلاق H+ أو أوه- الأيونات لأن هذه الأيونات غائبة في هذا الجزيء. ولكن يمكن أن يتصرف كأكسيد قاعدي عندما يتفاعل مع الماء فإنه يمكن أن يشكل قاعدة قوية ولكن لا يمكن أن يتصرف كقاعدة. لذلك ، لها خاصية الأكسيد ، ليست مثل الحمض أو القاعدة.

12. هل Fe3O4 بالكهرباء؟

المادة تتفكك في الماء لتتكسر إلى أيونيين وتحمل الكهرباء عبر المحلول يسمى بالكهرباء. دعونا نرى ما إذا كان Fe3O4 هو المنحل بالكهرباء أم لا.

Fe3O4 هو إلكتروليت لأنه يمكن أن ينقسم إلى Fe2+، في3+، و O2- الأيونات ، هذه الأيونات عبارة عن جزيئات مشحونة كهربائيًا بدرجة عالية وتحمل الكهرباء عبر المحلول بطريقة أسرع جدًا. الحديد عبارة عن معدن من كتلة d لذا فهو شديد الحساسية للكهرباء والأكسجين ذرة عالية الكهرسلبية. يمكن لهذه الأيونات أن تصنع محلولًا مشحونًا بقدراتها الأيونية.

13. هل Fe3O4 ملح؟

الأملاح هي تلك المادة التي يمكن أن تتشكل بخلاف H+ وغير OH- وتتشكل أيضًا من خلال التفاعل الأيوني بينهما. دعونا نرى ما إذا كان Fe3O4 هل هو ملح أم لا.

Fe3O4 هو ملح لأنه يحتوي على الحديد الموجب2+/ الحديد3+ وأنيون يا2- والتي تختلف عن H.+ و OH-. أيضًا ، يوجد تفاعل أيوني إلى حد ما بسبب Fe3+ شديدة الموجبة للكهرباء. لكنه لا يمكن أن يذوب في الماء على الرغم من أنه يعمل كأكسيد أساسي أكثر من الملح وبسبب الملح ، فإنه يحتوي على طاقة تفكك أكبر للرابطة.

14. هل Fe3O4 الأيونية أو التساهمية؟

لا يوجد جزيء تساهمية أو أيوني نقي ، بل العكس صحيح وفقًا لقوة الاستقطاب - قاعدة فاجان. دعونا نتحقق مما إذا كان Fe3O4 أيوني أو تساهمية.

Fe3O4 هو جزيء تساهمي لأن الرابطة الموجودة داخل الجزيء Fe و O كلاهما يشتركان في عدد متساوٍ من الإلكترونات في تلك الروابط. أيضًا ، فإن قطبية الرابطة ليست عالية جدًا بحيث تمتلك طابعًا أيونيًا. على الرغم من أن تهجينهم حدث في الذرة المركزية مثل الجزيء التساهمي.

قوة الاستقطاب للحديد2+ أو Fe3+ ليست عالية جدًا بحيث يمكنها استقطاب الأنيون. مرة أخرى ، فإن قابلية الاستقطاب لأنيون الأكسيد ضعيفة للغاية نظرًا لأنها ذات حجم أصغر ، لذا فهي تظهر القليل من الطابع الأيوني والشخصية التساهمية.

15. هل Fe3O4 مغناطيسي؟

تعتمد الطبيعة المغناطيسية للجزيء على وجود الإلكترونات غير المزاوجة في غلاف التكافؤ للمعدن. دعونا نرى ما إذا كان Fe3O4 مغناطيسي أم لا.

Fe3O4 هو جزيء مغناطيسي بشكل أكثر تحديدًا ، فهو موجود كالمغناطيسية في الطبيعة لأن هناك إلكترونات غير متزاوجة موجودة في مركزي Fe (III) و Fe (II). نظرًا لأن الأكسيد عبارة عن رابط ضعيف ضعيف ، لذا لم يحدث أي ازدواج للدوران ، لذا فإن كل دوران الإلكترونات هو القميص. لذلك ، توجد كالمغناطيسية في الطبيعة.

  • بالنسبة للحديد2+ هناك أربعة إلكترونات غير متزاوجة موجودة وللحديد3+ توجد خمسة إلكترونات غير مقترنة ،
  • لذلك ، بالنسبة لـ Fe3+ في المركز ، تزداد الطبيعة البارامغناطيسية للجزيء.
  •  يمكننا حساب حجم الطبيعة المغناطيسية بالصيغة ، [n (n + 1]1/2 ، حيث n هو عدد الإلكترونات غير المزاوجة.
  • إذن ، حجم الحديد2+ هو [4 (4 + 1]1/2 = 4.47 BM
  • مقدار الحديد3+ هو [5 (5 + 1]1/2 = 5.47 BM

في الختام

Fe3O4 هو جزيء مختلط التكافؤ من الحديد وهو أيضًا أكسيد أساسي يمكن أن يتفاعل مع الماء. إنه مركب شوكي عادي حيث يتبنى مركز معدني هندسة رباعية السطوح والآخر يتبنى هندسة ثماني السطوح في الهيكل الشبكي.

بيسواروب شاندرا داي

مرحبًا ...... أنا بيسواروب شاندرا داي ، لقد أكملت الماجستير في الكيمياء. تخصصي هو الكيمياء غير العضوية. الكيمياء لا تدور حول القراءة سطراً بسطر والحفظ ، إنه مفهوم يجب فهمه بطريقة سهلة وهنا أشارككم مفهوم الكيمياء الذي أتعلمه لأن المعرفة تستحق مشاركتها.

آخر المقالات

رابط إلى بنية SF4 Lewis: الرسومات والتهجين والشكل والرسوم والزوج والحقائق التفصيلية

هيكل SF4 Lewis: الرسومات ، التهجين ، الشكل ، الشحنات ، الزوج والحقائق التفصيلية

في هذه المقالة ، تمت مناقشة "هيكل sf4 lewis" ، التهجين ، شكل حساب الشحنة الرسمي لرباعي فلوريد الكبريت باختصار. في SF4 ، يرتبط الكبريت بأربع ذرات فلور. الكبريت ...

الرابط إلى هل SiF4 قطبي أم غير قطبي: لماذا ، كيف ، هيكل لويس ، تفسيرات مفصلة

هل SiF4 قطبي أم غير قطبي: لماذا ، كيف ، هيكل لويس ، تفسيرات مفصلة

"هل SiF4 قطبي أم غير قطبي" هو الموضوع الوصفي الرئيسي في هذه المقالة. تمثل هذه المقالة الكيمياء الكامنة وراء النظر في قطبية SiF4. هيكل نقطة لويس للمركب ...