Hidruro de hierro (I)
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| Nombres | |||
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| Nombre sistemático de la IUPAC Hidruro de hierro (3•) | |||
| Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |||
| FeH3 • | |||
| Masa molar | 56,853 g mol −1 | ||
| Termoquímica | |||
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | 450,6 kJ mol −1 [ cita requerida ] | ||
| Compuestos relacionados | |||
Compuestos relacionados | Hidruros de hierro , FeH2CrH , CaH , MgH | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |||
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El hidruro de hierro (I) , denominado sistemáticamente hidruro de hierro y poli(hidruro de hierro), es un compuesto inorgánico sólido con la fórmula química (FeH)
norte(también escrito ([FeH])
norteo FeH). Es termodinámica y cinéticamente inestable frente a la descomposición a temperatura ambiente y, como tal, se sabe poco acerca de sus propiedades en masa.
El hidruro de hierro (I) es el hidruro de hierro polimérico más simple. Debido a su inestabilidad, no tiene usos industriales prácticos. Sin embargo, en la química metalúrgica , el hidruro de hierro (I) es fundamental para ciertas formas de aleaciones de hierro-hidrógeno .
Nomenclatura
El nombre sistemático hidruro de hierro , un nombre IUPAC válido , se construye de acuerdo con la nomenclatura compositiva. Sin embargo, como el nombre es de naturaleza compositiva, no distingue entre compuestos de la misma estequiometría, como especies moleculares, que exhiben propiedades químicas distintas. Los nombres sistemáticos poli(hidruro de hierro) y poli[ferrano(1)] , también nombres IUPAC válidos, se construyen de acuerdo con las nomenclaturas aditiva y sustitutiva deficiente en electrones, respectivamente. Distinguen al compuesto titular de los demás.
Hidruro de hierro
El hidrurohierro, también denominado sistemáticamente ferrano(1), es un compuesto relacionado con la fórmula química FeH (también escrito [FeH]). También es inestable a temperatura ambiente y tiene una tendencia adicional a autopolimerizarse, por lo que no se puede concentrar.
El hidruro de hierro es el hidruro de hierro molecular más simple. Además, puede considerarse como el monómero de hidruro de hierro (I). Se ha detectado de forma aislada solo en entornos extremos, como atrapado en gases nobles congelados , en la atmósfera de estrellas frías o como gas a temperaturas superiores al punto de ebullición del hierro. Se supone que tiene tres enlaces de valencia colgantes y, por lo tanto, es un radical libre ; su fórmula puede escribirse FeH 3• para enfatizar este hecho.
A temperaturas muy bajas (por debajo de 10 K ), el FeH puede formar un complejo con el hidrógeno molecular FeH·H 2 . [1]
El hidridoiron fue detectado por primera vez en el laboratorio por B. Kleman y L. Åkerlind en la década de 1950. [ cita requerida ]
Propiedades
Radicalidad y acidez
Un solo electrón de otra especie atómica o molecular puede unirse al centro de hierro en el hidrurohierro por sustitución:
- [FeH] + RR → [FeHR] + ·R
Debido a esta captura de un solo electrón, el hidrurohierro tiene carácter radical . El hidrurohierro es un radical fuerte.
Un par de electrones de una base de Lewis puede unirse al centro de hierro por aducción:
- [FeH] + :L → [FeHL]
Debido a esta captura de un par de electrones aducidos , el hidruro de hierro tiene un carácter ácido de Lewis . Se debería esperar que el hidruro de hierro (I) tenga propiedades radicalarias significativamente reducidas, pero tiene propiedades ácidas similares; sin embargo, las velocidades de reacción y las constantes de equilibrio son diferentes.
Estructura
En el hidruro de hierro (I), los átomos forman una red, en la que los átomos individuales están interconectados por enlaces covalentes . Dado que es un sólido polimérico, no se espera que una muestra monocristalina experimente transiciones de estado, como fusión y disolución, ya que esto requeriría la reorganización de los enlaces moleculares y, en consecuencia, cambiaría su identidad química. Se espera que las muestras cristalinas coloidales, en las que las fuerzas intermoleculares son relevantes, experimenten transiciones de estado.
El hidruro de hierro (I) adopta una estructura cristalina compacta de doble hexágono con el grupo espacial P6 3 /mmc, también denominado hidruro de hierro épsilon-prima en el contexto del sistema hierro-hidrógeno. Se prevé que presente polimorfismo, pasando a una temperatura inferior a −173 °C (−279 °F) a una estructura cristalina centrada en las caras con el grupo espacial Fm 3 m.
Propiedades electromagnéticas
Se predice que FeH tendrá un cuarteto y un sexteto de estados fundamentales.
La molécula de FeH tiene al menos cuatro estados electrónicos de baja energía causados por el electrón no enlazante que toma posiciones en diferentes orbitales: X 4 Δ, a 6 Δ b 6 Π, [2] y c 6 Σ + . [3] Los estados de mayor energía se denominan B 4 Σ − , C 4 Φ, D 4 Σ + , E 4 Π y F 4 Δ. [4] Los niveles aún más altos se etiquetan como G 4 Π y H 4 Δ del sistema de cuarteto, y d 6 Σ − , e 6 Π, f 6 Δ y g 6 Φ. [2] En los estados de cuarteto, el número cuántico interno J toma los valores 1/2, 3/2, 5/2 y 7/2.
nombre de la banda | longitud de onda nm | número de onda cm −1 | transición |
|---|---|---|---|
| Ala Ford | 989.6 | 10100 | F 4 Δ—X 4 Δ |
| azul | 490 | 20408 | g 6 Φ—a 6 Δ |
| verde | 530 | 18867 | e 6 Π—a 6 Δ |
El FeH tiene una banda de absorción importante (llamada banda Wing-Ford ) en el infrarrojo cercano con un borde de banda a 989,652 nm y una absorción máxima a 991 nm. [5] También tiene líneas en azul de 470 a 502,5 nm y en verde de 520 a 540 nm. [6]
El pequeño desplazamiento isotópico del FeD deuterado en comparación con el FeH en esta longitud de onda muestra que la banda se debe a una transición (0,0) desde el estado fundamental , es decir, F 4 Δ—X 4 Δ. [7]
Existen varias otras bandas en cada parte del espectro debido a diferentes transiciones vibracionales. [8] La banda (1,0), también debida a las transiciones F 4 Δ—X 4 Δ, está alrededor de 869,0 nm y la banda (2,0) alrededor de 781,8 nm. [4]
Dentro de cada banda hay un gran número de líneas. Estas se deben a la transición entre diferentes estados rotacionales. Las líneas se agrupan en subbandas 4 Δ 7/2 — 4 Δ 7/2 (más fuerte) y 4 Δ 5/2 — 4 Δ 5/2 , 4 Δ 3/2 — 4 Δ 3/2 y 4 Δ 1/2 — 4 Δ 1/2 . Los números como 7/2 son valores para Ω el componente de espín. [8] Cada una de estas tiene dos ramas P y R, y algunas tienen una rama Q. Dentro de cada una hay lo que se llama división Λ que da como resultado líneas de energía más baja (designadas "a") y líneas de energía más alta (llamadas "b"). Para cada una de estas hay una serie de líneas espectrales dependientes de J, el número cuántico rotacional, comenzando desde 3,5 y subiendo en pasos de 1. Qué tan alto llega J depende de la temperatura. Además hay 12 ramas satélite 4 Δ 7/2 — 4 Δ 5/2 , 4 Δ 5/2 — 4 Δ 3/2 , 4 Δ 3/2 — 4 Δ 1/2 , 4 Δ 5/2 — 4 Δ 7/2 , 4 Δ 3/2 — 4 Δ 5/2 y 4 Δ 1/2 — 4 Δ 3/2 con derivaciones P y R. [5]
Algunas líneas son sensibles al campo magnético, como las de 994,813 y 995,825 nm. Se ensanchan por el efecto Zeeman , pero otras en la misma banda son insensibles a los campos magnéticos, como las de 994,911 y 995,677 nm. [9] Hay 222 líneas en el espectro de la banda (0-0). [10]
Aparición en el espacio exterior
El hidruro de hierro es una de las pocas moléculas que se encuentran en el Sol. [11] En 1972 se informaron líneas de FeH en la parte azul-verde del espectro solar, incluidas muchas líneas de absorción en 1972. [6] Las umbras de las manchas solares también muestran la banda Wing-Ford de forma prominente. [8]
Las bandas de FeH (y otros hidruros de metales de transición y tierras alcalinas ) aparecen de forma destacada en los espectros de emisión de las enanas M y las enanas L , el tipo más caliente de enana marrón. En el caso de las enanas T más frías , las bandas de FeH no aparecen, [12] probablemente debido a que las nubes de hierro líquido bloquean la visión de la atmósfera y la eliminan de la fase gaseosa de la atmósfera. En el caso de las enanas marrones aún más frías (<1350 K), reaparecen las señales de FeH, lo que se explica por los huecos que presentan las nubes. [13]
La explicación del tipo de estrellas en las que aparece la banda de FeH Wing-Ford es que la temperatura ronda los 3000 K y la presión es suficiente para que se formen una gran cantidad de moléculas de FeH. Una vez que la temperatura alcanza los 4000 K, como en una enana K, la línea es más débil debido a que se disocian más moléculas. En las gigantes rojas M, la presión del gas es demasiado baja para que se forme FeH. [7]
Las galaxias elípticas y lenticulares también tienen una banda Wing-Ford observable, debido a que una gran cantidad de su luz proviene de enanas M. [ 8]
En 2021, se confirmó la presencia de rastros de FeH en la atmósfera del Júpiter caliente WASP-79b . [14]
Producción
Kleman y Åkerlind produjeron por primera vez FeH en el laboratorio calentando hierro a 2600 K en un horno tipo King bajo una fina atmósfera de hidrógeno.
El FeH molecular también se puede obtener (junto con FeH 2 y otras especies) vaporizando el hierro en una atmósfera de argón-hidrógeno y congelando el gas sobre una superficie sólida a unos 10 K (-263 °C ). El compuesto se puede detectar mediante espectroscopia infrarroja y aproximadamente la mitad desaparece cuando la muestra se calienta brevemente a 30 K. [15] Una técnica variante utiliza una atmósfera de hidrógeno puro condensado a 4 K. [1]
Este procedimiento también genera moléculas que se pensaba que eran FeH 3 (hidruro férrico) pero que luego se asignaron a una asociación de FeH e hidrógeno molecular H 2 . [16]
El FeH molecular se ha producido por la desintegración de 57 Co incrustado en hidrógeno sólido. La espectroscopia Mössbauer reveló un desplazamiento de isómero de 0,59 mm/s en comparación con el hierro metálico y una división cuadripolar de 2,4 mm/s. [17] El FeH también se puede producir por la interacción del vapor de pentacarbonilo de hierro y el hidrógeno atómico en una descarga de microondas. [18]
Véase también
Referencias
- ^ ab Wang, Xuefeng; Andrews, Lester (2009). "Espectros infrarrojos y cálculos teóricos para hidruros metálicos de Fe, Ru y Os y complejos de dihidrógeno". The Journal of Physical Chemistry A . 113 (3): 551–563. Bibcode :2009JPCA..113..551W. doi :10.1021/jp806845h. PMID 19099441.
- ^ ab Hullah, Daniel F.; Burrow, Richard F.; Brown, John M. (septiembre de 1999). "Niveles de energía bajos de la molécula de FeH". Física molecular . 97 (1–2): 93–103. Código Bibliográfico :1999MolPh..97...93H. doi :10.1080/00268979909482812.
- ^ Goodridge, Damian M.; Hullah, Daniel F.; Brown, John M. (8 de enero de 1998). "Análisis rotacional y asignación del sistema de banda de 630 nm de FeH a la transición e 6Π–c 6Σ1". Journal of Chemical Physics . 108 (2): 428–435. Bibcode :1998JChPh.108..428G. doi :10.1063/1.475404.
- ^ ab Ram, RS; Bernath, PF; Davis, SP (10 de mayo de 1996). "Espectroscopia de emisión por transformada de Fourier del sistema g4Δ–a4Δ de FeF" (PDF) . Journal of Molecular Spectroscopy . 179 (2): 297. Bibcode :1996JMoSp.179..282R. doi :10.1006/jmsp.1996.0207. Archivado desde el original (PDF) el 10 de marzo de 2005.
- ^ ab Phillips, JG; Davis, SP; Lindgren, B.; Balfour, WJ (diciembre de 1987). "El espectro infrarrojo cercano de la molécula FeH". Serie de suplementos de revistas astrofísicas . 65 : 721–778. Código Bibliográfico : 1987ApJS...65..721P. doi : 10.1086/191241. ISSN 0067-0049.
- ^ ab Carroll, PK; McCormack (1 de octubre de 1972). "El espectro de FeH: identificación solar y de laboratorio". Astrophysical Journal Letters . 177 : L33–L36. Código Bibliográfico :1972ApJ...177L..33C. doi :10.1086/181047.
- ^ ab Nordh, HL; Lindgren, B.; Wing, RF (abril de 1977). "Propuesta de identificación de FeH en los espectros de enanas M y estrellas S". Astronomía y Astrofísica . 56 (1–2): 1–6. Bibcode :1977A&A....56....1N.
- ^ abcd Schiavon, Ricardo P.; Barbuy, B.; Singh, Patan D. (20 de julio de 1997). "La banda Wing-Ford de FeH en espectros de estrellas M". The Astrophysical Journal . 484 (1). The American Astronomical Society: 499–510. arXiv : astro-ph/9701186 . Código Bibliográfico :1997ApJ...484..499S. doi :10.1086/304332. S2CID 118896684.
- ^ Reiners, Ansgar; Schmitt, Jürgen HMM; Liefke, C. (2007). "Variabilidad rápida del flujo magnético en la estrella fulgurante CN Leonis" (PDF) . Astronomía y Astrofísica . 466 (2): L13–L16. arXiv : astro-ph/0703172 . Bibcode :2007A&A...466L..13R. doi :10.1051/0004-6361:20077095. S2CID 17926213.
- ^ Mulchaey, John S. (febrero de 1989). "La temperatura rotacional de la molécula de FeH en una mancha solar". Publicaciones de la Sociedad Astronómica del Pacífico . 101 (636). The University of Chicago Press: 211–214. Bibcode :1989PASP..101..211M. doi : 10.1086/132424 . JSTOR 40679297.
- ^ Sinha, K. (1991). "Moléculas en el sol". Actas de la Sociedad Astronómica de Australia . 9 (1). Sociedad Astronómica de Australia: 32. Bibcode :1991PASA....9...32S. doi :10.1017/S1323358000024814. S2CID 118585000.alrededor de 11 moléculas diferentes
- ^ Cowen, Ron (4 de julio de 1998). "Qué genial, y algunos siguen siendo estrellas". Science News .
- ^ Burgasser, Adam J.; Marley, Mark S.; Ackerman, Andrew S.; Saumon, Didier; Lodders, Katharina ; Dahn, Conard C.; Harris, Hugh C.; Kirkpatrick, J. Davy (1 de junio de 2002). "Evidencia de disrupción de nubes en la transición de enanas L/T". The Astrophysical Journal . 571 (2): L151–L154. arXiv : astro-ph/0205051 . Código Bibliográfico :2002ApJ...571L.151B. doi :10.1086/341343. S2CID 17929123.
- ^ Foote, Trevor O.; Lewis, Nikole K.; Kilpatrick, Brian M.; Goyal, Jayesh M.; Bruno, Giovanni; Wakeford, Hannah R.; Robbins-Blanch, Nina; Kataria, Tiffany; MacDonald, Ryan J.; López-Morales, Mercedes; Sing, David K.; Mikal-Evans, Thomas; Bourrier, Vincent; Henry, Gregory; Buchhave, Lars A. (2022), "El espectro de emisión del Júpiter caliente WASP-79b desde el HST/WFC3", The Astronomical Journal , 163 (1): 7, arXiv : 2107.14334 , Bibcode :2022AJ....163....7F, doi : 10.3847/1538-3881/ac2f4a , S2CID 236635028
- ^ Chertihin, George V.; Andrews, Lester (1995). "Espectros infrarrojos de FeH, FeH 2 y FeH 3 en argón sólido". Revista de química física . 99 (32): 12131–12134. doi :10.1021/j100032a013.
- ^ Andrews, Lester (30 de enero de 2004). "Espectros infrarrojos de matriz y cálculos funcionales de densidad de hidruros de metales de transición y complejos de dihidrógeno". Chemical Society Reviews . 33 (2): 123–132. doi :10.1039/B210547K. PMID 14767507.
- ^ Pasternak, M.; Van Der Heyden, M.; Langouche, G. (febrero de 1984). "La caracterización de moléculas de FeH mediante espectroscopia Mössbauer". Chemical Physics Letters . 104 (4): 398–400. Bibcode :1984CPL...104..398P. doi :10.1016/0009-2614(84)80087-1.
- ^ Brown, John M.; Körsgen, Helga; Beaton, Stuart P.; Evenson, Kenneth M. (2006). "El espectro rotacional y de estructura fina de FeH, estudiado por resonancia magnética láser de infrarrojo lejano". The Journal of Chemical Physics . 124 (23). Instituto Americano de Física: 234309. Bibcode :2006JChPh.124w4309B. doi :10.1063/1.2198843. PMID 16821920. S2CID 31889615.
Lectura adicional
- Bibliografía de FeH de ExoMol
