أنواع أكاسيد الحديد: الصيغ وأعداد التأكسد والألوان

الصيغة تبين نسب الذرات، لا كل تفاصيل المادة

الصيغة FeO تعني نسبة عددية مثالية واحد إلى واحد بين الحديد والأكسجين. وفي Fe2O3 النسبة اثنان إلى ثلاثة، وفي Fe3O4 ثلاثة إلى أربعة. لا تعني هذه الأرقام نسبة كتل مساوية لها؛ فكتلة ذرة الحديد تختلف عن كتلة ذرة الأكسجين. ^[1][2]

في المواد الصلبة لا يلزم أن تكون وحدة الصيغة جزيئًا منفصلًا. كما أن الصيغة وحدها لا تعرض ترتيب الذرات أو كل العيوب في عينة حقيقية. لذلك نوضح في الرسم أنه محاسبة عددية، وليس نموذج شبكة بلورية مقاسة.

كيف نحسب عدد تأكسد الحديد؟

نستعمل في هذه الأكاسيد البسيطة عدد تأكسد للأكسجين مقداره −2. ويجب أن يكون مجموع أعداد التأكسد في المركب المتعادل صفرًا. هذه قواعد للحساب الكيميائي، وليست وصفًا كاملًا لتوزيع الشحنة المقاس في كل رابطة. ^[4]

في FeO تكون مساهمة الأكسجين −2، فيقابلها للحديد +2. وفي Fe2O3 تكون مساهمة الأكسجين 3×(−2)=−6، فيكون مجموع الحديد +6، أي +3 لكل ذرة في هذا الوصف.

أما Fe3O4 فمساهمة الأكسجين −8. يتوازن ذلك في الوصف المعتاد بأعداد حديد +2 و +3 و +3: 2+3+3=8. المتوسط 8/3 لا يعني أن كل ذرة حديد لها عدد تأكسد مستقل يساوي +2.666…؛ وهو متوسط حسابي مختلف عن توزيع الحالات. اسم أكسيد الحديد الثنائي والثلاثي يعكس هذا التمييز. ^[3]

المغنيتيت والهيماتيت وما يختلف مع الصيغة نفسها

يذكر جدول المعادن صيغة الهيماتيت Fe2O3، وصيغة المغنيتيت Fe3O4. وهما مثالان لمواد معدنية حاملة للحديد. لا نساوي بين المغنيتيت والحديد العنصري، ولا بين معدن داخل صخر وتركيب الصخر كله. ^[2]

وتعرض مكتبة علمية عينة ماغيميت بصيغة γ-Fe2O3. هذا مثال على أن الاسم والبنية مهمان أيضًا: اشتراك الهيماتيت والماغيميت في النسبة الكيميائية الأساسية لا يجعل المادة والبنية والخواص شيئًا واحدًا. ^[5]

لذلك إذا أعطيت الصيغة Fe2O3 فقط، تستطيع قراءة نسبة الحديد والأكسجين وحساب عدد التأكسد، لكن لا تنسب كل خاصية لكل شكل بلوري محتمل دون تحديده.

الأصفر والأحمر والأسود في اصطلاح الأصباغ

تسرد مواصفات فنية منشورة عام 2008 صباغًا أحمر أساسه أكسيد الحديد الثلاثي Fe2O3، وأسود يوصف بأكسيد الحديد الثنائي والثلاثي FeO·Fe2O3، وأصفر يوصف بمادة مائية من الصيغة FeO(OH)·xH2O. نستعملها لشرح التسميات والتركيب، لا كترخيص استعمال أو تقييم صحي حالي. ^[3]

تعادل كتابة FeO·Fe2O3 نسبة الصيغة Fe3O4 في المحاسبة. ولا تجعل النقطة وحدها المادة كيسًا من مسحوقين منفصلين. أما المجموعة OH في المادة الصفراء فتضيف الهيدروجين، لذلك لا نساويها بصيغة أكسيد لامائي من الحديد والأكسجين فقط.

ويعرض جدول المعادن الغوثيت بصيغة FeOOH، وهي طريقة مكافئة لكتابة FeO(OH). في المركبات المائية قد يدل x على مقدار ماء إضافي؛ لا نعطيه قيمة واحدة لجميع العينات دون تحديد المادة. ^[2][3]

اللون وصف مفيد، لكنه لا يثبت هوية مركب مجهول أو نقاوته؛ كما قد تضم المادة الصباغية شوائب أو مكونات مصاحبة. لا يعوض الاسم اللوني بيانات التركيب.

مثال أصلي: نسبة الحديد في أكسيدين

نستعمل كتلتين ذريتين نسبيتين من المرجع: للحديد 55.845 وللأكسجين 15.999. في أكسيد مثالي نقي من الصيغة Fe2O3، تكون كتلة الصيغة 2×55.845+3×15.999=159.687، ومساهمة الحديد 111.690. ^[6][7]

إذن نسبة كتلة الحديد 111.690/159.687×100≈69.943%. وفي Fe3O4 تكون كتلة الصيغة 3×55.845+4×15.999=231.531، ومساهمة الحديد 167.535، فالنسبة 167.535/231.531×100≈72.360%.

لو كانت لدينا كتلة 100 غرام من كل مركب مثالي نقي، لكان محتوى الحديد النظري نحو 69.94 غرامًا في الأول و 72.36 غرامًا في الثاني. نحن نحسب عنصرًا مرتبطًا في المركب، لا كمية حديد فلزي حر ولا مردود عملية استخراج.

إذا كانت العينة خليطًا أو احتوت مواد أخرى، لا تطبق هذه النسبة على كتلتها كلها كما لو كانت نقية. كذلك لا نستنتج أن النسبة الأعلى تجعل كل خام أفضل اقتصاديًا؛ فهذا سؤال يحتاج إلى عوامل وبيانات أخرى.

مراجعة سريعة للأسماء

اقرأ الصيغة أولًا، ثم حدد هل السؤال عن نسب الذرات أو أعداد التأكسد أو كتلة العنصر أو المعدن أو الصباغ. هذه أسئلة مترابطة، لكن جواب أحدها لا يجيب تلقائيًا عن البقية.