stringtranslate.com

Ферригидрит

Рентгенограммы шестилинейного и двухлинейчатого ферригидрита.
Рентгенограммы шестилинейного (вверху) и двухлинейчатого (внизу) ферригидрита. Cu Kα-излучение.

Ферригидрит ( Fh ) — широко распространенный минерал оксигидроксида железа на поверхности Земли [6] [7] и, вероятно, один из компонентов внеземных материалов . [8] Он образуется в нескольких типах сред: от пресноводных до морских систем, от водоносных горизонтов до гидротермальных горячих источников и чешуек, почв и территорий, затронутых горнодобывающей деятельностью. Он может осаждаться непосредственно из насыщенных кислородом водных растворов, богатых железом , или бактериями либо в результате метаболической активности , либо в результате пассивной сорбции растворенного железа с последующей реакцией нуклеации . [9] Ферригидрит также встречается в ядре белка ферритина многих живых организмов с целью внутриклеточного хранения железа. [10] [11]

Состав

Ферригидрит существует только в виде мелкозернистого и очень дефектного наноматериала . Порошковая рентгенограмма 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. [12] [13] Шестистрочная форма была классифицирована IMA как минерал в 1973 году [14] с номинальной химической формулой 5 Fe.
2О
3·9 часов
2О.​ [15] Другие предложенные формулы: Fe
5ХО
8·4 часа
2О [16] и Fe
2О
3·2 FeO(OH) ·2,6 H
2О.​ [17] Однако его формула принципиально неопределенна, поскольку содержание воды в нем варьируется. Двухлинейную форму еще называют водными оксидами железа (HFO).

Из-за наночастичной природы ферригидрита его структура оставалась неуловимой в течение многих лет и до сих пор является предметом споров. [18] [19] [20] Дриц и др. В 1993 г. , используя данные рентгеноструктурного анализа, [12] предложили модель многофазной структуры шестилинейчатого ферригидрита с тремя компонентами: (1) бездефектными кристаллитами (f-фаза) с двойной гексагональной укладкой слоев кислорода и гидроксила ( последовательность ABAC) и неупорядоченные октаэдрические заполнения Fe, (2) дефектные кристаллиты (d-фаза) с короткодействующей фероксигитоподобной (δ-FeOOH) структурой и (3) подчиненный ультрадисперсный гематит (α-Fe 2 O 3 ). Модель дифракции была подтверждена в 2002 году методом нейтронной дифракции [21] , а три компонента наблюдались с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения . [22] [23] [24] Однофазная модель как для ферригидрита, так и для гидромаггемита [25] была предложена Мишелем и др. , [26] [27] в 2007–2010 годах на основе анализа парной функции 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. Мансо и др. показали в 2014 г. [28] , что Drits et al. Модель [12] воспроизводит данные PDF, а также данные Michel et al. [26] и в 2019 году [20] предположил, что тетраэдрическая координация возникает из-за примесей маггемита и магнетита , наблюдаемых с помощью электронной микроскопии. [23] [29] [30]

Пористость и потенциал поглощения окружающей среды

Из-за небольшого размера отдельных нанокристаллов Fh является нанопористым, что дает большие площади поверхности - несколько сотен квадратных метров на грамм. [31] 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 соединения, включая мышьяк , свинец , фосфат и органические молекулы ( например , гуминовые и фульвокислоты ). [32] [33] [34] [35] Его сильное и широкое взаимодействие с микроэлементами и металлоидами используется в промышленности, в крупных масштабах на водоочистных станциях, например, в Северной Германии и для производства городской воды в Хиросиме , и в небольших масштабах для очистки сточных и грунтовых вод , например, для удаления мышьяка из промышленных сточных вод и питьевой воды . [36] [37] [38] [39] [40] Его нанопористость и высокое сродство к золоту могут быть использованы для разработки наноразмерных частиц Au на носителе Fh для каталитического окисления CO при температурах ниже 0 ° C. [41] Дисперсные шестилинейные наночастицы ферригидрита можно захватить в везикулярное состояние, чтобы повысить их стабильность. [42]

Метастабильность

Ферригидрит — метастабильный минерал. Известно, что он является предшественником более кристаллических минералов, таких как гематит и гетит [43] [44] [45] [46] в результате роста кристаллов на основе агрегации . [47] [48] Однако его трансформация в природных системах обычно блокируется химическими примесями, адсорбированными на его поверхности, например кремнеземом, поскольку большинство природных ферригидритов являются кремнистыми . [49]

В восстановительных условиях, например, в глеевых почвах или в глубоких средах, обедненных кислородом, и часто при помощи микробной активности, ферригидрит может трансформироваться в грин-раст , слоистый двойной гидроксид (ЛДГ), также известный как минерал фужерит . Однако кратковременного воздействия кислорода воздуха на грин раст достаточно, чтобы он снова окислился до ферригидрита, что делает его очень неуловимым соединением.

Смотрите также

К лучше кристаллизованным и менее гидратированным оксигидроксидам железа относятся, среди прочего:

Рекомендации

  1. ^ Уорр, LN (2021). «Утвержденные IMA – CNMNC минеральные символы». Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021МинМ...85..291Вт. дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ «Данные о минералах ферригидрита». webmineral.com . Проверено 24 октября 2011 г.
  3. ^ «Информация и данные о минералах ферригидрита» . Mindat.org . Проверено 24 октября 2011 г.
  4. ^ «Справочник по минералогии» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 июля 2012 г. Проверено 24 октября 2011 г.
  5. ^ Минераленатлас
  6. ^ Дж. Л. Джамбор, Дж. Э. Дутризак, Chemical Reviews , 98, 22549–2585 (1998).
  7. ^ RM Корнелл RM, У. Швертаммн, Оксиды железа: структура, свойства, реакции, возникновение и использование , Wiley – VCH, Вайнхайм, Германия (2003)
  8. ^ М. Моретт, Происхождение жизни и эволюция биосферы , 28, 385–412 (1998).
  9. ^ Д. Фортин, С. Лэнгли, Earth-Science Reviews , 72, 1–19 (2005).
  10. ^ Н. Д. Частин, П. М. Харрисон, Журнал структурной биологии , 126, 182–194 (1999)
  11. ^ А. Левин, Г. Р. Мур, Н. Е. Ле Брун, Dalton Transactions , 22, 3597–3610 (2005)
  12. ^ abc В.А. Дриц, Б.А. Сахаров, А.Л. Салын и др. Clay Minerals , 28, 185–208 (1993)
  13. ^ А. Мансо А., В.А. Дриц, Clay Minerals , 28, 165–184 (1993)
  14. ^ Ф.В. Чукров, Б.Б. Звягин, А.И. Горшов и др. Международное геологическое обозрение , 16, 1131–1143 (1973).
  15. ^ М. Флейшер, Г.И. Чао, А. Като (1975): Американский минералог , том 60.
  16. ^ Кеннет М. Тау и Уильям Ф. Брэдли (1967): «Минералогический состав коллоидных« водных оксидов железа »». Журнал коллоидной и интерфейсной науки , том 24, выпуск 3, страницы 384–392. дои : 10.1016/0021-9797(67)90266-4
  17. ^ Дж. Д. Рассел (1979): «Инфракрасная спектроскопия ферригидрита: доказательства присутствия структурных гидроксильных групп». Clay Minerals , том 14, выпуск 2, страницы 109–114. дои : 10.1180/claymin.1979.014.2.03
  18. ^ Д. Г. Ранкур, Ж. Ф. Менье, американский минералог , 93, 1412–1417 (2008).
  19. ^ А. Мансо. Американский минералог , 96, 521–533 (2011).
  20. ^ ab А. Мансо ACS Earth and Space Chemistry , 4, 379–390 (2020). doi : 10.1021/acsearthspacechem.9b00018
  21. ^ Э. Янсен, А. Кек, В. Шафер, У. Швертманн. Прил. Физ. А: Мэтр. наук. Процесс. , 74, С1004–С1006 (2002)
  22. ^ Д.Э. Дженни, Дж.М. Коули, П.Р. Бусек. Американский минералог , 85, 1180–1187 (2000).
  23. ^ аб Д.Э. Дженни, Дж.М. Коули, П.Р. Бусек. Американский минералог , 86, 327–335 (2001).
  24. ^ А. Мансо. Clay Minerals , 44, 19–34 (2009)
  25. ^ В. Бэррон, Дж. Торрент, Э. де Грейв, американский минералог , 88, 1679–1688 (2003)
  26. ^ ab FM Мишель, Л. Эм, С. М. Антао и др. Наука , 316, 1726–1729 (2007)
  27. ^ FM Мишель, В. Бэррон, Дж. Торрент и др. ПНАН , 107, 2787–2792 (2010)
  28. ^ А. Мансо, С. Скантхакумар, С. Содерхольм, американский минералог , 99, 102–108 (2014). дои : 10.2138/am.2014.4576
  29. ^ XJM Коули, Д.Э. Дженни, Р.К. Геркин, П.Р. Бусек, PR, Журнал структурной биологии 131, 210–216 (2000)
  30. ^ Z DE Дженни, Дж. М. Коули, П. Р. Бусек, Клэйс Клэй Майнер. , 48, 111–119 (200)
  31. ^ Т. Химстра, WH Ван Римсдейк, Geochimica et Cosmochimica Acta , 73, 4423–4436 (2009)
  32. ^ А.Л. Фостер, Дж.Э. Браун, Т.Н. Тингл и др. Американский минералог , 83, 553–568 (1998).
  33. ^ А.Х. Уэлч, Д.Б. Вестджон, Д.Р. Хелсель и др. Грунтовые воды , 38, 589–604 (2000).
  34. ^ М. Ф. Хочелла , Т. Касама, А. Путнис и др. Американский минералог , 90, 718–724 (2005).
  35. ^ Д. Постма, Ф. Ларсен, NTM Hue и др. Geochimica et Cosmochimica Acta , 71, 5054–5071 (2007).
  36. ^ П.А. Риверос Дж. Э. Дутризак, П. Спенсер, Canadian Metallurgical Quarterly , 40, 395–420 (2001)
  37. ^ OX Leupin SJ Hug, Water Research , 39, 1729–1740 (2005)
  38. ^ С. Джессен, Ф. Ларсен, CB Кох и др. Экологические науки и технологии , 39, 8045–8051 (2005).
  39. ^ ab А. Мансо, М. Лансон, Н. Джеффрой, Geochimica et Cosmochimic Acta , 71, 95–128 (2007)
  40. ^ Д. Пактунц, Дж. Дутризак, В. Герцман, Geochimica et Cosmochimica Acta , 72, 2649–2672.
  41. ^ Н. А. Ходж, К. Дж. Кили, Р. Уайман и др. Катализ сегодня , 72, 133–144 (2002).
  42. ^ Л. Джентиле, Журнал коллоидной и интерфейсной науки , https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.09.192 (2021).
  43. ^ У. Швертманн, Э. Мурад, Clays Clay Minerals , 31, 277 (1983)
  44. ^ У. Швертманн, Дж. Фридл, Х. Станжек, Журнал коллоидной и интерфейсной науки , 209, 215–223 (1999)
  45. ^ У. Швертманн, Х. Станьек, Х. Х. Бехер, Клэй Майнер. 39, 433–438 (2004)
  46. ^ Ю. Куденнек, А. Лесерф (2006). «Пересмотр трансформации ферригидрита в гетит или гематит» (PDF) . Журнал химии твердого тела . 179 (3): 716–722. Бибкод : 2006JSSCh.179..716C. дои : 10.1016/j.jssc.2005.11.030. S2CID  93994327.
  47. ^ В. Р. Фишер, У. Швертманн, Глины и глинистые минералы , 23, 33 (1975)
  48. ^ Дж. Ф. Банфилд, С. А. Уэлч, Х. З. Чжан и др. Наука , 289, 751–754 (2000)
  49. ^ Л. Карлсон, У. Швертманн, Geochimica et Cosmochimica Acta , 45, 421-429 (1981)