Ossido di ferro (III): proprietà, reazioni, sintesi, usi

L’ossido ferrico il cui nome I.U.P.A.C. è ossido di ferro (III)  è un composto inorganico con formula Fe₂O₃ in cui il ferro presenta numero di ossidazione +3.
È uno dei tre ossidi del ferro insieme all’ossido di ferro (II) noto come ossido ferroso FeO e l’ossido di ferro (II e III) Fe₃O₄ che si trova nella magnetite.

La chimica superficiale dell’acqua sull’ossido di ferro (III) è un argomento di interesse e in una varietà di aree di ricerca tra cui catalisi, fotocatalisi (ad esempio, scissione fotoelettrochimica dell’acqua) e scienza della corrosione.

Proprietà

Può presentarsi in forma idrata.
L’ossido di ferro (III) presenta polimorfismo ed ha struttura: romboedrica (forma α), cubica (forme β e γ), ortorombica (forma ε)Si presenta sotto forma di una polvere rossa poco solubile in acqua mentre è solubile in acidi diluiti.

Dal punto di vista chimico, l’ossido di ferro (III) si comporta come un ossido anfotero, reagendo sia con acidi che con basi forti. A contatto con l’umidità atmosferica può idratarsi, formando ossidi idrati di colore più giallastro o bruno. È un materiale termodinamicamente stabile, motivo per cui è abbondante in natura come prodotto finale di processi di ossidazione del ferro (ruggine).

Dal punto di vista elettronico e magnetico, la forma α-Fe₂O₃ è un semiconduttore di tipo n con un band gap di circa 2,1 eV, proprietà che lo rende interessante per applicazioni in fotocatalisi e dispositivi optoelettronici. La forma γ, invece, presenta proprietà magnetiche, che ne hanno permesso l’uso storico nei supporti di memorizzazione magnetica e che ancora oggi sono sfruttate in campo tecnologico.

Tra le sue proprietà meccaniche, la durezza dell’ematite si colloca tra 5 e 6 nella scala di Mohs, rendendola abbastanza resistente all’abrasione e quindi utile anche come abrasivo.

Sintesi

L’ossido di ferro (III) essere ottenuto dalla decomposizione del carbonato di ferro (III) secondo la reazione:
Fe₂(CO₃)₃ → Fe₂O₃ + 3 CO₂

Si ottiene dalla reazione tra ferro e ossigeno in presenza di acqua:
4 Fe + 3 O₂ + 2 H₂O → 4 FeO(OH)

L’ossidrossido ferrico ottenuto alla temperatura di circa 200°C dà luogo a disidratazione secondo la reazione:
2 FeO(OH) → Fe₂O₃ + H₂O

Reazioni dell’ossido di ferro (III)

L’ossido di ferro (III) reagisce con:

• acido cloridrico per dare cloruro di ferro (III):
  Fe₂O₃ + 6 HCl → 2 FeCl₃ + 3 H₂O
• monossido di carbonio secondo una reazione di ossidoriduzione per dare ferro metallico e biossido di carbonio:
  Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

• alluminio nella reazione termite per dare ferro metallico e ossido di alluminio con sviluppo di calore:
  Fe₂O₃ + 2 Al → 2 Fe + Al₂O₃

Usi

L’ossido di ferro (III) è un composto estremamente versatile, largamente impiegato in numerosi settori:

-Industria siderurgica: rappresenta la principale fonte di ferro per la produzione di ghisa, acciaio e leghe metalliche. Viene utilizzato in altoforno come minerale di partenza e ridotto a ferro metallico tramite processi ad alta temperatura.

-Pigmenti e materiali da costruzione: grazie al suo tipico colore rosso-bruno, è impiegato come pigmento in pitture, rivestimenti, intonaci, ceramiche, piastrelle e prodotti da costruzione. I pigmenti a base di ossido ferrico sono molto apprezzati per la loro stabilità, resistenza alla luce e all’azione degli agenti atmosferici.

-Abrasivi e lucidanti: sotto forma di polvere finissima, nota come rouge, è usato per lucidare metalli preziosi, lenti ottiche e superfici delicate.

-Filtrazione e depurazione: i granuli di ossido ferrico vengono utilizzati come mezzo filtrante per la rimozione di fosfati e arsenico dalle acque, trovando applicazione sia in acquariologia che nei processi di trattamento delle acque reflue.

-Tecnologia e elettronica: l’ossido ferrico, in particolare nella forma γ (maghemite), è stato storicamente impiegato come materiale magnetico nei nastri di registrazione e nei supporti magnetici. Ancora oggi le sue proprietà magnetiche vengono sfruttate in dispositivi elettronici avanzati.

-Nanotecnologie e biomedicina: le nanoparticelle di Fe₂O₃ sono oggetto di intenso studio per applicazioni in diagnostica per immagini (MRI), rilascio controllato di farmaci e ipertermia magnetica contro le cellule tumorali, grazie alla loro biocompatibilità e comportamento magnetico controllabile.

-Catalisi: viene impiegato come catalizzatore o supporto catalitico in diverse reazioni industriali, tra cui la sintesi di ammoniaca e la decomposizione di vari inquinanti organici.

-Cosmetici: sotto forma di pigmento sicuro e atossico, viene utilizzato in trucchi, fondotinta e prodotti per il make-up, dove garantisce colorazioni stabili e resistenti.

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