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Formation and properties of Fe(II)Fe(III) hydroxy-carbonate and its possible significance in soil formation

Published online by Cambridge University Press:  09 July 2018

R. M. Taylor*
Affiliation:
CSIRO Division of Soils, Private Bag 2, Glen Osmond, South Australia 5064

Abstract

Small amounts of Fe(III) induce precipitation of Fe(II) from carbonate solutions around neutral pH values. The reaction involves the formation of Fe(II)Fe(III) hydroxycarbonate, a green, layer-structured compound of the pyroaurite group of minerals. Variations in the concentration of Fe(II) in the solution phase, and in the form and amounts of the total Fe(III) in the system, may cause other phases such as magnetite and siderite to form also. Freeze-dried Fe(II)Fe(III) hydroxy-carbonate undergoes topotactic alteration to a magnetic phase, presumably maghemite, when stored under vacuum. The compound is readily oxidized in air in either the moist or dry state, rapidly becoming yellow or yellow-brown in colour. Oxidation leads to the formation of either goethite, lepidocrocite, ferrihydrite or mixtures of these phases, depending on the mode of oxidation and the impurities present. The similarity between the rapid colour changes and the oxidation products of the blue-green precipitates in gleyed soil horizons and this Fe(II)Fe(III) hydroxy-carbonate leads to the speculation that this and related compounds may be the meta-stable precipitates in such soils, rather than a previously postulated hydro-magnetite phase. Eh and pH conditions for the formation of Fe(II)Fe(III) hydroxy-carbonate are given, and are in the range encountered in the soil environment.

Résumé

Résumé

Des petites quantités de Fe (III) provoquent la précipitation de Fe (II) à partir de solution de carbonate pour des valeurs de pH proches de la neutralité. La réaction provoque la formation de Fe (II) Fe (III) hydroxy-carbonate, un minéral vert à structure feuilletée du groupe de la pyroaurite. Des variations de la concentration en Fe (II) dans la phase solution et dans la forme et les quantités du Fe (III) total du système, peuvent provoquer la formation d'autres phases telles que la magnétite et la sidérite.

Kurzreferat

Kurzreferat

Geringe Mengen von Fe(III) bewirken die Ausfällung von Fe(II) aus Karbonatlösungen im neutralen pH-Bereich. Diese Reaktion bringt ebenso die Bildung von Fe(II)-Fe(III) Hydroxy-Karbonat mit sich, einer grünen Verbindung mit Schichtgitterstruktur aus der Pyroaurit-Gruppe. Veränderungen der Fe(II)-Konzentration in der Lösung, ebenso wie die Form und die Menge des gesamten Fe(III) im System, können zur Bildung anderer Phasen, wie Magnetit und Siderit führen.

Unter Vakuum wird gefriergetrocknetes Fe(II) Fe(III) Hydroxy-Karbonat topotaktisch zu einer magnetischen Phase, vermutlich Meghemit, umgewandelt. Die feuchte oder auch trockene Verbindung oxidiert sehr leicht an Luft und wird schnell gelb oder gelbbraun. Durch Oxidation kommt es zur Bildung von entweder Goethit, Lepidokrokit und Ferrihydrit oder zu einem Gemisch dieser Phasen. Das hängt von dem Grad der Oxidation und von vorhandenen Verunreinigungen ab. Der schnelle Farbumschlag und die Oxidationsprodukte von blaugrünen Ausfällungen in Bodenhorizonten sind ähnlich den Reaktionen, die oben für das Fe(II)Fe(III)-Hydroxy-Karbonat beschrieben wurden. Das führt zu der Ansicht, daß diese und verwandte Verbindungen eher metastabile Ausfällungen in solchen Böden sind als, wie vorläufig postuliert, Hydromagnetit Phasen.

Es werden die EH und pH-Bedingungen für die Bildung von Fe(II)Fe(III) Hydroxid-Karbonaten angegeben. Sie liegen im gleichen Bereich, wie sie für Böden angenommen werden.

Resumen

Resumen

Cantidades pequeñas de Fe(III) inducen la precipitación de Fe(II) de las soluciones de carbonatos con valores pH de alrededor del punto neutro. La reacción provoca la formación de hidroxicarbonato Fe(II)Fe(III), un compuesto verde con estructura de capas del grupo de minerales designado piroauritas. Las variaciones en la concentración de Fe(II) en la fase de solución, y en la forma y las cantidades del total de Fe(III) en el sistema pueden dar lugar a que se formen también otras fases como la magnetita y la siderita.

El hidroxicarbonato Fe(II)Fe(III) liofilizado sufre alteración topotáctica a una fase magnética, que es de suponer que sea maghemita, cuando se almacena en un vacío. El compuesto se oxida fácilmente al aire en el estado húmedo o seco, y se vuelve rápidamente amarillo o marrón amarillento. La oxidación conduce a la formación de geotita, lepidocrocita, ferrihidrita o mezclas de estas fases, dependiendo del modo de oxidación y de las impurezas presentes. La similaridad entre los rápidos cambios de color y los productos de la oxidación de los precipitados verdeazulados en horizontes de suelos arcillosos y este hidroxicarbonato Fe(II)Fe(III) conduce a la especulación de que éste y los compuestos con él relacionados pueden ser precipitados metaestables en esos suelos, más bien que una fase de hidromagnetita como se había postulado anteriormente.

Se indican las condiciones del Eh y pH para la formación de hidroxicarbonato Fe(II)Fe(III)y que están comprendidas en la gama que se encuentra en el ambiente de los suelos.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Mineralogical Society of Great Britain and Ireland 1980

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