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Effect of Simple Sugars on the Alkaline Transformation of Ferrihydrite into Goethite and Hematite

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

R. M. Cornell*
Affiliation:
University of Berne, Institute of Inorganic Chemistry, Freiestrasse 3, CH-3000 Berne 9, Switzerland

Abstract

The transformation of ferrihydrite to goethite and hematite in the pH range 9–13 is retarded by the presence of simple sugars (>- 10-4 M concentration). The retarding effect is related to the extent of adsorption of the sugar on ferrihydrite. Maltose and glucose adsorb strongly and inhibit the transformation by preventing both aggregation and dissolution of the ferrihydrite. Sucrose adsorbs to a much lesser extent than the other sugars and appears to hinder the nucleation and growth of goethite in solution.

Hematite formation relative to that of goethite is favored by the sugars in the order: maltose >glucose ≫ sucrose. Maltose and glucose cause hematite to grow as prismatic crystals rather than as hexagonal plates and also lead to a new type of twinned goethite; one with epitaxial outgrowths of goethite on a prismatic crystal of hematite. In alkaline media glucose and maltose are partly transformed into a mixture of different sugars and hydroxycarboxylic acids, and it is probable that modification of the hematite crystal shape is due to the presence of the degradation products rather than to the nature of the original sugar.

The results of this work suggest that cyclic molecules influence the transformation of ferrihydrite to a lesser extent than do acyclic molecules.

Резюме

Резюме

Преобразование ферригидрита в гетит и гематит в диапазоне pH 9–13 замедляется при присутствии простых Сахаров (≥10-4 м концентрации). Замедляющий эффект связан со степенью адсорбции сахара на ферригидрите. Мальтоза и глюкоза адсорбируются сильно и задерживают преобразование, препятствуя агрегации и растворению ферригидрита. Сахароза адсорбируется в значительно меньшей степени, чем другие сахара и, вероятно, препятствует образованию зародышей и росту гетита в растворе.

Сахара благоприятствуют формированию гематита по отношению к формированию гетита в следующем порядке: мальтоза >глюкоза ≫ сахароза. Мальтоза и глюкоза способствуют росту гематита скорее в форме призматических кристаллов, чем гексагоральных пластинок, и приводят также к новому типу двойникованного гетита, типа с эпитаксическими отростками гетита на призматическом кристалле гематита. В щелочной среде глюкоза и мальтоза частично преобразуются в смесь различных Сахаров и обсикарбоновых кислот. Это возможно, что на модификацию вида кристалла гематита влияет скорее присутствие продуктов расщепления, чем природа первоначального сахара.

Результаты этой работы указывают на то, что циклические молекулы влияют на превращение ферригидрита в меньшей степени, чем ациклические молекуль. [E.G.]

Resümee

Resümee

Die Umwandlung von Ferrihydrit in Goethit und Haematit im pH-Bereich von 9–13 wird durch die Anwesenheit von einfachen Zuckern (>10~4 m Konzentration) verzögert. Der Verzögerungseffekt hängt vom Ausmaß der Zuckeradsorption an Ferrihydrit ab. Maltose und Glucose werden gut adsorbiert und verhindern die Umwandlung, indem sie sowohl die Aggregatbildung als auch die Auflösung von Ferrihydrit verhindern. Sucrose wird zu einem viel geringeren Ausmaß als die anderen Zucker adsorbiert und scheint die Keimbildung und das Wachstum von Goethit in der Lösung zu beeinträchtigen.

Die Bildung von Haematit im Vergleich zu der von Goethit wird von den Zuckern in folgender Reihenfolge begünstigt: Maltose > Glucose ≫ Sucrose. Maltose und Glucose bewirken, daß Haematit eher in Form von prismatischen Kristallen als in Form von hexagonalen Plättchen wächst und fuhren darüberhinaus zu einer neuen Art von verzwillingtem Goethit; eine mit einem epitaktischen Wachstum von Goethit auf einem prismatischen Haematitkristall. In alkalischen Medien werden Glucose und Maltose zum Teil in eine Mischung aus verschiedenen Zuckern und Hydroxycarboxyl-Säuren umgewandelt und es ist wahrscheinlich, daß verschiedene Ausbildungen der Haematitkristallform auf die Anwesenheit der Abbauprodukte zurückzuführen sind und weniger auf die Art des ursprünglichen Zuckers.

Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, daß zyklische Moleküle die Umwandlung von Ferrihydrit in einem geringeren Ausmaß beeinflussen als azyklische. [U.W.]

Résumé

Résumé

La transformation de ferrihydrite en goethite et en hématite sur l’étendue de pH 9–13 est retardée par la présence de sucres simples (concentration >- 10-4 M). L'effet de retardation est apparente à l’étendue de l'adsorption du sucre sur la ferrihydrite. La maltose et la glucose adsorbent fortement et inhibent la transformation en empêchant à la fois l'aggrégation et la dissolution de la ferrihydrite. La sucrose adsorbe beaucoup moins que les autres sucres et semble s'interposer à la nucléation et à la croissance de la goethite en solution.

La formation de l'hématite relative à celle de la goethite est favorisée par les sucres dans l'ordre: maltose > glucose ≫ sucrose. A cause de la maltose et de la glucose l'hématite croit en cristaux prismatiques plutôt qu'en plaques hexagonales et un nouveau type de goethite jumellé est formé, avec des croissances epitaxiales de goethite sur un cristal prismatique d'hématite. Dans un milieu alkalin, la glucose et la maltose sont partiellement transformées en un mélange de sucres différents et d'acides hydroxycarboxyliques, et il est probable que la modification de la forme du cristal d'hématite est due à la présence des produits de dégradation plutôt qu’à la nature du sucre original.

Les résultats de ce travail suggèrent que les molécules cycliques influencent la transformation de la ferrihydrite moins que les molécules acycliques. [D. J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1985, The Clay Minerals Society

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