Järnsubstition

Järnsubstition är processen där järnjoner ersätter andra katjoner i kristallstrukturer eller organiska komplex, ofta inom mineralogi och materialvetenskap. Ersättningen sker när järnjonen har liknande storlek och elektrisk laddning som det jon som ersätts, vilket möjliggör isomorf substitution och bevarar den övergripande kristallstrukturen.

Inom mineralogi är järnsubstition vanlig i silikatmineraler. Exempelvis bildar forsterit (Mg2SiO4) och fayalit (Fe2SiO4 en del av samma solidlösning; Fe2+ kan ersätta Mg2+ i olivinets kristallstruktur. Liknande substitution förekommer i pyroxener som enstatit (MgSiO3) och ferrosilit (FeSiO3). I lermineral och oxider kan Fe3+ ersätta Al3+ i oktakis-lager, vilket påverkar färg och magnetiska egenskaper.

Faktorer som styr järnsubstition inkluderar jämn viktiga parametrar som jonradius och laddning, termodynamiska villkor (temperatur och tryck), oxidationstillstånd och förekomsten av andra joner som påverkar rumslig passform och elektrisk balans. Järnets olika oxidationstillstånd (Fe2+, Fe3+) kan också förändra redoxbeteenden och kemisk löslighet i föränderliga miljöer.

Betydelse och tillämpningar: järnsubstition påverkar mineralers färg, struktur, magnetism och kemiska reaktivitet, vilket är viktigt vid geokemisk modellering, mineralidentifiering och materialdesign. I forskning används tekniker som Mössbauerspektroskopi, röntgendiffraktion (XRD), och elektronmikroprovning (EPMA) för att kartera järnsubstitution och dess konsekvenser.

Se även isomorf substitution, solid lösning och karaktärisering av mineraler.