Ferrihydrite: A review of structure, properties and occurrence in relation to soils

Abstract

Ferrihydrite occurs in soils undergoing rapid weathering, and in soils containing soluble silicate or organic anions which inhibit the formation of more crystalline iron oxides. Because of its very high specific surface area and adsorptive capacity (analogous to allophane), ferrihydrite can profoundly influence soil properties, even if present in only low concentrations.

Ferrihydrite was recognised as a mineral by the International Mineralogical Association in 1975. Its structure and chemical formula, however, are not yet clearly understood. Most evidence to date indicates hexagonal-close-packed layers of O²′, OH, and H₂O with Fe(III) occupying octahedral positions and giving a trigonal unit cell (a=0.508 nm; c=0.94 nm). Some samples appear to have only a partially ordered structure and uncertainty exists as to how to name such material. Natural ferrihydrites commonly contain up to about 9% Si and the role and location of silicate are subjects of active research.

At concentrations greater than 5-10%, ferrihydrite in soils can usually be identified by X-ray diffraction. At lower concentrations, a combination of methods can be indicative. Acid-oxalate-extractable iron is a convenient and often useful indicator of the presence and quantity of ferrihydrite in a soil, though it cannot be regarded as a means of positive identification.

Ferrihydrit: Ein Überblick zu Struktur, Eigenschaften und Vorkommen in Böden

Ferrihydrit scheint ein gängiger Bestandteil von Böden zu sein, die einer raschen Verwitterung unterworfen sind und in denen Komponenten wie lösliche Kieselsäure oder anorganische Anionen der Bildung besserkristallisierter Eisenoxide entgegenwirken. Bereits geringe Mengen an Ferrihydrit können die chemischen (z.B. Anionensorptionsfähigkeit) und physikalischen (z.B. Farbe, Aggregation, Zementation) Eigenschaften eines Bodens wesentlich beeinflussen.

Ferrihydrit wurde 1975 seitens der Internat. Mineralog. Gesellschaft als Mineral anerkannt. Struktur und chemische Zusammensetzung von Ferrihydrit sind noch umstritten. Die Mehrzahl der z. Zt. vorliegenden Daten weisen auf eine hexagonale Kugelpackung von O^2-, OH⁻ und H₂O, in der Fe(III) die Oktaederlagen besetzt, und eine trigonale Einheitszelle hin. Die Strukturen natürlicher Proben sind oft nur teilweise geordnet. Natürliche Ferrihydrite enthalten oft bis 9% Si. Wirkungsweise und Lage des Si innerhalb der Struktur werden z. Zt. noch untersucht. Bei Konzentrationen oberhalb etwa 5 - 10% läßt sich Ferrihydrit in Böden meist durch Röntgenbeugung identifizieren. Bei niedrigeren Konzentrationen kann eine Kombination verschiedener Untersuchungsverfahren Hinweise auf dessen Anwesenheit geben. In saurem Oxalat lösliches Fe ist ein bequemer und häufig nützlicher Hinweis auf die Existenz und ggf. die Menge von Ferrihydrit in einem Boden.