Ru.Wikipedia.Org - Оксид железа(II,III)

Меню
Главная
Случайная статья
Настройки

Оксид железа(II,III)
Материал из https://ru.wikipedia.org

Оксид железа(II,III) — закись-окись железа, железная окалина — неорганическое соединение, двойной оксид металла железа с формулой

{\ce {Fe3O4}}

или

{\ce {FeO.Fe2O3}}

, чёрные кристаллы, не растворимые в воде, существует кристаллогидрат.

Образуется на поверхности стальных и железных предметов в виде слоя чёрной окалины при их накаливании на воздухе.

Содержание

Нахождение в природе

В природе встречаются большие залежи минерала магнетита (магнитного железняка) —

{\ce {Fe3O4}}

с различными примесями.

В виде нанокристаллов (размером 42—45 нм) магнетит обнаружен в чувствительных к магнитному полю бактериях^[1] и ткани клюва почтовых голубей^[2].

Получение

Может быть получен добавлением щёлочи к смешанному раствору солей железа(II) и железа(III):

{\ce {FeCl2 + 2FeCl3 + 8NaOH -> Fe3O4 + 8NaCl + 4H2O}}

Сжигание порошкообразного железа на воздухе:

{\ce {3 Fe + 2 O2 ->[150-600\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] Fe3O4}}

Действие перегретого пара на железо:

{\ce {3 Fe + 4 H2O ->[800\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] Fe3O4 + 4 H2}}

Осторожное восстановление оксида железа(III) водородом:

{\ce {3 Fe2O3 + H2 ->[400\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] 2 Fe3O4 + H2O}}

Восстановление оксидом углерода(II):

{\ce {CO + 3 Fe2O3 -> 2 Fe3O4 + CO2}}

Физические свойства

Оксид железа(II,III) при комнатной температуре образует чёрные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F d3m, параметры ячейки a = 0,8393 нм, (структура обращённой шпинели). При 627 °С

Ферримагнетик с точкой Кюри 858 К (572 °С)^[3].

Обладает некоторой электрической проводимостью. Электропроводность низкая. Полупроводник.

Истинная удельная электропроводность монокристаллического магнетита максимальна при комнатной температуре (250 Ом¹·см¹), она быстро снижается при понижении температуры, достигая значения около 50 Ом¹·см¹ при температуре перехода Вервея (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже )^[4]. Электропроводность моноклинного низкотемпературного магнетита на 2 порядка ниже, чем кубического (~1 Ом¹·см¹ при

Измеренная величина электропроводности поликристаллического магнетита в зависимости от наличия трещин и их ориентации может различаться в сотни раз.

Образует кристаллогидрат состава

{\ce {Fe3O4.2H2O}}

.

Химические свойства

Разлагается при нагревании:

{\ce {2 Fe3O4 ->[1538\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] 6 FeO\ + O2}}

Реагирует с разбавленными кислотами:

{\ce {Fe3O4 + 8 HCl -> FeCl2 + 2 FeCl3 + 4 H2O}}

Реагирует с концентрированными окисляющими кислотами:

{\ce {Fe3O4 + 10 HNO3 -> 3 Fe(NO3)3 + NO2 ^ + 5 H2O}}

Реагирует с щелочами при сплавлении:

{\ce {Fe3O4 + 14 NaOH ->[400-500 ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] Na4FeO3 + 2 Na5FeO4 + 7 H2O}}

Окисляется кислородом воздуха:

{\ce {4 Fe3O4 + O2 ->[450-600\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] 6 Fe2O3}}

Восстанавливается водородом,углём и монооксидом углерода:

{\ce {Fe3O4 + 4 H2 ->[1000\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] 3 Fe + 4 H2O ^}}

{\ce {Fe3O4\ + 4 CO ->[700\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}]3Fe + 4 CO2 ^}}

{\ce {Fe3O4 + 4C ->[1110\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}]3Fe + 4CO ^}}

Конпропорционирует при спекании с металлическим железом:

{\ce {Fe3O4 + Fe ->[900-1000\ ^{{\ce {o}}}{\ce {C}}] 4 FeO}}

Алюминотермическая реакция при нагревании смеси порошков оксида железа(III) и алюминия:

{\ce {2Al + Fe2O3 -> Al2O3 + 2Fe}}

Применение

Для изготовления специальных электродов.
В качестве чёрного пигмента^[6].
В составе термитных смесей^[7].
Нанокристаллы используются в качестве контрастирующего вещества в медицинской диагностике с помощью магнитно-резонансной томографии^[8].
В пищевой промышленности используются в качестве пищевого красителя (E172).

Примечания

Cornell, Rochelle M. The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences and Uses / Rochelle M. Cornell, Udo Schwertmann. — Wiley-VCH, 2007. — ISBN 3-527-60644-0.
Hanzlik M, Heunemann C, Holtkamp-Rtzler E, Winklhofer M, Petersen N, Fleissner G (Декабрь 2000). Superparamagnetic magnetite in the upper beak tissue of homing pigeons. Biometals. 13 (4): 325–31. doi:10.1023/A:1009214526685. PMID 11247039.
Точки Кюри некоторых веществ. (неопр.) Дата обращения: 7 декабря 2020. Архивировано 31 марта 2014 года.
Verwey E. J. W., Haayman P. W. Electronic Conductivity and Transition Point of Magnetite («Fe₃O₄») (нем.) // Physica. — 1941. — Bd. 8, H. 9. — S. 979—987. — doi:10.1016/S0031-8914(41)80005-6. — .
Gunter Buxbaum, Gerhard Pfaff (2005) Industrial Inorganic Pigments 3d edition Wiley-VCH ISBN 3-527-30363-4
Thermite (неопр.). Amazing Rust.com (7 февраля 2001). Дата обращения: 12 октября 2011. Архивировано 7 июля 2011 года.

Литература