Оксид железа(II,III)
Оксид железа(II,III) | |
---|---|
![]() | |
Общие | |
Систематическое наименование | Оксид железа(II,III) |
Традиционные названия | закись-окись железа, железная окалина, магнетит, магнитный железняк |
Хим. формула | |
Физические свойства | |
Состояние | чёрные кристаллы |
Молярная масса | 231,54 г/моль |
Плотность | 5,11; 5,18 г/см³ |
Твёрдость | 5,6-6,5 |
Термические свойства | |
Температура | |
• плавления | разл. 1538; 1590; 1594 °C |
Мол. теплоёмк. | 144,63 Дж/(моль·К) |
Энтальпия | |
• образования | −1120 кДж/моль |
Классификация | |
Рег. номер CAS | 1317-61-9 |
PubChem | 16211978 |
Рег. номер EINECS | 215-277-5 |
SMILES | O1[Fe]2O[Fe]O[Fe]1O2 |
InChI | InChI=1S/3Fe.4O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N |
ChEBI | CHEBI:50821 |
ChemSpider | 17215625, 21169623 и 21250915 |
Безопасность | |
NFPA 704 | ![]() 0 0 0 |
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
![]() |
Окси́д желе́за(II,III) — за́кись-о́кись железа, желе́зная ока́лина — неорганическое соединение, двойной оксид металла железа с формулой или , 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.
Нахождение в природе
В природе встречаются большие залежи минерала магнетита (магнитного железняка) — 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 щелочи к смешанному раствору солей железа(II) и железа(III):
- .
Сжигание порошкообразного железа на воздухе:
- .
Действие перегретого пара на железо:
- .
Осторожное восстановление оксида железа(III) водородом:
- .
Восстановление оксидом углерода(II):
- .
Физические свойства
Оксид железа(II,III) при комнатной температуре образует чёрные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F d3m, параметры ячейки a = 0,8393 нм, Z = 8 (структура обращённой шпинели). При 627 °С α-форма переходит в β-форму. При температуре ниже 120—125 К устойчива моноклинная форма.
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 Ом−1·см−1), она быстро снижается при понижении температуры, достигая значения около 50 Ом−1·см−1 при температуре перехода Вервея (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже TV = 120—135 К)[4]. Электропроводность моноклинного низкотемпературного магнетита на 2 порядка ниже, чем кубического (~1 Ом−1·см−1 при TV); она, как и у любого типичного полупроводника, очень быстро уменьшается с понижением температуры, достигая нескольких единиц ×10−6 Ом−1·см−1 при 50 К. При этом моноклинный магнетит, в отличие от кубического, проявляет существенную анизотропию электропроводности — проводимость вдоль главных осей может отличаться более чем в 10 раз. При 5,3 К электропроводность достигает минимума ~10−15 Ом−1·см−1 и растёт при дальнейшем понижении температуры. При температуре выше комнатной электропроводность медленно уменьшается до ≈180 Ом−1·см−1 при 780—800 К, а затем очень медленно растёт вплоть до температуры разложения[5].
Измеренная величина электропроводности поликристаллического магнетита в зависимости от наличия трещин и их ориентации может различаться в сотни раз.
Образует кристаллогидрат состава .
Химические свойства
Разлагается при нагревании:
- .
Реагирует с разбавленными кислотами:
- .
Реагирует с концентрированными окисляющими кислотами:
- .
Реагирует с щелочами при сплавлении:
- .
Окисляется кислородом воздуха:
- .
Восстанавливается водородом и монооксидом углерода:
- .
Конпропорционирует при спекании с металлическим железом:
- .
Алюминотермическая реакция при нагревании смеси порошков оксида железа(III) и алюминия:
- .
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-Rötzler E, Winklhofer M, Petersen N, Fleissner G (December 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. — Bibcode: 1941Phy.....8..979V.
- ↑ Substance: Fe3O4. Property: electrical conductivity // Semiconductors / Eds.: O. Madelung et al. — Springer, 2000. — ISBN 978-3-540-64966-3.
- ↑ 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.
- ↑ Babes L, Denizot B, Tanguy G, Jallet P (April 1999). "Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles Used as MRI Contrast Agents: A Parametric Study". Journal of Colloid and Interface Science. 212 (2): 474—482. Bibcode:1999JCIS..212..474B. doi:10.1006/jcis.1998.6053. PMID 10092379.
Литература
- Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5.
- Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.—Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
- Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
- Лидин Р. А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр.. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
- Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
| |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H2O | |||||||||||||||||
Li2O LiCoO2 Li3PaO4 Li5PuO6 Ba2LiNpO6 LiAlO2 Li3NpO4 Li2NpO4 Li5NpO6 LiNbO3 | BeO | B2O3 | С3О2 C12O9 CO C12O12 C4O6 CO2 | N2O NO N2O3 N4O6 NO2 N2O4 N2O5 | O | F | |||||||||||
Na2O NaPaO3 NaAlO2 Na2PtO3 | MgO | AlO Al2O3 NaAlO2 LiAlO2 AlO(OH) | SiO SiO2 | P4O P4O2 P2O3 P4O8 P2O5 | S2O SO SO2 SO3 | Cl2O ClO2 Cl2O6 Cl2O7 | |||||||||||
K2O K2PtO3 KPaO3 | CaO Ca3OSiO4 CaTiO3 | Sc2O3 | TiO Ti2O3 TiO2 TiOSO4 CaTiO3 BaTiO3 | VO V2O3 V3O5 VO2 V2O5 | FeCr2O4 CrO Cr2O3 CrO2 CrO3 MgCr2O4 | MnO Mn3O4 Mn2O3 MnO(OH) Mn5O8 MnO2 MnO3 Mn2O7 | FeCr2O4 FeO Fe3O4 Fe2O3 | CoFe2O4 CoO Co3O4 CoO(OH) Co2O3 CoO2 | NiO NiFe2O4 Ni3O4 NiO(OH) Ni2O3 | Cu2O CuO CuFe2O4 Cu2O3 CuO2 | ZnO | Ga2O Ga2O3 | GeO GeO2 | As2O3 As2O4 As2O5 | SeOCl2 SeOBr2 SeO2 Se2O5 SeO3 | Br2O Br2O3 BrO2 | |
Rb2O RbPaO3 Rb4O6 | SrO | Y2O3 YOF YOCl | ZrO(OH)2 ZrO2 ZrOS Zr2О3Сl2 | NbO Nb2O3 NbO2 Nb2O5 Nb2O3(SO4)2 LiNbO3 | Mo2O3 Mo4O11 MoO2 Mo2O5 MoO3 | TcO2 Tc2O7 | Ru2O3 RuO2 Ru2O5 RuO4 | RhO Rh2O3 RhO2 | PdO Pd2O3 PdO2 | Ag2O Ag2O2 | Cd2O CdO | In2O InO In2O3 | SnO SnO2 | Sb2O3 Sb2O4 Hg2Sb2O7 Sb2O5 | TeO2 TeO3 | I2O4 I4O9 I2O5 | |
Cs2O Cs2ReCl5O | BaO BaPaO3 BaTiO3 BaPtO3 | HfO(OH)2 HfO2 | Ta2O TaO TaO2 Ta2O5 | WO2Br2 WO2 WO2Cl2 WOBr4 WOF4 WOCl4 WO3 | Re2O ReO Re2O3 ReO2 Re2O5 ReO3 Re2O7 | OsO Os2O3 OsO2 OsO4 | Ir2O3 IrO2 | PtO Pt3O4 Pt2O3 PtO2 K2PtO3 Na2PtO3 PtO3 | Au2O AuO Au2O3 | Hg2O HgO (Hg3O2)SO4 Hg2O(CN)2 Hg2Sb2O7 Hg3O2Cl2 Hg5O4Cl2 | Tl2O Tl2O3 | Pb2O PbO Pb3O4 Pb2O3 PbO2 | BiO Bi2O3 Bi2O4 Bi2O5 | PoO PoO2 PoO3 | At | ||
Fr | Ra | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | ||
↓ | |||||||||||||||||
La2O2S La2O3 | Ce2O3 CeO2 | PrO Pr2O2S Pr2O3 Pr6O11 PrO2 | NdO Nd2O2S Nd2O3 NdHO | Pm2O3 | SmO Sm2O3 | EuO Eu3O4 Eu2O3 EuO(OH) Eu2O2S | Gd2O3 | Tb | Dy2O3 | Ho2O3 Ho2O2S | Er2O3 | Tm2O3 | YbO Yb2O3 | Lu2O2S Lu2O3 LuO(OH) | |||
Ac2O3 | UO2 UO3 U3O8 | PaO PaO2 Pa2O5 PaOS | ThO2 | NpO NpO2 Np2O5 Np3O8 NpO3 | PuO Pu2O3 PuO2 PuO3 PuO2F2 | AmO2 | Cm2O3 CmO2 | Bk2O3 | Cf2O3 | Es | Fm | Md | No | Lr |