Оксид железа (III) - Iron(III) oxide
 | |
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Оксид железа (III) | |
| Другие имена | |
| Идентификаторы | |
3D модель (JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.013.790  |
| Номер ЕС |
|
| Номер E | E172 (ii) (цвета) |
| 11092 | |
| КЕГГ | |
PubChem CID | |
| Номер RTECS |
|
| UNII | |
| |
| |
| Характеристики | |
| Fe2О3 | |
| Молярная масса | 159.687 г · моль−1 |
| Внешность | Красно-коричневый твердый |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 5,25 г / см3[1] |
| Температура плавления | 1539 ° С (2,802 ° F, 1812 К)[1] разлагается 105 ° С (221 ° F, 378 К) β-дигидрат, разлагается 150 ° С (302 ° F, 423 К) β-моногидрат, разлагается 50 ° С (122 ° F, 323 К) α-дигидрат, разлагается 92 ° С (198 ° F, 365 К) α-моногидрат, разлагается[3] |
| Нерастворимый | |
| Растворимость | Растворим в разбавленном кислоты,[1] едва растворим в сахар решение[2] Тригидрат мало растворим в водн. Винная кислота, лимонная кислота, CH3COOH[3] |
| +3586.0·10−6 см3/ моль | |
| п1= 2,91, п2= 3,19 (α, гематит)[4] | |
| Структура | |
| Ромбоэдрический, 30 грн. (α-форма)[5] Кубический биксбиит, cI80 (β-форма) Кубическая шпинель (γ-форма) Орторомбический (ε-форма)[6] | |
| R3c, № 161 (α-форма)[5] Я3, №206 (β-форма) Pna21, № 33 (ε-форма)[6] | |
| 3m (α-форма)[5] 2 / м 3 (β-форма) мм2 (ε-форма)[6] | |
| Восьмигранный (Fe3+, α-форма, β-форма)[5] | |
| Термохимия[7] | |
Теплоемкость (C) | 103,9 Дж / моль · К[7] |
Стандартный моляр энтропия (S | 87,4 Дж / моль · К[7] |
Станд. Энтальпия формирование (ΔжЧАС⦵298) | −824,2 кДж / моль[7] |
Свободная энергия Гиббса (Δжграмм˚) | −742,2 кДж / моль[7] |
| Опасности | |
| Пиктограммы GHS |  [8] |
| Сигнальное слово GHS | Предупреждение |
| H315, H319, H335[8] | |
| P261, P305 + 351 + 338[8] | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| 5 мг / м3[1] (TWA) | |
| Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |
LD50 (средняя доза ) | 10 г / кг (крысы, перорально)[10] |
| NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США): | |
PEL (Допустимо) | TWA 10 мг / м3[9] |
REL (Рекомендуемые) | TWA 5 мг / м3[9] |
IDLH (Непосредственная опасность) | 2500 мг / м3[9] |
| Родственные соединения | |
Другой анионы | Фторид железа (III) |
Другой катионы | Оксид марганца (III) Оксид кобальта (III) |
Связанный оксиды железа | Оксид железа (II) Оксид железа (II, III) |
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверять (что   ?) | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Оксид железа (III) или же оксид железа это неорганическое соединение с формулой Fe2О3. Это один из трех основных оксиды из утюг, два других оксид железа (II) (FeO), что редко; и оксид железа (II, III) (Fe3О4), который также встречается в природе как минерал магнетит. Как минерал, известный как гематит, Fe2О3 является основным источником чугуна для сталелитейной промышленности. Fe2О3 легко подвергается действию кислот. Оксид железа (III) часто называют ржавчина, и до некоторой степени этот ярлык полезен, потому что ржавчина имеет несколько общих свойств и похожий состав; однако в химии ржавчина считается плохо определенным материалом, описываемым как оксид железа.[11]
Структура
Fe2О3 можно получить в различных полиморфы. В основном, α, железо принимает октаэдрическую координационную геометрию. То есть каждый центр Fe связан с шестью кислородными лиганды. В γ-полиморфе часть Fe находится на тетраэдрических участках с четырьмя кислородными лигандами.
Альфа-фаза
α-Fe2О3 имеет ромбоэдрический, корунд (α-Al2О3) структура и является наиболее распространенной формой. Это происходит в естественных условиях как минерал гематит который добывается как основной руда железа. это антиферромагнитный ниже ~ 260 К (Морин переход температура) и проявляет слабую ферромагнетизм от 260 К до Температура Нееля, 950 К.[12] Легко приготовить, используя оба термическое разложение и осаждение в жидкой фазе. Его магнитные свойства зависят от многих факторов, например давление, размер частиц и напряженность магнитного поля.
Гамма-фаза
γ-Fe2О3 имеет кубический структура. Он метастабилен и превращается из альфа-фазы при высоких температурах. Это происходит в естественных условиях как минерал маггемит. это ферромагнитный и находит применение в магнитофонах,[13] несмотря на то что сверхмелкие частицы менее 10 нанометров суперпарамагнитный. Его можно приготовить термической дегидратацией гамма-излучения. оксид-гидроксид железа (III). Другой метод предполагает осторожное окисление оксид железа (II, III) (Fe3О4).[13] Ультратонкие частицы могут быть получены термическим разложением оксалат железа (III).
Другие твердые фазы
Были идентифицированы или заявлены несколько других фаз. Β-фаза является объемно-кубической (пространственная группа Ia3), метастабильный, а при температуре выше 500 ° C (930 ° F) превращается в альфа-фазу. Его можно получить восстановлением гематита углеродом,[требуется разъяснение ] пиролиз из хлорид железа (III) раствор или термическое разложение сульфат железа (III).[14]
Эпсилон (ε) фаза является ромбической, имеет промежуточные свойства между альфа- и гамма-характеристиками и может иметь полезные магнитные свойства. Подготовка чистой эпсилон-фазы оказалась очень сложной задачей. Материал с высокой долей эпсилон-фазы может быть получен термическим преобразованием гамма-фазы. Эпсилон-фаза также метастабильна, переходя в альфа-фазу при температуре от 500 до 750 ° C (от 930 до 1380 ° F). Его также можно получить окислением железа в электрическая дуга или по золь-гель осадки из нитрат железа (III).[нужна цитата ] Исследования показали эпсилон-оксид железа (III) в древнем Китае. Цзянь керамика глазури, которые могут дать представление о способах получения такой формы в лаборатории.[15][неосновной источник необходим ]
Кроме того, при высоком давлении аморфный форма заявлена.[6][неосновной источник необходим ]
Жидкая фаза
Расплавленное железо2О3 Ожидается, что координационное число около 5 атомов кислорода вокруг каждого атома железа будет основано на измерениях капель переохлажденного жидкого оксида железа с небольшим дефицитом кислорода, где переохлаждение позволяет избежать необходимости в высоких давлениях кислорода, требуемых выше точки плавления для поддержания стехиометрии.[16]
Гидратированные оксиды железа (III)
Существует несколько гидратов оксида железа (III). При добавлении щелочи к растворам растворимых солей Fe (III) образуется желатиновый осадок красно-коричневого цвета. Это нет Fe (ОН)3, но Fe2О3·ЧАС2O (также обозначаемый как Fe (O) OH). Существуют также несколько форм гидратированного оксида Fe (III). Красный лепидокрокит γ-Fe (O) OH, находится вне рустики, и апельсин гетит, который встречается внутри рустика. Когда Fe2О3·ЧАС2O нагревается, он теряет гидратационную воду. Дальнейшее нагревание до 1670 К превращает Fe2О3 к черному Fe3О4 (FeIIFeIII2О4), который известен как минерал магнетит.Fe (O) OH растворяется в кислотах, давая [Fe (H2O)6]3+. В концентрированной водной щелочи Fe2О3 дает [Fe (OH)6]3−.[13]
Реакции
Самая главная реакция - это его карботермическое восстановление, что дает железо, используемое в производстве стали:
- Fe2О3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2
Еще одна окислительно-восстановительная реакция - чрезвычайно экзотермический термит реакция с алюминий.[17]
- 2 Al + Fe2О3 → 2 Fe + Al2О3
Этот процесс используется для сварки толстых металлов, таких как рельсы железнодорожных путей, с использованием керамического контейнера для воронки расплавленного железа между двумя участками рельса. Термит также используется в оружии и для изготовления небольших чугунных скульптур и инструментов.
При частичном восстановлении водородом при температуре около 400 ° C образуется магнетит, черный магнитный материал, содержащий как Fe (III), так и Fe (II):[18]
- 3 Fe2О3 + H2 → 2 Fe3О4 + H2О
Оксид железа (III) нерастворим в воде, но легко растворяется в сильной кислоте, например. соляной и серные кислоты. Также хорошо растворяется в растворах хелатирующих агентов, таких как EDTA и Щавелевая кислота.
Нагревание оксидов железа (III) с оксидами или карбонатами других металлов дает материалы, известные как ферраты (феррат (III)):[18]
- ZnO + Fe2О3 → Zn (FeO2)2
Подготовка
Оксид железа (III) - продукт окисления железа. Его можно приготовить в лаборатории путем электролиза раствора бикарбонат натрия, инертный электролит, с железным анодом:
- 4 Fe + 3 O2 + 2 часа2O → 4 FeO (OH)
Полученный гидратированный оксид железа (III), обозначаемый здесь как FeO (OH), дегидратируется при температуре около 200 ° C.[18][19]
- 2 FeO (OH) → Fe2О3 + H2О
Использует
Металлургическая промышленность
Оксид железа (III) в подавляющем большинстве случаев используется в качестве сырья для сталелитейной и черной металлургии, например в производство железа, сталь и многие сплавы.[19]
Полировка
Очень тонкий порошок оксида железа известен как «ювелирные румяна», «красные румяна» или просто румяна. Используется для нанесения финальной полировки на металлик. ювелирные украшения и линзы, и исторически как косметический. Rouge режет медленнее, чем некоторые современные полироли, такие как оксид церия (IV), но до сих пор используется в производстве оптики и ювелирами для получения превосходной отделки. При полировке золота румяна слегка окрашивают золото, что способствует внешнему виду готового изделия. Румяна продается в виде порошка, пасты, насыпанной на ткань для полировки или сплошной полоски (с воск или же смазывать связующее). Другие полировальные составы также часто называют «румянами», даже если они не содержат оксида железа. Ювелиры удаляют остатки румян с ювелирных изделий с помощью ультразвуковая чистка. Товары продаются как "строппинг соединение "часто применяются к кожаный ремешок для помощи в нанесении острого лезвия на ножи, опасные бритвы или любой другой инструмент с острыми кромками.
Пигмент
Оксид железа (III) также используется в качестве пигмент под названиями «Коричневый пигмент 6», «Коричневый пигмент 7» и «Красный пигмент 101».[20] Некоторые из них, например Pigment Red 101 и Pigment Brown 6 одобрены США. Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) для использования в косметике. Оксиды железа используются в качестве пигментов в стоматологических композитах наряду с оксидами титана.[21]
Гематит - характерный компонент цвета шведской краски. Фалу красный.
Магнитная запись
Оксид железа (III) был наиболее распространенным магнитный частица, используемая во всех типах магнитное хранение и запись носители, в том числе магнитные диски (для хранения данных) и магнитная лента (используется для записи аудио и видео, а также для хранения данных). Его использование в компьютерных дисках было заменено кобальтовым сплавом, что позволило получить более тонкие магнитные пленки с более высокой плотностью хранения.[22]
Фотокатализ
α-Fe2О3 был изучен как фотоанод для солнечного окисления воды.[23] Однако его эффективность ограничена малой длиной диффузии (2-4 нм) фотовозбужденных носителей заряда.[24] и последующий пост рекомбинация, требуя большого перенапряжение чтобы вызвать реакцию.[25] Исследования были сосредоточены на улучшении характеристик окисления Fe в воде.2О3 с помощью наноструктурирования,[23] функционализация поверхности,[26] или путем использования альтернативных кристаллических фаз, таких как β-Fe2О3.[27]
Лекарство
Каламин лосьон, используемый для лечения легких зуд, в основном состоит из комбинации оксид цинка, действуя как вяжущий и около 0,5% оксида железа (III), активного ингредиента продукта, действующего как противозудный. Красный цвет оксида железа (III) также в основном отвечает за широко известный розовый цвет лосьона.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ а б c d Хейнс, стр. 4,69
- ^ «Словарь химических неорганических растворимостей». archive.org. Получено 17 ноября 2020.
- ^ а б c Коми, Артур Мессинджер; Хан, Дороти А. (февраль 1921 г.). Словарь химической растворимости: неорганические вещества (2-е изд.). Нью-Йорк: Компания MacMillan. п. 433.
- ^ Хейнс, стр. 4,141
- ^ а б c d Линь, Ичуань; Уиллер, Дэймон А .; Чжан, Цзинь Чжун; Ли, Ят (2013). Чжай, Тяньюй; Яо, Цзяньянь (ред.). Одномерные наноструктуры: принципы и приложения. Джон Вили и сыновья, Inc.. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр. 167. ISBN 978-1-118-07191-5.
- ^ а б c d Вуйтек, Милан; Зборил, Радек; Кубинек, Роман; Машлан, Мирослав. «Ультратонкие частицы оксидов железа (III) с точки зрения АСМ - новый путь изучения полиморфизма в наномире» (PDF). Univerzity Palackého. Получено 12 июля 2014.
- ^ а б c d е Хейнс, стр. 5,12
- ^ а б c Сигма-Олдрич Ко., Оксид железа (III). Проверено 12 июля 2014.
- ^ а б c Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0344". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ а б «SDS оксида железа (III)» (PDF). KJLC. Англия: Kurt J Lesker Company Ltd. 5 января 2012 г.. Получено 12 июля 2014.
- ^ PubChem. «Оксид железа (Fe2O3), гидрат». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 11 ноября 2020.
- ^ Гридан, Дж. Э. (1994). «Магнитные оксиды». В King, Р. Брюс (ред.). Энциклопедия неорганической химии. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-93620-6.
- ^ а б c Housecroft, Catherine E .; Шарп, Алан Г. (2008). "Глава 22: d-блочная химия металлов: элементы первого ряда ». Неорганическая химия (3-е изд.). Пирсон. п.716. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ «Механизм окисления и термического разложения сульфидов железа» (PDF).
- ^ Деджуа, Кэтрин; Шау, Филипп; Ли, Вэйдун; Ноэ, Лора; Мехта, Апурва; Чен, Кай; Ло, Хунцзе; Кунц, Мартин; Тамура, Нобумичи; Лю, Чжи (2015). "Уроки прошлого: редкий ε-Fe2О3 в старинных изделиях Цзянь (Тэнмоку) с черной глазурью ". Научные отчеты. 4: 4941. Дои:10.1038 / srep04941. ЧВК 4018809. PMID 24820819.
- ^ Ши, Цайцзюань; Олдермен, Оливер; Тамалонис, Энтони; Вебер, Ричард; Ты, Цзинлинь; Бенмор, Крис (2020). «Редокс-структура расплавленных оксидов железа». Коммуникационные материалы. 1: 80. Дои:10.1038 / с43246-020-00080-4.
- ^ Адлам; Прайс (1945 г.). Аттестат о высшей школе по неорганической химии. Лесли Слейтер Прайс.
- ^ а б c Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд. Под редакцией Г. Брауэра, Academic Press, 1963, NY. Vol. 1. п. 1661.
- ^ а б Greenwood, N. N .; Эрншоу, А. (1997). Химия элемента (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-3365-9.
- ^ Краски и покрытия поверхностей: теория и практика. Уильям Эндрю Inc. 1999. ISBN 978-1-884207-73-0.
- ^ Банерджи, Авиджит (2011). Руководство по оперативной стоматологии Пикарда. США: Oxford University Press Inc., Нью-Йорк. п. 89. ISBN 978-0-19-957915-0.
- ^ Пираманаягам, С. Н. (2007). «Перпендикулярный носитель записи для жестких дисков». Журнал прикладной физики. 102 (1): 011301–011301–22. Bibcode:2007JAP ... 102a1301P. Дои:10.1063/1.2750414.
- ^ а б Кей, А., Сезар, И. и Гретцель, М. (2006). "Новый эталон фотоокисления воды наноструктурированным α-Fe2О3 Фильмы ». Журнал Американского химического общества. 128 (49): 15714–15721. Дои:10.1021 / ja064380l. PMID 17147381.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
- ^ Кеннеди, Дж. и Фрезе К. (1978). «Фотоокисление воды на α-Fe2О3 Электроды ». Журнал Электрохимического общества. 125 (5): 709. Дои:10.1149/1.2131532.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
- ^ Ле Формаль, Ф. (2014). "Обратная рекомбинация электронов и дырок в гематитовых фотоанодах для расщепления воды". Журнал Американского химического общества. 136 (6): 2564–2574. Дои:10.1021 / ja412058x. PMID 24437340.
- ^ Чжун, Д.К. и Гамелин, Д. (2010). «Фотоэлектрохимическое окисление воды кобальтовым катализатором (Co-Pi) / α-Fe2О3 Композитные фотоаноды: эволюция кислорода и разрешение кинетического узкого места ». Журнал Американского химического общества. 132 (12): 4202–4207. Дои:10.1021 / ja908730h. PMID 20201513.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
- ^ Эмери, Дж. Д. (2014). «Осаждение атомного слоя метастабильного β-Fe2О3 с помощью изоморфной эпитаксии для фотоактивированного окисления воды ». Прикладные материалы и интерфейсы ACS. 6 (24): 21894–21900. Дои:10.1021 / am507065y. OSTI 1355777. PMID 25490778.
внешняя ссылка
 | Викискладе есть медиафайлы по теме Оксид железа (III). |