Оксид железа(II,III) (Ktvn; 'yly[g(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 | |
InChI | |
ChEBI | CHEBI:50821 |
ChemSpider | 17215625, 21169623 и 21250915 |
Безопасность | |
NFPA 704 | |
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
[править | править код]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
[править | править код]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
[править | править код]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
[править | править код]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
[править | править код]- 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
[править | править код]- ↑ 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. 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. — .
- ↑ 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 . 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
[править | править код]- 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.