Железо(III) оксид

Од Википедија — слободната енциклопедија
Железо(III) оксид
Единица на хематит
     Fe      O
Примерок од железо(III) оксид
Назив според МСЧПХ
Iron(III) oxide
Други називи

железен оксид, хематит, железо, црвен железен оксид, руж, магемит, колкотар, железен сесквиоксид, рѓа, окер

Назнаки
1309-37-1 Ок
ChEBI CHEBI:50819 Ок
ChemSpider 14147 Н
EC-број 215-168-2
11092
3Д-модел (Jmol) Слика
KEGG C19424 Н
PubChem 518696
RTECS-бр. NO7400000
UNII 1K09F3G675 Ок
Својства
Хемиска формула
Моларна маса 0 g mol−1
Изглед Црвено-кафеава солидна
Мирис Без мирис
Густина 5.25 g/cm3
Точка на топење
Нерастворлив
Растворливост Растворлив во разредена киселина, едвај растворлив во шеќерен раствор[1]
Трихидрат малку растворлив во вода. винска киселина, лимонска киселина, CH3COOH
+3586.0x10−6 cm3/mol
Показател на прекршување (nD) n1 = 2.91, n2 = 3.19 (α, hematite)[2]
Структура
Кристална структура Ромбоедар, hR30(α-form)[3]
Cubic bixbyite, cI80 (β-form)
Cubic spinel (γ-form)
Orthorhombic (ε-form)[4]
R3c, No. 161 (α-form)[3]
Ia3, No. 206 (β-form)
Pna21, No. 33 (ε-form)[4]
Октаедрална (Fe3+, α-form, β-form)[3]
Термохемија
Ст. енталпија на
формирање ΔfHo298 		−824.2 kJ/mol
Стандардна моларна
ентропија So298 		87.4 J/mol·K
Специфичен топлински капацитет, C 103.9 J/mol·K
Опасност
GHS-ознаки:
Пиктограми
 GHS07: Извичник[5]
Сигнални зборови
 Опасен
Изјави за опасност
 H315, H319, H335[5]
Изјави за претпазливост
 P261, P305+P351+P338[5]
NFPA 704
5 mg/m3 (TWA)
Смртоносна доза или концентрација:
10 g/kg (rats, oral)[7]
NIOSH (здравствени граници во САД):
PEL (дозволива)
 TWA 10 mg/m3[6]
REL (препорачана)
 TWA 5 mg/m3[6]
IDLH (непосредна опасност)
 2500 mg/m3[6]
Слични супстанци
Други анјони Железо(III) флуорид
Други катјони Манган(III) оксид
Кобалт(III) оксид
Дополнителни податоци
 Ок(што е ова?)  (провери)
Освен ако не е поинаку укажано, податоците се однесуваат на материјалите во нивната стандардна состојба (25 °C, 100 kPa)
Наводи
Vial with iron(III) oxide
Железо(III) оксид во вијала

Железо(III) оксид или железен оксид — неорганско соединение со формула Fe2O3. Тој е еден од трите главни оксиди на железото, а другите два се железо(II) оксид (FeO), што е ретко; и железо (II, III) оксид (Fe3O4), кој исто така природно се јавува како минерал магнетит. Како минерал познат како хематит, Fe2O3 е главниот извор на железо за челичната индустрија. Fe2O3 е лесно нападнат од киселини. Железо (III) оксид често се нарекува 'рѓа, и до одреден степен оваа ознака е корисна, бидејќи 'рѓата споделува неколку својства и има сличен состав; сепак, во хемијата, 'рѓата се смета за лошо дефиниран материјал, опишан како воден железен оксид.[8]

Структура[уреди | уреди извор]

Fe2O3 може да се добие во различни полиморфи. Во главната, α, железото усвојува октаедрална координативна геометрија. Односно, секој центар на Fe е врзан за шест кислородни лиганди. Во γ полиморфот, некои од Fe седат на тетраедрални места, со четири кислородни лиганди.

Алфа фаза[уреди | уреди извор]

α-Fe2O3 има ромбоедрална, корундумска (α-Al2O3 ) структура и е најчеста форма. Природно се јавува како минерал хематит кој се ископува како главна руда на железо. Тој е антиферомагнетен под ~260 К (температура на транзиција на Морин) и покажува слаб феромагнетизам помеѓу 260 К и Кириева температура, 950 К.[9] Лесно е да се подготви со користење на термичко распаѓање и врнежи во течната фаза. Неговите магнетни својства зависат од многу фактори, на пр. притисок, големина на честички и интензитет на магнетно поле.

Гама фаза[уреди | уреди извор]

γ-Fe2O3 има кубна структура. Тој е метастабилен и се претвора од алфа фаза на високи температури. Природно се јавува како минерал магемит. Тој е феромагнетен и наоѓа примена при снимање ленти,[10] иако ултраситните честички помали од 10 нанометри се суперпарамагнетни. Може да се подготви со термичка дехидрација на гама железо (III) оксид-хидроксид. Друг метод вклучува внимателна оксидација на железо (II, III) оксид (Fe3O4 ).[10] Ултрафините честички може да се подготват со термичко распаѓање на железо(III) оксалат.

Други цврсти фази[уреди | уреди извор]

Идентификувани или тврдени се неколку други фази. β-фазата е кубна центрирана на телото (вселенска група Ia3), метастабилна и на температури над 500 °C (930 °F) се претвора во алфа фаза. Може да се подготви со редукција на хематит со јаглерод,  пиролиза на раствор на железо(III) хлорид или термичко распаѓање на железо(III) сулфат.[11]

Фазата ипсилон (ε) е ромбична и покажува својства меѓу алфа и гама и може да има корисни магнетни својства применливи за цели како што се магнетно складирање со висока густина за складирање на големи податоци.[12] Подготовката на чистиот ипсилон фаза се покажа како многу предизвик. Материјалот со висок процент на ипсилон фаза може да се подготви со термичка трансформација на гама фазата. Ипсилон фазата е исто така метастабилна, трансформирајќи се во алфа фаза помеѓу 500 и 700 степени. Може да се подготви и со оксидација на железо во електричен лак или со таложење со сол-гел од железо(III) нитрат. Истражувањето откри ипсилон железо (III) оксид во древните кинески Џиан керамички глазури, што може да обезбеди увид во начините за производство на таа форма во лабораторија.[13]

Дополнително, при висок притисок се бара аморфна форма.[4]

Течна фаза[уреди | уреди извор]

Се очекува растопениот Fe2O3 да има координативен број од блиску до 5 атоми кислород за секој атом на железо, врз основа на мерењата на капките на суперладен течен железен оксид со малку недостаток на кислород, каде што суперладењето ја заобиколува потребата за високи притисоци на кислород потребни над топењето точка за одржување на стехиометријата.[14]

Хидрирани оксиди на железо (III)[уреди | уреди извор]

Постојат неколку хидрати на железо(III) оксид. Кога се додава алкал во растворите на растворливи соли на Fe(III), се формира црвено-кафеав желатинозен талог. Ова не е Fe(OH) 3, туку Fe2O3· H2O (исто така напишано како Fe(O)OH). Постојат и неколку форми на хидриран оксид на Fe(III). Црвениот лепидокроцит (γ-Fe(O)OH) се појавува на надворешната страна на рустикулите, а портокаловиот гетит (α-Fe(O)OH) се јавува внатрешно во рустикулите. Кога се загрева Fe2O3· H2O, тој ја губи својата вода за хидратација. Понатамошното загревање на 1670 K го претвора Fe2O 3 во црн Fe3O 4 (Fe II Fe III2O4 ), кој е познат како минерал магнетит. Fe(O)OH е растворлив во киселини, давајќи[Fe(H
2O)
6]3+ . Во концентрирани водени алкали, Fe2O3 дава [Fe(OH) 6 ] 3-.[10]

Реакции[уреди | уреди извор]

Најважната реакција е нејзината карботермална редукција, што дава железо што се користи во производството на челик:

Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2

Друга редокс реакција е екстремно егзотермната реакција на термит со алуминиум.[15]

2 Al + Fe 2 O 3 → 2 Fe + Al 2 O 3

Овој процес се користи за заварување на дебели метали, како што се шините на железничките пруги со користење на керамички сад за инкање на стопеното железо помеѓу два дела од шината. Термитот исто така се користи во оружје и изработка на скулптури и алатки од леано железо од мали размери.

Делумно намалување со водород на околу 400 °C произведува магнетит, црн магнетен материјал кој содржи и Fe(III) и Fe(II):[16]

3 Fe 2 O 3 + H 2 → 2 Fe 3 O 4 + H 2 O

Железо (III) оксид е нерастворлив во вода, но лесно се раствора во силна киселина, на пр. хлороводородна и сулфурна киселина. Исто така, добро се раствора во раствори на хелатни агенси како што се EDTA и оксална киселина.

Со загревање на оксидите на железо (III) со други метални оксиди или карбонати се добиваат материјали познати како ферати (ферати (III)):[16]

ZnO + Fe 2 O 3 → Zn(FeO 2 ) 2

Подготовка[уреди | уреди извор]

Железо(III) оксид е производ од оксидацијата на железото. Може да се подготви во лабораторија со електролиза на раствор од натриум бикарбонат, инертен електролит, со железна анода:

4 Fe + 3 O 2 + 2 H 2 O → 4 FeO(OH)

Добиениот хидриран железен (III) оксид, напишан овде како FeO(OH), дехидрира околу 200 °C.[16][17]

2 FeO(OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O

Употреба[уреди | уреди извор]

Железна индустрија[уреди | уреди извор]

Огромната примена на железо (III) оксид е како суровина во индустријата за челик и железо, на пр. производство на железо, челик и многу легури.[17]

Полирање[уреди | уреди извор]

Многу фин прав од железен оксид е познат како „златар руж“, „црвен руж“ или едноставно руж. Се користи за ставање на финалниот лак на металниот накит и леќите, и историски како козметика. Ружот се сече побавно од некои современи лакови, како што е цериум(IV) оксидот, но сепак се користи во производството на оптика и од златарите за супериорната завршница што може да ја произведе. При полирање на златото, ружот малку го валка златото, што придонесува за изгледот на готовиот дел. Ружот се продава како прашок, паста, врзан на крпи за полирање или цврста лента (со восок или врзивно средство за маснотии). Другите полирачки соединенија исто така често се нарекуваат „руж“, дури и кога не содржат железен оксид. Накитувачите го отстрануваат преостанатиот руж на накитот со употреба на ултразвучно чистење.

Пигмент[уреди | уреди извор]

  Железо (III) оксид исто така се користи како пигмент, под имињата „Пигмент Браун 6“, „Пигмент Браун 7“ и „Црвен пигмент 101“.[18] Некои од нив, на пр. Пигмент црвено 101 и пигмент кафеав 6, се одобрени од Управата за храна и лекови на САД (ФДА) за употреба во козметиката. Железните оксиди се користат како пигменти во забните композити заедно со титаниум оксидите.[19]

Хематит е карактеристична компонента на шведската фалу црвена боја.

Магнетно снимање[уреди | уреди извор]

Железо (III) оксид бил најчестата магнетна честичка што се користела во сите видови магнетни медиуми за складирање и снимање, вклучувајќи магнетни дискови (за складирање податоци) и магнетна лента (се користи за снимање аудио и видео, како и за складирање податоци). Неговата употреба во компјутерски дискови била заменета со легура на кобалт, овозможувајќи потенки магнетни филмови со поголема густина на складирање.[20]

Фотокатализа[уреди | уреди извор]

α-Fe2O3 е проучен како фотоанода за оксидација на соларна вода.[21] Сепак, неговата ефикасност е ограничена со кратка должина на дифузија (2-4 nm) од фото-возбудени носители на полнеж [22] и последователна брза рекомбинација, што бара голем прекумерен потенцијал за да се поттикне реакцијата.[23] Истражувањата се фокусирани на подобрување на перформансите на оксидација на водата на Fe2O3 користејќи наноструктурирање,[21] функционализација на површината,[24] или со примена на алтернативни кристални фази како β-Fe2O3.[25]

Медицина[уреди | уреди извор]

Каламин лосион, кој се користи за лекување на благо чешање, главно се состои од комбинација на цинк оксид, кој делува како адстрингентно, и околу 0,5% железо (III) оксид, активната состојка на производот, делува како антипруритично. Црвената боја на железо (III) оксид е исто така главно одговорна за розовата боја на лосионот.

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. ↑ „A dictionary of chemical solubilities, inorganic“. archive.org. Посетено на 17 November 2020.
  2. ↑ Haynes, p. 4.141
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Ling, Yichuan; Wheeler, Damon A.; Zhang, Jin Zhong; Li, Yat (2013). Zhai, Tianyou; Yao, Jiannian (уред.). One-Dimensional Nanostructures: Principles and Applications. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. стр. 167. ISBN 978-1-118-07191-5.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Vujtek, Milan; Zboril, Radek; Kubinek, Roman; Mashlan, Miroslav. „Ultrafine Particles of Iron(III) Oxides by View of AFM – Novel Route for Study of Polymorphism in Nano-world“ (PDF). Univerzity Palackého. Посетено на 2014-07-12.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 Sigma-Aldrich Co., Iron(III) oxide. Посетено на 2014-07-12.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 „Џебен водич за опасните хемиски материи #0344“. Национален институт за безбедност и здравје при работа (NIOSH). (англиски)
  7. ↑ 7,0 7,1 „SDS of Iron(III) oxide“ (PDF). KJLC. England: Kurt J Lesker Company Ltd. 2012-01-05. Посетено на 2014-07-12.
  8. ↑ PubChem. „Iron oxide (Fe2O3), hydrate“. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (англиски). Посетено на 2020-11-11.
  9. ↑ Greedan, J. E. (1994). „Magnetic oxides“. Во King, R. Bruce (уред.). Encyclopedia of Inorganic chemistry. New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-93620-6.
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 Housecroft, Catherine E.; Sharpe, Alan G. (2008). „Chapter 22: d-block metal chemistry: the first row elements“. Inorganic Chemistry (3rd. изд.). Pearson. стр. 716. ISBN 978-0-13-175553-6.
  11. ↑ „Mechanism of Oxidation & Thermal Decomposition of Iron Sulphides“ (PDF).
  12. ↑ Tokoro, Hiroko; Namai, Asuka; Ohkoshi, Shin-Ichi (2021). „Advances in magnetic films of epsilon-iron oxide toward next-generation high-density recording media“. Dalton Transactions. Royal Society of Chemistry. 50 (2): 452–459. doi:10.1039/D0DT03460F. PMID 33393552 Проверете ја вредноста |pmid= (help). Посетено на 25 January 2021.
  13. ↑ Dejoie, Catherine; Sciau, Philippe; Li, Weidong; Noé, Laure; Mehta, Apurva; Chen, Kai; Luo, Hongjie; Kunz, Martin; Tamura, Nobumichi (2015). „Learning from the past: Rare ε-Fe2O3 in the ancient black-glazed Jian (Tenmoku) wares“. Scientific Reports. 4: 4941. doi:10.1038/srep04941. PMC 4018809. PMID 24820819.
  14. ↑ Shi, Caijuan; Alderman, Oliver; Tamalonis, Anthony; Weber, Richard; You, Jinglin; Benmore, Chris (2020). „Redox-structure dependence of molten iron oxides“. Communications Materials. 1 (1): 80. Bibcode:2020CoMat...1...80S. doi:10.1038/s43246-020-00080-4.
  15. ↑ Adlam; Price (1945). Higher School Certificate Inorganic Chemistry. Leslie Slater Price.
  16. ↑ 16,0 16,1 16,2 Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY.
  17. ↑ 17,0 17,1 Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Element (2. изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9.
  18. ↑ Paint and Surface Coatings: Theory and Practice. William Andrew Inc. 1999. ISBN 978-1-884207-73-0.
  19. ↑ Banerjee, Avijit (2011). Pickard's Manual of Operative Dentistry. United States: Oxford University Press Inc., New York. стр. 89. ISBN 978-0-19-957915-0.
  20. ↑ Piramanayagam, S. N. (2007). „Perpendicular recording media for hard disk drives“. Journal of Applied Physics. 102 (1): 011301–011301–22. Bibcode:2007JAP...102a1301P. doi:10.1063/1.2750414.
  21. ↑ 21,0 21,1 Kay, A., Cesar, I. and Grätzel, M. (2006). „New Benchmark for Water Photooxidation by Nanostructured α-Fe2O3 Films“. Journal of the American Chemical Society. 128 (49): 15714–15721. doi:10.1021/ja064380l. PMID 17147381.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  22. ↑ Kennedy, J.H. and Frese, K.W. (1978). „Photooxidation of Water at α-Fe2O3 Electrodes“. Journal of the Electrochemical Society. 125 (5): 709. doi:10.1149/1.2131532.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  23. ↑ Le Formal, F. (2014). „Back Electron–Hole Recombination in Hematite Photoanodes for Water Splitting“. Journal of the American Chemical Society. 136 (6): 2564–2574. doi:10.1021/ja412058x. PMID 24437340.
  24. ↑ Zhong, D.K. and Gamelin, D.R. (2010). „Photoelectrochemical Water Oxidation by Cobalt Catalyst ("Co−Pi")/α-Fe2O3 Composite Photoanodes: Oxygen Evolution and Resolution of a Kinetic Bottleneck“. Journal of the American Chemical Society. 132 (12): 4202–4207. doi:10.1021/ja908730h. PMID 20201513.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  25. ↑ Emery, J.D. (2014). „Atomic Layer Deposition of Metastable β-Fe2O3 via Isomorphic Epitaxy for Photoassisted Water Oxidation“. ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (24): 21894–21900. doi:10.1021/am507065y. OSTI 1355777. PMID 25490778.

Надворешни врски[уреди | уреди извор]

Мешани оксидациски состојби
Оксидациска состојба +1
Оксидациска состојба +2
Оксидациска состојба +3
Оксидациска состојба +4
Оксидациска состојба +5
Оксидациска состојба +6
Оксидациска состојба +7
Оксидациска состојба +8
Поврзано
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Железо(III)_оксид&oldid=4972568“