Оксид железа(II,III)

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Окси́д желе́за(II,III) — за́кись-о́кись железа, желе́зная ока́лина — неорганическое соединение, двойной оксид металла железа с формулой $\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ или $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}\cdot \mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$, 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) — $\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ с различными примесями.

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

Получение

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

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+8\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+8\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Сжигание порошкообразного железа на воздухе:

$3\mathrm{F}\mathrm{e}+2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\stackrel{150-600{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$.

Действие перегретого пара на железо:

$3\mathrm{F}\mathrm{e}+4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{800{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$.

Осторожное восстановление оксида железа(III) водородом:

$3\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{400{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }2\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Восстановление оксидом углерода(II):

$\mathrm{C}\mathrm{O}+3\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶2\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

Физические свойства

Оксид железа(II,III) при комнатной температуре образует чёрные кристаллы Шаблон:Крист (структура обращённой шпинели). При Шаблон:Nobr Шаблон:Math-форма переходит в Шаблон:Math-форму. При температуре ниже Шаблон:Nobr устойчива моноклинная форма.

Ферримагнетик с точкой Кюри Шаблон:Nobr Шаблон:Nobr.

Обладает некоторой электрической проводимостью. Электропроводность низкая. Полупроводник.

Истинная удельная электропроводность монокристаллического магнетита максимальна при комнатной температуре (Шаблон:Nobr), она быстро снижается при понижении температуры, достигая значения около Шаблон:Nobr при температуре перехода Вервея (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже Шаблон:Nobr). Электропроводность моноклинного низкотемпературного магнетита на Шаблон:Nobr ниже, чем кубического (Шаблон:Nobr при Шаблон:Math); она, как и у любого типичного полупроводника, очень быстро уменьшается с понижением температуры, достигая нескольких единиц Шаблон:Nobr при Шаблон:Nobr. При этом моноклинный магнетит, в отличие от кубического, проявляет существенную анизотропию электропроводности — проводимость вдоль главных осей может отличаться более чем в Шаблон:Nobr. При Шаблон:Nobr электропроводность достигает минимума Шаблон:Nobr и растёт при дальнейшем понижении температуры. При температуре выше комнатной электропроводность медленно уменьшается до Шаблон:Nobr при Шаблон:Nobr, а затем очень медленно растёт вплоть до температуры разложения.

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

Образует кристаллогидрат состава $\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4\cdot 2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Химические свойства

Разлагается при нагревании:

$2\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4\stackrel{1538{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }6\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

Реагирует с разбавленными кислотами:

$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+8\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}⟶\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Реагирует с концентрированными окисляющими кислотами:

$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+10\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶3\mathrm{F}\mathrm{e}(\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_3+\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\uparrow +5\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Реагирует с щелочами при сплавлении:

$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+14\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{400-500{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_4\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_5\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+7\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Окисляется кислородом воздуха:

$4\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\stackrel{450-600{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }6\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$.

Восстанавливается водородом и монооксидом углерода:

$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{1000{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }3\mathrm{F}\mathrm{e}+4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O},$

$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+4\mathrm{C}\mathrm{O}\stackrel{700{\phantom{A}}^{\circ }\mathrm{C}}{\to }3\mathrm{F}\mathrm{e}+4\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

Конпропорционирует при спекании с металлическим железом:

$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{F}\mathrm{e}\stackrel{900-1000{\phantom{A}}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }4\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$.

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

$2\mathrm{A}\mathrm{l}+\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{A}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{F}\mathrm{e}$.

Применение

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

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга