Oxid železitý - Iron(III) oxide

Tento článek je o červeně zbarveném oxidu železa. Pro další použití viz Červené železo.

Oxid železitý
Jednotka hematitové jednotky
Vzorek oxidu železitého
Pourbaixův diagram vodného železa
Jména
Název IUPAC
Oxid železitý
Ostatní jména
oxid železitý, hematit železité železo, červený oxid železitý, rouge, maghemit colcothar, oxid železitý, rez, okr
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Informační karta ECHA100.013.790 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 215-168-2
Číslo E.E172 (ii) (barvy)
11092
KEGG
Číslo RTECS
  • NO7400000
UNII
Vlastnosti
Fe2Ó3
Molární hmotnost159.687 g · mol−1
VzhledČervenohnědá pevná látka
ZápachBez zápachu
Hustota5,25 g / cm3[1]
Bod tání 1539 ° C (2 802 ° F; 1 812 K)[1]
rozkládá se
105 ° C (221 ° F; 378 K)
β-dihydrát se rozkládá
150 ° C (302 ° F; 423 K)
β-monohydrát se rozkládá
50 ° C (122 ° F; 323 K)
α-dihydrát se rozkládá
92 ° C (198 ° F; 365 K)
α-monohydrát se rozkládá[3]
Nerozpustný
RozpustnostRozpustný ve zředěném kyseliny,[1] sotva rozpustný v cukr řešení[2]
Trihydrát slabě rozpustný ve vod. kyselina vinná, kyselina citronová, CH3COOH[3]
+3586.0·10−6 cm3/ mol
n1= 2,91, n2= 3,19 (α, hematit)[4]
Struktura
Kosodélník, hR30 (α-forma)[5]
Krychlový bixbyit, cI80 (β-forma)
Kubický spinel (γ-forma)
Ortorombický (formulář ε)[6]
R3c, č. 161 (α-forma)[5]
IA3, Č. 206 (β-forma)
Pna21, Č. 33 (forma ε)[6]
3 m (α-forma)[5]
2 / m 3 (β-forma)
mm2 (tvar ε)[6]
Osmistěn (Fe3+, α-forma, β-forma)[5]
Termochemie[7]
103,9 J / mol · K.[7]
87,4 J / mol · K.[7]
-824,2 kJ / mol[7]
-742,2 kJ / mol[7]
Nebezpečí
Piktogramy GHSGHS07: Zdraví škodlivý[8]
Signální slovo GHSVarování
H315, H319, H335[8]
P261, P305 + 351 + 338[8]
NFPA 704 (ohnivý diamant)
5 mg / m3[1] (TWA)
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
10 g / kg (krysy, orálně)[10]
NIOSH (Limity expozice USA pro zdraví):
PEL (Dovolený)
TWA 10 mg / m3[9]
REL (Doporučeno)
TWA 5 mg / m3[9]
IDLH (Okamžité nebezpečí)
2 500 mg / m3[9]
Související sloučeniny
jiný anionty
Fluorid železitý
jiný kationty
Oxid manganičitý
Oxid kobaltnatý
Příbuzný oxidy železa
Oxid železitý
Oxid železitý (II, III)
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Oxid železitý nebo oxid železitý je anorganická sloučenina se vzorcem Fe2Ó3. Je to jeden ze tří hlavních oxidy z žehlička, další dva jsou oxid železitý (FeO), což je vzácné; a oxid železitý (II, III) (Fe3Ó4), který se také přirozeně vyskytuje jako minerál magnetit. Jako minerál známý jako hematit, Fe2Ó3 je hlavním zdrojem železa pro ocelářský průmysl. Fe2Ó3 je snadno napaden kyselinami. Oxid železitý se často nazývá rez, a do určité míry je toto označení užitečné, protože rez má několik vlastností a má podobné složení; v chemii se však rez považuje za nedefinovaný materiál, který se označuje jako oxid železitý železitý.[11]

Struktura

Fe2Ó3 lze získat v různých polymorfy. V hlavním, α, železo přijímá oktaedrickou koordinační geometrii. To znamená, že každé centrum Fe je vázáno na šest kyslíku ligandy. V polymorfu γ některé Fe sedí na čtyřboká místa se čtyřmi kyslíkovými ligandy.

Alfa fáze

α-Fe2Ó3 má kosodélník, korund (α-Al2Ó3) struktura a je nejběžnější formou. Vyskytuje se přirozeně jako minerál hematit který se těží jako hlavní Ruda ze železa. to je antiferomagnetický pod ~ 260 K (Morinův přechod teplota) a vykazuje slabou teplotu feromagnetismus mezi 260 K a Teplota Néel, 950 K.[12] Je snadné se připravit pomocí obou tepelný rozklad a srážení v kapalné fázi. Jeho magnetické vlastnosti jsou závislé na mnoha faktorech, např. tlak, velikost částic a intenzita magnetického pole.

Gamma fáze

y-Fe2Ó3 má krychlový struktura. Je metastabilní a přeměňuje se z alfa fáze při vysokých teplotách. Vyskytuje se přirozeně jako minerál maghemit. to je feromagnetický a najde uplatnění v nahrávacích páskách,[13] Ačkoli ultrajemné částice menší než 10 nanometrů superparamagnetický. Může být připraven tepelnou dehydratací gama oxid-hydroxid železitý. Další metoda zahrnuje opatrnou oxidaci oxid železitý (II, III) (Fe3Ó4).[13] Ultrajemné částice lze připravit tepelným rozkladem oxalát železitý.

Jiné pevné fáze

Bylo identifikováno nebo nárokováno několik dalších fází. Β-fáze je kubická centrovaná na tělo (vesmírná skupina Ia3), metastabilní a při teplotách nad 500 ° C (930 ° F) přechází do fáze alfa. Může být připraven redukcí hematitu uhlíkem,[je zapotřebí objasnění ] pyrolýza z chlorid železitý roztok nebo tepelný rozklad síran železitý.[14]

Fáze epsilon (ε) je kosočtverečná a vykazuje vlastnosti mezi alfa a gama a může mít užitečné magnetické vlastnosti. Příprava čisté fáze epsilon se ukázala jako velmi náročná. Materiál s vysokým podílem epsilonové fáze lze připravit tepelnou transformací gama fáze. Fáze epsilon je také metastabilní a transformuje se do fáze alfa při teplotě mezi 500 a 750 ° C (930 až 1380 ° F). Může být také připraven oxidací železa v elektrický oblouk nebo sol-gel srážky od dusičnan železitý.[Citace je zapotřebí ] Výzkum odhalil epsilon oxid železitý ve starověké čínštině Jian keramika glazury, které mohou poskytnout vhled do způsobů výroby této formy v laboratoři.[15][není nutný primární zdroj ]

Navíc při vysokém tlaku an amorfní formulář je nárokován.[6][není nutný primární zdroj ]

Kapalná fáze

Roztavený Fe2Ó3 Očekává se, že bude mít koordinační číslo téměř 5 atomů kyslíku kolem každého atomu železa, na základě měření mírně podchlazených kapalných kapiček oxidu železa s nedostatkem kyslíku, kde superchlazení obchází potřebu vysokých tlaků kyslíku požadovaných nad teplotou tání pro udržení stechiometrie.[16]

Hydratované oxidy železa (III)

Existuje několik hydrátů oxidu železitého. Když se do roztoků rozpustných solí Fe (III) přidá alkálie, vytvoří se červenohnědá želatinová sraženina. Tohle je ne Fe (OH)3, ale Fe2Ó3· H2O (také psáno jako Fe (O) OH). Existuje také několik forem hydratovaného oxidu Fe (III). Červená lepidokrocit γ-Fe (O) OH se vyskytuje na vnější straně rustikály a oranžová goethite, který se vyskytuje interně v rustikálech. Když Fe2Ó3· H2O se zahřívá, ztrácí hydratační vodu. Další zahřívání na 1670 K převádí Fe2Ó3 na černé Fe3Ó4 (FeIIFeIII2Ó4), který je známý jako minerál magnetit.Fe (O) OH je rozpustný v kyselinách a dává [Fe (H2Ó)6]3+. V koncentrované vodné zásadě, Fe2Ó3 dává [Fe (OH)6]3−.[13]

Reakce

Nejdůležitější reakce je jeho karbotermální redukce, což dává železo používané při výrobě oceli:

Fe2Ó3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

Další redoxní reakcí je extrémní exotermické termit reakce s hliník.[17]

2 Al + Fe2Ó3 → 2 Fe + Al2Ó3

Tento proces se používá ke svařování tlustých kovů, jako jsou kolejnice vlakových kolejí, pomocí keramické nádoby pro tryskání roztaveného železa mezi dvěma částmi kolejnice. Thermit se také používá ve zbraních a při výrobě litinových soch a nástrojů v malém měřítku.

Částečná redukce vodíkem při asi 400 ° C vytváří magnetit, černý magnetický materiál, který obsahuje Fe (III) i Fe (II):[18]

3 Fe2Ó3 + H2 → 2 Fe3Ó4 + H2Ó

Oxid železitý je nerozpustný ve vodě, ale snadno se rozpouští v silné kyselině, např. chlorovodíková a kyseliny sírové. Rovněž se dobře rozpouští v roztocích chelatačních činidel, jako jsou EDTA a kyselina šťavelová.

Zahříváním oxidů železa (III) s jinými oxidy nebo uhličitany kovů se získají materiály známé jako ferráty (ferát (III)):[18]

ZnO + Fe2Ó3 → Zn (FeO2)2

Příprava

Oxid železitý je produktem oxidace železa. Může být připraven v laboratoři elektrolyzováním roztoku hydrogenuhličitan sodný, inertní elektrolyt, se železnou anodou:

4 Fe + 3 O2 + 2 H2O → 4 FeO (OH)

Výsledný hydratovaný oxid železitý, zde psaný jako FeO (OH), dehydratuje kolem 200 ° C.[18][19]

2 FeO (OH) → Fe2Ó3 + H2Ó

Použití

Železný průmysl

Drtivá aplikace oxidu železitého je jako surovina pro ocelářský a železářský průmysl, např. the výroba železa, ocel a mnoho slitin.[19]

Leštění

Velmi jemný prášek oxidu železitého je známý jako „klenotnická rouge“, „red rouge“ nebo jednoduše rouge. Používá se k nanášení finálního lesku na kov šperky a čočky, a historicky jako a kosmetický. Rouge brousí pomaleji než některé moderní laky, jako např oxid ceričitý, ale stále se používá při výrobě optiky a klenotníky pro vynikající povrchovou úpravu, kterou dokáže vyrobit. Při leštění zlata rouge zlato mírně obarví, což přispívá k vzhledu hotového kusu. Rouge se prodává ve formě prášku, pasty, šněrování na lešticích hadřících nebo pevné tyčinky (s a vosk nebo tuk pořadač). Další leštící směsi se také často nazývají „rouge“, i když neobsahují oxid železitý. Klenotníci odstraní zbytky rouge na špercích pomocí ultrazvukové čištění. Výrobky prodávané jako „stropping sloučenina "se často aplikují na a kožený strop pomáhat při získávání ostří na nože, břitvy nebo jakýkoli jiný nástroj s ostrými hranami.

Pigment

Dvě různé barvy v různé hydrátové fázi (α = červená, β = žlutá) hydrátu oxidu železitého;[3] jsou užitečné jako pigmenty.

Oxid železitý se také používá jako a pigment, pod názvy „Pigment Brown 6“, „Pigment Brown 7“ a „Pigment Red 101“.[20] Některé z nich, např. Pigment Red 101 a Pigment Brown 6 jsou schváleny USA Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) pro použití v kosmetice. Oxidy železa se používají jako pigmenty v dentálních kompozitech spolu s oxidy titanu.[21]

Hematit je charakteristickou složkou švédské barvy Falu červená.

Magnetický záznam

Nejběžnější byl oxid železitý magnetický částice používané ve všech typech magnetické ukládání a záznam média, včetně magnetických disků (pro ukládání dat) a magnetická páska (používá se při nahrávání zvuku a videa i při ukládání dat). Jeho použití na počítačových discích bylo nahrazeno kobaltovou slitinou, což umožnilo tenčí magnetické filmy s vyšší hustotou skladování.[22]

Fotokatalýza

α-Fe2Ó3 byl studován jako a fotoanoda pro sluneční oxidaci vody.[23] Jeho účinnost je však omezena krátkou difúzní délkou (2–4 nm) fotocitovaných nosičů náboje[24] a následně rychle rekombinace, vyžadující velkou nadměrný potenciál řídit reakci.[25] Výzkum byl zaměřen na zlepšení oxidační schopnosti Fe ve vodě2Ó3 pomocí nanostrukturalizace,[23] funkcionalizace povrchu,[26] nebo použitím alternativních krystalických fází, jako je β-Fe2Ó3.[27]

Lék

Calamine krém používaný k mírné léčbě svědění, je složen hlavně z kombinace oxid zinečnatý, jednat jako svíravý a asi 0,5% oxidu železitého, účinné látky produktu, působící jako antipruritikum. Červená barva oxidu železitého je také zodpovědná hlavně za obecně známou růžovou barvu pleťového mléka.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Haynes, str. 4,69
  2. ^ "Slovník chemických rozpustností, anorganický". archive.org. Citováno 17. listopadu 2020.
  3. ^ A b C Comey, Arthur Messinger; Hahn, Dorothy A. (únor 1921). Slovník chemických rozpustností: anorganický (2. vyd.). New York: Společnost MacMillan. str. 433.
  4. ^ Haynes, str. 4,141
  5. ^ A b C d Ling, Yichuan; Wheeler, Damon A .; Zhang, Jin Zhong; Li, Yat (2013). Zhai, Tianyou; Yao, Jiannian (eds.). Jednorozměrné nanostruktury: Principy a aplikace. John Wiley & Sons, Inc.. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. str. 167. ISBN  978-1-118-07191-5.
  6. ^ A b C d Vujtek, Milan; Zboril, Radek; Kubinek, Roman; Mashlan, Miroslav. „Ultrajemné částice oxidů železa (III) z pohledu AFM - nová cesta ke studiu polymorfismu v nanosvěti“ (PDF). Univerzity Palackého. Citováno 12. července 2014.
  7. ^ A b C d E Haynes, str. 5.12
  8. ^ A b C Sigma-Aldrich Co., Oxid železitý. Citováno 2014-07-12.
  9. ^ A b C NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími. "#0344". Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  10. ^ A b „SDS of Iron (III) oxide“ (PDF). KJLC. Anglie: Kurt J Lesker Company Ltd. 5. ledna 2012. Citováno 12. července 2014.
  11. ^ PubChem. „Oxid železitý (Fe2O3), hydrát“. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Citováno 11. listopadu 2020.
  12. ^ Greedan, J. E. (1994). "Magnetické oxidy". V King, R. Bruce (ed.). Encyklopedie anorganické chemie. New York: John Wiley & Sons. ISBN  978-0-471-93620-6.
  13. ^ A b C Housecroft, Catherine E .; Sharpe, Alan G. (2008). „Kapitola 22: d-bloková chemie kovů: prvky první řady ". Anorganická chemie (3. vyd.). Pearson. str.716. ISBN  978-0-13-175553-6.
  14. ^ "Mechanismus oxidace a tepelného rozkladu sulfidů železa" (PDF).
  15. ^ Dejoie, Catherine; Sciau, Philippe; Li, Weidong; Noé, Laure; Mehta, Apurva; Chen, Kai; Luo, Hongjie; Kunz, Martin; Tamura, Nobumichi; Liu, Zhi (2015). „Poučení z minulosti: Vzácné ε-Fe2Ó3 ve starodávném zboží Jian (Tenmoku) s černými skly “. Vědecké zprávy. 4: 4941. doi:10.1038 / srep04941. PMC  4018809. PMID  24820819.
  16. ^ Shi, Caijuan; Alderman, Oliver; Tamalonis, Anthony; Weber, Richard; Ty, Jinglin; Benmore, Chris (2020). "Redox-strukturní závislost roztavených oxidů železa". Komunikační materiály. 1: 80. doi:10.1038 / s43246-020-00080-4.
  17. ^ Adlam; Cena (1945). Anorganická chemie na vysoké škole. Cena Leslie Slaterové.
  18. ^ A b C Handbook of Preparative Anorganic Chemistry, 2. vyd. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Sv. 1. str. 1661.
  19. ^ A b Greenwood, N. N .; Earnshaw, A. (1997). Chemie prvku (2. vyd.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-7506-3365-9.
  20. ^ Nátěry a povrchové úpravy: Teorie a praxe. William Andrew Inc. 1999. ISBN  978-1-884207-73-0.
  21. ^ Banerjee, Avijit (2011). Pickardův manuál operativního zubního lékařství. USA: Oxford University Press Inc., New York. str. 89. ISBN  978-0-19-957915-0.
  22. ^ Piramanayagam, S. N. (2007). Msgstr "Kolmé záznamové médium pro jednotky pevného disku". Journal of Applied Physics. 102 (1): 011301–011301–22. Bibcode:2007JAP ... 102a1301P. doi:10.1063/1.2750414.
  23. ^ A b Kay, A., Cesar, I. a Grätzel, M. (2006). „Nový standard pro fotooxidaci vody nanostrukturovaným α-Fe2Ó3 Filmy “. Journal of the American Chemical Society. 128 (49): 15714–15721. doi:10.1021 / ja064380l. PMID  17147381.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  24. ^ Kennedy, J.H. a Frese, K.W. (1978). „Fotooxidace vody na α-Fe2Ó3 Elektrody ". Journal of the Electrochemical Society. 125 (5): 709. doi:10.1149/1.2131532.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  25. ^ Le Formal, F. (2014). „Rekombinace zpětných elektronů a děr v hematitových fotoanodech pro štěpení vody“. Journal of the American Chemical Society. 136 (6): 2564–2574. doi:10.1021 / ja412058x. PMID  24437340.
  26. ^ Zhong, D.K. a Gamelin, D.R. (2010). „Fotoelektrochemická oxidace vody kobaltovým katalyzátorem („ Co-Pi “) / α-Fe2Ó3 Kompozitní fotoanody: vývoj kyslíku a rozlišení kinetického zúžení ". Journal of the American Chemical Society. 132 (12): 4202–4207. doi:10.1021 / ja908730h. PMID  20201513.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  27. ^ Emery, J.D. (2014). „Depozice atomové vrstvy metastabilního β-Fe2Ó3 prostřednictvím izomorfní epitaxe pro fotoasistovanou oxidaci vody ". ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (24): 21894–21900. doi:10.1021 / am507065y. OSTI  1355777. PMID  25490778.

externí odkazy