Оксид железа(II,III)

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.

Оксид железа​(II,III)​
Magnetite.jpg
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
Рег. номер EINECS 215-277-5
SMILES
InChI
ChEBI CHEBI:50821
ChemSpider
Безопасность
NFPA 704
Огнеопасность 0: Негорючее веществоОпасность для здоровья 0: Не представляет опасности для здоровья, не требует мер предосторожности (например, ланолин, пищевая сода)Реакционноспособность 0: Стабильно даже при действии открытого пламени и не реагирует с водой (например, гелий)Специальный код: отсутствуетNFPA 704 four-colored diamond
0
0
0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Образуется на поверхности стальных и железных предметов в виде слоя чёрной окалины при их накаливании на воздухе.

Нахождение в природеПравить

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 бактерий[1] и ткани клюва почтовых голубей[2].

ПолучениеПравить

Сжигание порошкообразного железа на воздухе:

 .

Действие перегретого пара на железо:

 .

Осторожное восстановление оксида железа(III) водородом:

 .

Восстановление оксидом углерода (II):

 

Физические свойстваПравить

Оксид железа(II,III) при комнатной температуре образует чёрные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F d3m, параметры ячейки a = 0,844 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 (англ.) (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже TV = 120—125 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 отличаться в сотни раз.

Образует кристаллогидрат состава  .

Химические свойстваПравить

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:

 .

ПрименениеПравить

ПримечанияПравить

  1. 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.
  2. 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.
  3. Точки Кюри некоторых веществ.
  4. 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. — Bibcode1941Phy.....8..979V.
  5. Substance: Fe3O4. Property: electrical conductivity // Semiconductors / Eds.: O. Madelung et al. — Springer, 2000. — ISBN 978-3-540-64966-3.
  6. Gunter Buxbaum, Gerhard Pfaff (2005) Industrial Inorganic Pigments 3d edition Wiley-VCH ISBN 3-527-30363-4
  7. Thermite. Amazing Rust.com (7 February 2001). Дата обращения: 12 октября 2011. Архивировано 7 июля 2011 года.
  8. 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.

ЛитератураПравить

  • 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.