Jern (III) oksid - Iron(III) oxide
|
|
Navn | |
---|---|
IUPAC navn
Jern (III) oksid
|
|
Andre navn | |
Identifikatorer | |
3D -modell ( JSmol )
|
|
ChEBI | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.013.790 |
EC -nummer | |
E -nummer | E172 (ii) (farger) |
11092 | |
KEGG | |
PubChem CID
|
|
RTECS -nummer | |
UNII | |
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
Egenskaper | |
Fe 2 O 3 | |
Molar masse | 159,687 g · mol −1 |
Utseende | Rødbrunt fast stoff |
Lukt | Luktfri |
Tetthet | 5,25 g / cm 3 |
Smeltepunkt | 1539 ° C (2 802 ° F; 1 812 K) brytes ned 105 ° C (221 ° F; 378 K) β-dihydrat, brytes ned 150 ° C (302 ° F; 423 K) β-monohydrat, brytes ned 50 ° C (122 ° F; 323 K) α-dihydrat, brytes ned 92 ° C (198 ° F; 365 K) α-monohydrat, brytes ned |
Uoppløselig | |
Løselighet | Oppløselig i fortynnede syrer , knapt løselige i sukkerløsningen trihydrat lett løselig i aq. vinsyre , sitronsyre , CH 3 COOH |
+3586,0 · 10 −6 cm 3 /mol | |
Brytningsindeks ( n D )
|
n 1 = 2,91, n 2 = 3,19 (α, hematitt) |
Struktur | |
Rhombohedral , hR30 (α-form) Cubic bixbyite, cI80 (β-form) Cubic spinel (γ-form) Orthorhombic (ε-form) |
|
R3c, nr. 161 (α-form) Ia 3 , nr. 206 (β-form) Pna2 1 , nr. 33 (ε-form) |
|
3m (α-form) 2/m 3 (β-form) mm2 (ε-form) |
|
Octahedral (Fe 3+ , α-form, β-form) | |
Termokjemi | |
Varmekapasitet ( C )
|
103,9 J/mol · K |
Std molar
entropi ( S |
87,4 J/mol · K |
Std
formasjonsentalpi (Δ f H ⦵ 298 ) |
−824,2 kJ/mol |
Gibbs fri energi (Δ f G ˚)
|
−742,2 kJ/mol |
Farer | |
GHS -piktogrammer | |
GHS Signalord | Advarsel |
H315 , H319 , H335 | |
P261 , P305+351+338 | |
NFPA 704 (brann diamant) | |
Grenseverdi (TLV)
|
5 mg/m 3 (TWA) |
Dødelig dose eller konsentrasjon (LD, LC): | |
LD 50 ( median dose )
|
10 g/kg (rotter, muntlig) |
NIOSH (amerikanske helseeksponeringsgrenser): | |
PEL (tillatt)
|
TWA 10 mg/m 3 |
REL (anbefalt)
|
TWA 5 mg/m 3 |
IDLH (Umiddelbar fare)
|
2500 mg/m 3 |
Relaterte forbindelser | |
Andre anioner
|
Jern (III) fluor |
Andre kationer
|
Mangan (III) oksid Kobolt (III) oksid |
Relaterte jernoksider
|
Jern (II) oksid Jern (II, III) oksid |
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
bekreft ( hva er ?) | |
Infobox -referanser | |
Jern (III) oksyd eller jern-III-oksyd er uorganisk forbindelse med formelen Fe 2 O 3 . Det er et av de tre viktigste oksydene av jern , de to andre er jern (II) oksid (FeO), som er sjelden; og jern (II, III) oksid (Fe 3 O 4 ), som også forekommer naturlig som mineralet magnetitt . Som mineralet kjent som hematitt , er Fe 2 O 3 hovedkilden til jern for stålindustrien. Fe 2 O 3 lett angripes av syrer. Jern (III) oksid kalles ofte rust , og til en viss grad er denne etiketten nyttig, fordi rust deler flere egenskaper og har en lignende sammensetning; men i kjemi regnes rust som et dårlig definert materiale, beskrevet som vannholdig jernoksid.
Struktur
Fe 2 O 3 kan oppnås på forskjellige polymorfer . I den viktigste, α, vedtar jern oktaedrisk koordinasjonsgeometri. Det vil si, hver Fe senter bundet til seks oksygen ligander . I γ -polymorfen sitter noen av Fe på tetraedriske steder, med fire oksygenligander.
Alfa fase
α-Fe 2 O 3 har rhombohedral , korund (α-Al 2 O 3 ) struktur og er den vanligste formen. Det forekommer naturlig som mineralet hematitt som blir utvunnet som hovedmalm av jern. Det er antiferromagnetisk under ~ 260 K ( Morin -overgangstemperatur ), og viser svak ferromagnetisme mellom 260 K og Néeltemperaturen , 950 K. Det er enkelt å forberede ved bruk av både termisk spaltning og nedbør i væskefasen. Dens magnetiske egenskaper er avhengig av mange faktorer, for eksempel trykk, partikkelstørrelse og magnetfeltintensitet.
Gamma fase
γ-Fe 2 O 3 har en kubisk struktur. Det er metastabilt og omdannes fra alfa -fasen ved høye temperaturer. Det forekommer naturlig som mineralet maghemitt . Det er ferromagnetisk og finner anvendelse i opptak av bånd, selv om ultrafine partikler mindre enn 10 nanometer er superparamagnetiske . Det kan fremstilles ved termisk dehydratisering av gammajern (III) oksid-hydroksid . En annen metode innebærer forsiktig oksidasjon av jern (II, III) oksid (Fe 3 O 4 ). De ultrafine partiklene kan fremstilles ved termisk spaltning av jern (III) oksalat .
Andre faste faser
Flere andre faser er identifisert eller påstått. Β-fasen er kubisk kroppssentrert (romgruppe Ia3), metastabil og omdannes til temperaturer over 500 ° C (930 ° F) til alfase. Det kan fremstilles ved reduksjon av hematitt ved karbon, pyrolyse av jern (III) kloridoppløsning eller termisk nedbrytning av jern (III) sulfat .
Epsilon (ε) fasen er rombisk, og viser egenskaper mellom alfa og gamma, og kan ha nyttige magnetiske egenskaper som kan brukes til formål som høydensitets opptaksmedier for lagring av store data . Utarbeidelse av den rene epsilon -fasen har vist seg å være svært utfordrende. Materiale med en høy andel epsilonfase kan fremstilles ved termisk transformasjon av gammafasen. Epsilon -fasen er også metastabil og omdannes til alfa -fasen ved mellom 500 og 750 ° C (930 og 1380 ° F). Det kan også fremstilles ved oksidasjon av jern i en lysbue eller ved sol-gelutfelling fra jern (III) nitrat . Forskning har avslørt epsilon jern (III) oksid i gamle kinesiske Jian keramiske glasurer, som kan gi innsikt i måter å produsere den formen i laboratoriet.
I tillegg kreves en amorf form ved høyt trykk .
Flytende fase
Smeltet Fe 2 O 3 forventes å ha et koordinasjonstall på nær 5 oksygenatomer rundt hvert jernatom, basert på målinger av lett oksygenmangel, avkjølte, flytende jernoksyddråper, hvor overkjøling omgår behovet for det høye oksygenpresset som kreves over smeltingen poeng for å opprettholde støkiometri.
Hydrert jern (III) oksider
Flere hydrater av jern (III) oksid eksisterer. Når alkali tilsettes oppløsninger av oppløselige Fe (III) -salter, dannes et rødbrunt gelatinaktig bunnfall. Dette er ikke Fe (OH) 3 , men Fe 2 O 3 · H 2 O (også skrevet som Fe (O) OH). Flere former av det hydratiserte oksydet til Fe (III) eksisterer også. Den røde lepidokrocitten γ-Fe (O) OH, forekommer på utsiden av rustiklene , og den oransje goethitten , som forekommer internt i rustiklene. Når Fe 2 O 3 · H 2 O blir oppvarmet, mister det hydratiseringsvannet. Videre oppvarming ved 1670 K omdanner Fe 2 O 3 til svart Fe 3 O 4 (Fe II Fe III 2 O 4 ), som er kjent som mineralet magnetitt . Fe (O) OH er løselig i syrer og gir [Fe (H
2O)
6] 3+ . I konsentrert vandig alkali, Fe 2 O 3 gir [Fe (OH) 6 ] 3- .
Reaksjoner
Den viktigste reaksjonen er karbotermisk reduksjon , som gir jern som brukes i stålfremstilling:
- Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2
En annen redoksreaksjon er den ekstremt eksotermiske termittreaksjonen med aluminium .
- 2 Al + Fe 2 O 3 → 2 Fe + Al 2 O 3
Denne prosessen brukes til å sveise tykke metaller som jernbaneskinner ved å bruke en keramisk beholder for å føre det smeltede jernet mellom to skinner. Thermite brukes også i våpen og til å lage småskala skulpturer og verktøy i støpejern.
Delvis reduksjon med hydrogen ved ca. 400 ° C gir magnetitt, et svart magnetisk materiale som inneholder både Fe (III) og Fe (II):
- 3 Fe 2 O 3 + H 2 → 2 Fe 3 O 4 + H 2 O
Jern (III) oksid er uløselig i vann, men oppløses lett i sterk syre, f.eks. Saltsyre og svovelsyre . Det oppløses også godt i oppløsninger av chelateringsmidler som EDTA og oksalsyre .
Oppvarming av jern (III) oksider med andre metalloksider eller karbonater gir materialer kjent som ferrater (ferrat (III)):
- ZnO + Fe 2 O 3 → Zn (FeO 2 ) 2
Forberedelse
Jern (III) oksid er et produkt av oksidasjon av jern. Det kan tilberedes i laboratoriet ved å elektrolysere en løsning av natriumbikarbonat , en inert elektrolytt, med en jernanode:
- 4 Fe + 3 O 2 + 2 H 2 O → 4 FeO (OH)
Det resulterende hydratiserte jern (III) oksidet, skrevet her som FeO (OH), dehydrerer rundt 200 ° C.
- 2 FeO (OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O
Bruker
Jernindustri
Den overveldende anvendelsen av jern (III) oksid er som råstoff i stål- og jernindustrien, f.eks. Produksjon av jern , stål og mange legeringer.
Polering
Et veldig fint pulver av jernoksid er kjent som "gullsmed rouge", "rød rouge", eller ganske enkelt rouge. Den brukes til å legge den siste poleringen på metalliske smykker og linser , og historisk sett som en kosmetikk . Rouge kutter saktere enn noen moderne polermidler, for eksempel cerium (IV) oksid , men brukes fortsatt i optikkproduksjon og av gullsmykker for den overlegne finishen den kan produsere. Når du polerer gull, bekker rouge gullet noe, noe som bidrar til utseendet på det ferdige stykket. Rouge selges som et pulver, lim, fylt på poleringskluter, eller heltrukket strek (med en voks eller fett bindemiddel). Andre poleringsforbindelser kalles også ofte "rouge", selv når de ikke inneholder jernoksid. Juveler fjerner den resterende rougen på smykker ved bruk av ultralydsrengjøring . Produkter som selges som " stroppemasse " påføres ofte på en lærstropp for å hjelpe til med å skaffe en barberhøvel på kniver, rette barberhøvler eller andre kanter.
Pigment
Jern (III) oksid brukes også som pigment , under navnene "Pigment Brown 6", "Pigment Brown 7" og "Pigment Red 101". Noen av dem, f.eks. Pigment Red 101 og Pigment Brown 6, er godkjent av US Food and Drug Administration (FDA) for bruk i kosmetikk. Jernoksider brukes som pigmenter i tannkompositter sammen med titanoksider.
Hematitt er den karakteristiske komponenten i den svenske malingsfargen Falu rød .
Magnetisk opptak
Jern (III) oksid var den vanligste magnetiske partikkelen som ble brukt i alle typer magnetiske lagrings- og opptaksmedier , inkludert magnetiske disker (for datalagring) og magnetbånd (brukt i lyd- og videoopptak samt datalagring). Bruken i dataskiver ble erstattet av koboltlegering, noe som muliggjorde tynnere magnetiske filmer med høyere lagringstetthet.
Fotokatalyse
α-Fe 2 O 3 har blitt studert som en fotoanode for oksidasjon av solvann . Effekten er imidlertid begrenset av en kort diffusjonslengde (2-4 nm) for foto-eksiterte ladningsbærere og påfølgende rask rekombinasjon , noe som krever et stort overpotensial for å drive reaksjonen. Forskning har vært fokusert på å forbedre vann oksydasjonsegenskap av Fe 2 O 3 ved hjelp av nanostrukturering, overflatefunksjonalisering, eller ved å anvende alternative krystallfaser som β-Fe 2 O 3 .
Medisin
Calamine lotion, som brukes til å behandle mild kløe , består hovedsakelig av en kombinasjon av sinkoksid , som virker astringerende , og omtrent 0,5% jern (III) oksid, produktets aktive ingrediens, som virker som antipruritisk . Den røde fargen på jern (III) oksid er også hovedsakelig ansvarlig for lotionens rosa farge.
Se også
Referanser
Eksterne linker
Wikimedia Commons har medier relatert til jern (III) oksid . |