Jump to content

Оксид железа(II,III)

(Перенаправлено из оксида железа и железа )
Оксид железа(II,III)
Имена
Название ИЮПАК
оксид железа(II) железа(III)
Другие имена
оксид железа(II,III), оксид железа(II,III), магнетит, черный оксид железа, магнит, ржавчина, оксид железа(II) дижелеза(III)
Идентификаторы
3D model ( JSmol )
КЭБ
ХЭМБЛ
ХимическийПаук
Информационная карта ECHA 100.013.889 Отредактируйте это в Викиданных
НЕКОТОРЫЙ
Характеристики
Fe 3 О 4

FeO.Fe 2 O 3

Молярная масса 231.533 g/mol
Появление твердый черный порошок
Плотность 5 г/см 3
Температура плавления 1597 ° C (2907 ° F; 1870 К)
Точка кипения 2,623 [ 1 ] ° C (4753 ° F; 2896 К)
2.42 [ 2 ]
Опасности
NFPA 704 (огненный алмаз)
Термохимия
-1120,89 кДж·моль −1 [ 3 ]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).

Оксид железа(II,III) , или черный оксид железа, представляет собой химическое соединение с формулой Fe 3 O 4 . В природе встречается как минерал магнетит . Это один из многих оксидов железа , остальные — оксид железа (II) (FeO), который встречается редко, и оксид железа (III) (Fe 2 O 3 ), который также встречается в природе в виде минерала гематита . Он содержит как Fe 2+ и Fe 3+ ионов и иногда формулируется как FeO ∙ Fe 2 O 3 . Этот оксид железа встречается в лаборатории в виде черного порошка. Он проявляет постоянный магнетизм и является ферримагнитным , но иногда его ошибочно называют ферромагнитным . [ 4 ] Наиболее широкое его применение — в качестве черного пигмента (см.: Mars Black ). Для этой цели его синтезируют, а не экстрагируют из природного минерала, поскольку размер и форма частиц могут варьироваться в зависимости от метода производства. [ 5 ]

Подготовка

[ редактировать ]

Нагретое металлическое железо взаимодействует с паром с образованием оксида железа и газообразного водорода.

В анаэробных условиях гидроксид железа (Fe(OH) 2 ) может окисляться водой с образованием магнетита и молекулярного водорода . Этот процесс описывается реакцией Шикорра :

Это работает, поскольку кристаллический магнетит (Fe 3 O 4 ) термодинамически более стабилен, чем аморфный гидроксид железа (Fe(OH) 2 ). [ 6 ]

Метод Массара получения магнетита как феррожидкости удобен в лабораторных условиях: смешивают хлорид железа(II) и хлорид железа(III) в присутствии гидроксида натрия . [ 7 ]

Более эффективный метод получения магнетита без неприятных остатков натрия заключается в использовании аммиака для содействия химическому соосаждению из хлоридов железа: сначала смешивают растворы 0,1 М FeCl 3 ·6H 2 O и FeCl 2 ·4H 2 O при интенсивном перемешивании. примерно при 2000 об/мин. Молярное соотношение FeCl 3 :FeCl 2 должно составлять примерно 2:1. Нагрейте смесь до 70°С, затем увеличьте скорость перемешивания примерно до 7500 об/мин и быстро добавьте раствор NH 4 OH (10 об.%). Сразу образуется темный осадок наночастиц магнетита. [ 8 ]

В обоих методах реакция осаждения основана на быстром превращении кислых ионов железа в структуру оксида железа шпинели при pH 10 или выше.

Управление образованием наночастиц магнетита представляет собой сложную задачу: реакции и фазовые превращения, необходимые для создания структуры магнетитовой шпинели, сложны. [ 9 ] Эта тема имеет практическое значение, поскольку частицы магнетита представляют интерес для таких биологических приложений, как магнитно-резонансная томография (МРТ), в которой наночастицы магнетита оксида железа потенциально представляют собой нетоксичную альтернативу контрастным веществам на основе гадолиния , используемым в настоящее время. Однако трудности с контролем образования частиц по-прежнему не позволяют получить суперпарамагнитные частицы магнетита, то есть: наночастицы магнетита с коэрцитивной силой 0 А/м, что означает, что они полностью теряют свою постоянную намагниченность в отсутствие внешней намагниченности. магнитное поле. Наименьшие значения, зарегистрированные в настоящее время для наноразмерных частиц магнетита, составляют Hc = 8,5 Ампер. −1 , [ 10 ] тогда как наибольшее зарегистрированное значение намагниченности составляет 87 Am. 2 кг −1 для синтетического магнетита. [ 11 ] [ 12 ]

Качественный пигмент Fe 3 O 4 , так называемый синтетический магнетит, можно получить с использованием процессов, в которых используются промышленные отходы, железный лом или растворы, содержащие соли железа (например, те, которые производятся в качестве побочных продуктов в промышленных процессах, таких как кислотная обработка ( травление ) сталь):

  • Окисление металлического железа в процессе Ло, где нитробензол обрабатывается металлическим железом с использованием FeCl 2 в качестве катализатора для получения анилина : [ 5 ]
C 6 H 5 NO 2 + 3 Fe + 2 H 2 O → C 6 H 5 NH 2 + Fe 3 O 4
  • Окисление Fe II соединения, например, осаждение солей железа(II) в виде гидроксидов с последующим окислением путем аэрации, при котором тщательный контроль pH определяет образующийся оксид. [ 5 ]

Восстановление Fe 2 O 3 водородом: [ 13 ] [ 14 ]

3Fe 2 O 3 + H 2 → 2Fe 3 O 4 +H 2 O

Восстановление Fe 2 O 3 CO: [ 15 ]

3Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2

Производство наночастиц можно осуществлять химическим путем, взяв, например, смеси Fe. II и Fe III солей и смешивания их со щелочью для осаждения коллоидного Fe 3 O 4 . Условия реакции имеют решающее значение для процесса и определяют размер частиц. [ 16 ]

Карбонат железа (II) также можно термически разложить на железо (II, III): [ 17 ]

3FeCO 3 → Fe 3 O 4 + 2CO 2 + CO

Восстановление магнетитовой руды CO в доменной печи используется для получения железа в рамках процесса производства стали: [ 4 ]

Контролируемое окисление Fe 3 O 4 используется для получения коричневого пигмента качества γ-Fe 2 O 3 ( маггемит ): [ 18 ]

Более энергичный прокаливание (обжиг на воздухе) дает красный пигмент качества α-Fe 2 O 3 ( гематит ): [ 18 ]

Структура

[ редактировать ]

Fe 3 O 4 имеет кубическую структуру обращенной группы шпинели , которая состоит из кубического плотноупакованного массива оксидных ионов, в котором все Fe 2+ ионы занимают половину октаэдрических позиций, а Fe 3+ распределяются равномерно по остальным октаэдрическим позициям и тетраэдрическим позициям.

И FeO , и γ-Fe 2 O 3 имеют схожий кубический плотноупакованный массив оксидных ионов, и это объясняет легкую взаимозаменяемость между тремя соединениями при окислении и восстановлении, поскольку эти реакции влекут за собой относительно небольшие изменения в общей структуре. [ 4 ] Образцы Fe 3 O 4 могут быть нестехиометрическими . [ 4 ]

Ферримагнетизм возникает из-за того , Fe 3 O 4 что электронные спины Fe II и Fe III ионы в октаэдрических позициях связаны, и спины Fe III ионы в тетраэдрических позициях связаны, но антипараллельны первым. Конечным результатом является то, что магнитные вклады обоих наборов не сбалансированы и существует постоянный магнетизм. [ 4 ]

В расплавленном состоянии экспериментально ограниченные модели показывают, что ионы железа координируются в среднем с 5 ионами кислорода. [ 19 ] В жидком состоянии наблюдается распределение координационных центров, причем большая часть как Fe II и Fe III будучи 5-координированным по отношению к кислороду и меньшинству популяций как 4-, так и 6-координированного железа.

Характеристики

[ редактировать ]
Образец магнетита природного происхождения Fe 3 O 4 .

Fe 3 O 4 является ферримагнитным веществом с температурой Кюри 858 К (585 °С). При 120 К (-153 ° C) происходит фазовый переход, называемый переходом Вервея, при котором наблюдается разрыв структуры, проводимости и магнитных свойств. [ 20 ] Этот эффект был тщательно исследован, и хотя были предложены различные объяснения, он, по-видимому, не полностью понят. [ 21 ]

Хотя удельное электрическое сопротивление 4 гораздо выше , чем металлическое железо (96,1 нОм · м), Fe 3 Fe 3 O O 4 (0,3 мОм · м) удельное электрическое сопротивление [ 22 ] ) значительно ниже, чем у Fe 2 O 3 (около кОм·м). Это связывают с обменом электронами между Fe II и Fe III центры в Fe 3 O 4 . [ 4 ]

Использование

[ редактировать ]
Ферумокситол
Клинические данные
Торговые названия Ферахеме, Риенсо
AHFS / Drugs.com Монография
МедлайнПлюс а614023
Данные лицензии
Маршруты
администрация
Внутривенная инфузия
код АТС
  • Никто
Юридический статус
Юридический статус
Идентификаторы
Номер CAS
Лекарственный Банк
НЕКОТОРЫЙ
КЕГГ
КЭБ
Панель управления CompTox ( EPA )
Информационная карта ECHA 100.013.889 Отредактируйте это в Викиданных
Химические и физические данные
Формула Fe 3 О 4
Молярная масса 231.531  g·mol −1
3D model ( JSmol )

Fe 3 O 4 используется в качестве черного пигмента и известен как пигмент CI черный 11 (CI № 77499) или Mars Black . [ 18 ]

Fe 3 O 4 используется в качестве катализатора в процессе Габера и в реакции конверсии вода-газ . [ 26 ] В последнем используется HTS (катализатор высокотемпературного сдвига) из оксида железа, стабилизированного оксидом хрома . [ 26 ] Этот железохромовый катализатор восстанавливается при запуске реактора с образованием Fe 3 O 4 из α-Fe 2 O 3 и Cr 2 O 3 до CrO 3 . [ 26 ]

Воронение — это процесс пассивации , при котором на поверхности стали образуется слой Fe 3 O 4 , защищающий ее от ржавчины. Наряду с серой и алюминием он входит в состав термита для резки стали . [ нужна ссылка ]

Медицинское использование

[ редактировать ]

Наночастицы Fe 3 O 4 используются в качестве контрастного вещества при МРТ-сканировании . [ 27 ]

Ферумокситол, продаваемый под торговыми марками Feraheme и Rienso, представляет собой для внутривенного препарат Fe 3 O 4 введения для лечения анемии, возникающей в результате хронической болезни почек . [ 23 ] [ 24 ] [ 28 ] [ 29 ] Ферумокситол производится и распространяется по всему миру компанией AMAG Pharmaceuticals . [ 23 ] [ 29 ]

Биологическое явление

[ редактировать ]

Магнетит был обнаружен в виде нанокристаллов у магнитотактических бактерий (42–45 нм). [ 5 ] и в тканях клюва почтовых голубей . [ 30 ]

  1. ^ Магнетит (Fe3O4): свойства, синтез и применение Ли Блейни, Lehigh Review 15, 33-81 (2007). См. Приложение А, стр. 77.
  2. ^ Прадьот Патнаик. Справочник неорганических химикатов . МакГроу-Хилл, 2002 г., ISBN   0-07-049439-8
  3. ^ Чейз МВт (1998). «Темохимические таблицы NIST-JANAF» . НИСТ (Четвертое изд.): 1–1951.
  4. ^ Jump up to: а б с д и ж Гринвуд Н.Н. , Эрншоу А. (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN  978-0-08-037941-8 .
  5. ^ Jump up to: а б с д Корнелл Р.М., Швертманн У (2007). Оксиды железа: структура, свойства, реакции, возникновение и использование . Вайли-ВЧ. ISBN  978-3-527-60644-3 .
  6. ^ Ма М, Чжан Ю, Го Цз, Гу Н (январь 2013 г.). «Простой синтез ультратонких магнитных нанопластин оксида железа реакцией Шикорра» . Письма о наномасштабных исследованиях . 8 (1): 16. Бибкод : 2013НРЛ.....8...16М . дои : 10.1186/1556-276X-8-16 . ПМК   3598988 . ПМИД   23294626 .
  7. ^ Массарт Р. (1981). «Приготовление водных магнитных жидкостей в щелочных и кислых средах». Транзакции IEEE по магнетизму . 17 (2): 1247–1248. Бибкод : 1981ITM....17.1247M . дои : 10.1109/TMAG.1981.1061188 .
  8. ^ Кешаварц С., Сюй Ю., Хрди С., Лемли С., Мьюз Т., Бао Ю. (2010). «Релаксация магнитных наночастиц Fe 3 O 4 с полимерным покрытием в водном растворе». Транзакции IEEE по магнетизму . 46 (6): 1541–1543. дои : 10.1109/TMAG.2010.2040588 . S2CID   35129018 .
  9. ^ Жоливе ЖП, Шанеак С, Тронк Е (март 2004 г.). «Химия оксида железа. От молекулярных кластеров к протяженным твердым сетям». Химические коммуникации (5): 481–7. дои : 10.1039/B304532N . ПМИД   14973569 .
  10. ^ Стрём В., Олссон Р.Т., Рао К.В. (2010). «Мониторинг в реальном времени эволюции магнетизма во время осаждения суперпарамагнитных наночастиц для бионаучных приложений». Журнал химии материалов . 20 (20): 4168. doi : 10.1039/C0JM00043D .
  11. ^ Фанг М., Стрём В., Олссон Р.Т., Белова Л., Рао К.В. (2011). «Быстрое смешивание: путь синтеза наночастиц магнетита с высоким моментом». Письма по прикладной физике . 99 (22): 222501. Бибкод : 2011ApPhL..99v2501F . дои : 10.1063/1.3662965 .
  12. ^ Фанг М., Стрём В., Олссон Р.Т., Белова Л., Рао К.В. (апрель 2012 г.). «Зависимость размера частиц и магнитных свойств от температуры роста быстро смешанных соосажденных наночастиц магнетита». Нанотехнологии . 23 (14): 145601. Бибкод : 2012Nanot..23n5601F . дои : 10.1088/0957-4484/23/14/145601 . ПМИД   22433909 . S2CID   34153665 .
  13. ^ US 2596954 , Heath TD, «Процесс восстановления железной руды в магнетит», выдан 13 мая 1952 г., передан компании Dorr.  
  14. ^ Пино А., Канари Н., Габалла I (2006). «Кинетика восстановления оксидов железа H2. Часть I: Низкотемпературное восстановление гематита». Термохимика Акта . 447 (1): 89–100. дои : 10.1016/j.tca.2005.10.004 .
  15. ^ Хейс ПК, Гривсон П. (1981). «Влияние нуклеации и роста на восстановление Fe 2 O 3 до Fe 3 O 4 ». Металлургические операции и операции с материалами B . 12 (2): 319–326. Бибкод : 1981MTB....12..319H . дои : 10.1007/BF02654465 . S2CID   94274056 .
  16. ^ Артур Т. Хаббард (2002) Энциклопедия поверхностных и коллоидных наук CRC Press, ISBN   0-8247-0796-6
  17. ^ «FeCO3 = Fe3O4 + CO2 + CO | Термическое разложение карбоната железа(II)» . chemiday.com . Проверено 14 октября 2022 г.
  18. ^ Jump up to: а б с Гюнтер Буксбаум, Герхард Пфафф (2005) Промышленные неорганические пигменты, 3-е издание Wiley-VCH ISBN   3-527-30363-4
  19. ^ Ши С., Олдермен О.Л., Тамалонис А., Вебер Р., Ю Дж., Бенмор С.Дж. (2020). «Окислительно-восстановительная зависимость расплавленных оксидов железа от структуры» . Коммуникационные материалы . 1 (1): 80. Бибкод : 2020CoMat...1...80S . дои : 10.1038/s43246-020-00080-4 . S2CID   226248368 .
  20. ^ Вервей Э.Дж. (1939). «Электронная проводимость магнетита (Fe 3 O 4 ) и ее точка перехода при низких температурах». Природа . 144 (3642): 327–328 (1939). Бибкод : 1939Природа.144..327В . дои : 10.1038/144327b0 . S2CID   41925681 .
  21. ^ Вальц Ф (2002). «Переход Вервея - актуальный обзор». Физический журнал: конденсированное вещество . 14 (12): 285–340 р. дои : 10.1088/0953-8984/14/12/203 . S2CID   250773238 .
  22. ^ Итай Р. (1971). «Электрическое сопротивление магнетитовых анодов» . Журнал Электрохимического общества . 118 (10): 1709. Бибкод : 1971JElS..118.1709I . дои : 10.1149/1.2407817 .
  23. ^ Jump up to: а б с «Ферахем-ферумокситол для инъекций» . ДейлиМед . 9 июля 2020 г. Проверено 14 сентября 2020 г.
  24. ^ Jump up to: а б «Риенсо ЭПАР» . Европейское агентство по лекарственным средствам . 17 сентября 2018 года . Проверено 14 сентября 2020 г.
  25. ^ «Использование ферумокситола (ферахема) во время беременности» . Наркотики.com . 15 мая 2020 г. Проверено 14 сентября 2020 г.
  26. ^ Jump up to: а б с Сунгю Ли (2006) Энциклопедия химической обработки CRC Press ISBN   0-8247-5563-4
  27. ^ Бэйбс Л., Денизо Б., Танги Дж., Джаллет П. (апрель 1999 г.). «Синтез наночастиц оксида железа, используемых в качестве контрастных веществ для МРТ: параметрическое исследование». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 212 (2): 474–482. Бибкод : 1999JCIS..212..474B . doi : 10.1006/jcis.1998.6053 . ПМИД   10092379 .
  28. ^ Швенк М.Х. (январь 2010 г.). «Ферумокситол: новый внутривенный препарат железа для лечения железодефицитной анемии у больных хронической болезнью почек» . Фармакотерапия . 30 (1): 70–79. дои : 10.1592/phco.30.1.70 . ПМИД   20030475 . S2CID   7748714 .
  29. ^ Jump up to: а б «Пакет одобрения лекарств: Ферахем (ферумокситол) для инъекций NDA № 022180» . США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) . Проверено 14 сентября 2020 г.
    Ривз Д. (23 июня 2009 г.). «Номер заявки: 22-180» (PDF) (Краткий обзор). Центр оценки и исследования лекарств.
  30. ^ Ханзлик М., Хойнеманн С., Хольткамп-Ретцлер Е., Винкльхофер М., Петерсен Н., Фляйсснер Г. (декабрь 2000 г.). «Суперпарамагнитный магнетит в ткани верхнего клюва почтовых голубей». Биометаллы . 13 (4): 325–31. дои : 10.1023/А:1009214526685 . ПМИД   11247039 . S2CID   39216462 .
[ редактировать ]
  • «Ферумокситол» . Информационный портал о наркотиках . Национальная медицинская библиотека США.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f164ef4ed7e5a944c5f524df606de815__1717575300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f1/15/f164ef4ed7e5a944c5f524df606de815.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Iron(II,III) oxide - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)