Оксид заліза(III)

Шаблон:Речовина Шаблон:About Окси́д залі́за(III), фе́рум(III) окси́д — неорганічна сполука складу Fe₂O₃. Проявляє слабкі амфотерні властивості.

Оксид може існувати у трьох структурних модифікаціях — α-, γ-, δ-Fe₂O₃, які мають різні властивості та різні методи отримання. Модифікації мають світло-коричневий або червоно-коричневий колір. Fe₂O₃ широко застосовується як пігмент у виготовленні фарб (див. Сангіна), також використовується у виробництві футеровочної кераміки, цементу й магнітних стрічок.

Поширення у природі

Мінерал магнетит

Fe₂O₃ є найбільш стійкою кисневмісною сполукою заліза з тих, що зустрічаються у природі. Даний оксид поширений не лише у вільному стані, а й у складі залізних руд. До їхнього числа належать, зокрема, мінерали магнетит (FeO·Fe₂O₃), гематит (α-Fe₂O₃), лимоніт (Fe₂O₃·H₂O) тощо.

Структура

Структура типу гематит

Оксид заліза(III) здатен перебувати у трьох структурних модифікаціях: α-, γ- та δ-формах. Найбільш поширеною з них є α-модифікація — оксид саме цього типу перебуває у природі у вигляді мінералів. Структуру такої модифікації має, наприклад, мінерал гематит. α-Модифікація утворюється при випалюванні заліза (за температури вище 200 °C) або мінералу піриту FeS₂, а також при тривалому нагріванні оксиду у γ-формі. α-Fe₂O₃ є парамагнітним.

Структура типу корунд

γ-Fe₂O₃ має структуру типу корунду — мінералу оксиду алюмінію. Дана форма утворюється при низькотемпературному окисненні заліза (нижче 200 °C), при окисненні Fe₃O₄ або нагріванням α-форми при 300 °C (але за нагрівання вище 400 °C переходить назад у α-форму). γ-Модифікація є феромагнітною.

Модифікація δ-Fe₂O₃ є феромагнітною та утворюється в розчинах в результаті окиснення сполук Fe(II) лугами.

Отримання

Оксид заліза(III) отримують окисненням заліза, а також деяких його бінарних сполук, наприклад, мінералу піриту:

$\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{t}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{1}\mathrm{1}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{800^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Іншим способом є термічне розкладання кисневмісних сполук Fe(II) та Fe(III):

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\stackrel{700^{o}C}{\to }\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{500^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$ (утворюються домішки SO₃)

Також оксид заліза утворюватиметься при нагріванні його галогенідів у струмені водяної пари:

$\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\cdot }\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{>250^{o}C}{\to }\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{9}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Хімічні властивості

Fe₂O₃ є стійкою сполукою, він не розчиняється у воді, амоніаку (не утворює комплексні сполуки). При високотемпературному нагріванні він може розкладатися з утворенням змішаного оксиду Fe₃O₄

$\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{1200-1390^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}\mathrm{\cdot }\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{)}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Оксид проявляє слабкі амфотерні властивості: розчиняється у кислотах, а також при сплавленні з лугами й іншими осно́вними сполуками утворює ферати:

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{\tau }{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{)}}\stackrel{500^{o}C,[C{l}_2]}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\to }\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}{\mathrm{H}}_{\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\stackrel{600^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{800-900^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{450^{o}C}{\to }\mathrm{4}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{4}}\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}\stackrel{t}{\to }\mathrm{[}\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}\mathrm{]}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{F}\mathrm{e}\stackrel{900^{o}C}{\to }\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$

Fe₂O₃ відновлюється воднем та оксидом вуглецю CO:

$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{400^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{900^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{O}\stackrel{400^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{O}\stackrel{500-600^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{O}\stackrel{700^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Застосування

Оксид заліза може використовуватися у різних галузях, в залежності від його структури. α-Fe₂O₃ застосовується для отримання чистого заліза, у виготовленні футеровки, цементу, а також поглинальної маси в очистці газів. γ-Модицікація використовується як складова шару магнітних стрічок.

Деякі природні різновиди Fe₂O₃ застосовують для виготовлення коричневої олійної фарби під технічними назвами «залізний сурик», «вохра», або «мумія».

Див. також

• Залізні руди
• Оксиди заліза

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru