Окси́д желе́за(II,III) — за́кись-о́кись железа, желе́зная ока́лина — неорганическое соединение, двойной оксид металла железа с формулой Fe3O4 или FeO.Fe2O3, чёрные кристаллы, не растворимые в воде, существует кристаллогидрат.
Образуется на поверхности стальных и железных предметов в виде слоя чёрной окалины при их накаливании на воздухе.
Нахождение в природе В природе встречаются большие залежи минерала магнетита (магнитного железняка) — Fe3O4 с различными примесями.
В виде нанокристаллов (размером 42—45 нм) магнетит обнаружен в чувствительных к магнитному полю бактериях и ткани клюва почтовых голубей.
Получение Может быть получен добавлением щёлочи к смешанному раствору солей железа(II) и железа(III):
FeCl2 + 2FeCl3 + 8NaOH -> Fe3O4 + 8NaCl + 4H2O.
Сжигание порошкообразного железа на воздухе:
3 Fe + 2 O2 ->[150-600\ ^{\ce{o}}\ce{C}] Fe3O4.
Действие перегретого пара на железо:
3 Fe + 4 H2O ->[800\ ^{\ce{o}}\ce{C}] Fe3O4 + 4 H2.
Осторожное восстановление оксида железа(III) водородом:
3 Fe2O3 + H2 ->[400\ ^{\ce{o}}\ce{C}] 2 Fe3O4 + H2O.
Восстановление оксидом углерода(II):
CO + 3 Fe2O3 -> 2 Fe3O4 + CO2.
Физические свойства Оксид железа(II,III) при комнатной температуре образует чёрные кристаллы (структура обращённой шпинели). При -форма переходит в -форму. При температуре ниже устойчива моноклинная форма.
Ферримагнетик с точкой Кюри .
Обладает некоторой электрической проводимостью. Электропроводность низкая. Полупроводник.
Истинная удельная электропроводность монокристаллического магнетита максимальна при комнатной температуре (), она быстро снижается при понижении температуры, достигая значения около при температуре перехода Вервея (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже ). Электропроводность моноклинного низкотемпературного магнетита на ниже, чем кубического ( при ); она, как и у любого типичного полупроводника, очень быстро уменьшается с понижением температуры, достигая нескольких единиц при . При этом моноклинный магнетит, в отличие от кубического, проявляет существенную анизотропию электропроводности — проводимость вдоль главных осей может отличаться более чем в . При электропроводность достигает минимума и растёт при дальнейшем понижении температуры. При температуре выше комнатной электропроводность медленно уменьшается до при , а затем очень медленно растёт вплоть до температуры разложения.
Измеренная величина электропроводности поликристаллического магнетита в зависимости от наличия трещин и их ориентации может различаться в сотни раз.
Образует кристаллогидрат состава Fe3O4.2H2O.
Химические свойства Разлагается при нагревании:
2 Fe3O4 ->[1538\ ^{\ce{o}}\ce{C}] 6 FeO\ + O2.
Реагирует с разбавленными кислотами:
Fe3O4 + 8 HCl -> FeCl2 + 2 FeCl3 + 4 H2O.
Реагирует с концентрированными окисляющими кислотами:
Fe3O4 + 10 HNO3 -> 3 Fe(NO3)3 + NO2 ^ + 5 H2O.
Реагирует с щелочами при сплавлении:
Fe3O4 + 14 NaOH ->[400-500 ^{\ce{o}}\ce{C}] Na4FeO3 + 2 Na5FeO4 + 7 H2O.
Окисляется кислородом воздуха:
4 Fe3O4 + O2 ->[450-600\ ^{\ce{o}}\ce{C}] 6 Fe2O3.
Восстанавливается водородом,углём и монооксидом углерода: Fe3O4 + 4 H2 ->[1000\ ^{\ce{o}}\ce{C}] 3 Fe + 4 H2O ^ , Fe3O4\ + 4 CO ->[700\ ^{\ce{o}}\ce{C}]3Fe + 4 CO2 ^, Fe3O4 + 4C ->[1110\ ^{\ce{o}}\ce{C}]3Fe + 4CO ^.
Конпропорционирует при спекании с металлическим железом:
Fe3O4 + Fe ->[900-1000\ ^{\ce{o}}\ce{C}] 4 FeO.
Алюминотермическая реакция при нагревании смеси порошков оксида железа(III) и алюминия:
2Al + Fe2O3 -> Al2O3 + 2Fe.
Применение Для изготовления специальных электродов. В качестве чёрного пигментаGunter Buxbaum, Gerhard Pfaff (2005) Industrial Inorganic Pigments 3d edition Wiley-VCH . В составе термитных смесей. Нанокристаллы используются в качестве контрастирующего вещества в медицинской диагностике с помощью магнитно-резонансной томографии. В пищевой промышленности используются в качестве пищевого красителя (E172).
Примечания
Литература
Категория:Оксиды железа железа Категория:Соединения железа по алфавиту Категория:Пищевые красители