Оксид железа(II,III)

Оксид железа​(II,III)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид железа​(II,III)​
Традиционные названия	закись-окись железа, железная окалина, магнетит, магнитный железняк
Хим. формула	Fe3O4
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	16211978
Рег. номер EINECS	215-277-5
SMILES	O1[Fe]2O[Fe]O[Fe]1O2
InChI	InChI=1S/3Fe.4O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N
ChEBI	CHEBI:50821
ChemSpider	17215625, 21169623 и 21250915
Безопасность
NFPA 704	0 0 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Оксид железа(II,III), закись-окись железа, железная окалина — неорганическое соединение, двойной оксид металла железа с формулой Fe₃O₄ или FeO·Fe₂O₃, чёрные кристаллы, не растворимые в воде, образует кристаллогидрат.

Получение

• В природе встречаются большие залежи минерала магнетита (магнитного железняка) — Fe₃O₄ с различными примесями.
• Сжигание порошкообразного железа на воздухе:

${\mathsf {3Fe+2O_{2}{\xrightarrow {150-600^{o}C}}\ Fe_{3}O_{4}}}$

• Действие перегретого пара на железо:

${\mathsf {3Fe+4H_{2}O{\xrightarrow {800^{o}C}}\ Fe_{3}O_{4}+4H_{2}}}$

• Осторожное восстановление оксида железа(III) водородом:

${\mathsf {3Fe_{2}O_{3}+H_{2}{\xrightarrow {400^{o}C}}\ 2Fe_{3}O_{4}+H_{2}O}}$

Физические свойства

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 шпинели). При 627 °С α-форма переходит в β-форму. При температуре ниже 120—125 К существует моноклинная форма.

Ферромагнетик с точкой Кюри 858 К (585 °С).

Обладает электрической проводимостью. Полупроводник. Электропроводность низкая. 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 (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже T_V = 120—125 К). Электропроводность моноклинного низкотемпературного магнетита на 2 порядка ниже, чем кубического (~1 Ом⁻¹·см⁻¹ при T_V); 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.

Кажущаяся величина электропроводности поликристаллического магнетита в зависимости от наличия трещин и их ориентировки может отличаться в сотни раз.

Образует кристаллогидрат состава Fe₃O₄·2H₂O.

Химические свойства

• Разлагается при нагревании:

${\mathsf {2Fe_{3}O_{4}{\xrightarrow {1538^{o}C}}\ 6FeO+O_{2}}}$

• Реагирует с разбавленными кислотами:

${\mathsf {Fe_{3}O_{4}+8HCl{\xrightarrow {}}\ FeCl_{2}+2FeCl_{3}+4H_{2}O}}$

• Реагирует с концентрированными окисляющими кислотами:

${\mathsf {Fe_{3}O_{4}+10HNO_{3}{\xrightarrow {}}\ 3Fe(NO_{3})_{3}+NO_{2}\uparrow +5H_{2}O}}$

• Реагирует с щелочами при сплавлении:

${\mathsf {Fe_{3}O_{4}+14NaOH{\xrightarrow {400-500^{o}C}}\ Na_{4}FeO_{3}+2Na_{5}FeO_{4}+7H_{2}O}}$

• Окисляется кислородом воздуха:

${\mathsf {4Fe_{3}O_{4}+O_{2}{\xrightarrow {450-600^{o}C}}\ 6Fe_{2}O_{3}}}$

• Восстанавливается водородом и монооксидом углерода:

${\mathsf {Fe_{3}O_{4}+4H_{2}{\xrightarrow {1000^{o}C}}\ 3Fe+4H_{2}O}}$

${\mathsf {Fe_{3}O_{4}+4CO{\xrightarrow {700^{o}C}}\ 3Fe+4CO_{2}}}$

• Конпропорционирует при спекании с железом:

${\mathsf {Fe_{3}O_{4}+Fe{\xrightarrow {900-1000^{o}C}}\ 4FeO}}$

Применение

• Изготовление специальных электродов.

Литература

• 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.