Оксид железа (II,III)

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:

 3Fe + 2O₂ →^150−600oC  Fe₃O₄ 

• Действие перегретого пара на железо:

 3Fe + 4H₂O →^800oC   Fe₃O₄ + 4H₂

• Осторожное восстановление оксида железа (III) водородом:

 3Fe₂O₃ + H₂ →^400oC  2Fe₃O₄ + H₂O

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:

 2Fe₃O₄ →^1538oC  6FeO + O₂

• Реагирует с разбавленными кислотами:

 Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

• Реагирует с концентрированными окисляющими кислотами:

 Fe₃O₄ + 10HNO₃ →  3Fe(NO₃)₃ + NO₂↑ + 5H₂O

• Реагирует с щелочами при сплавлении:

 Fe₃O₄ + 14NaOH →^400−500oC  Na₄FeO₃ + 2Na₅FeO₄ + 7H₂O

• Окисляется кислородом воздуха:

 4Fe₃O₄ + O₂ →^450−600oC  6Fe₂O₃

• Восстанавливается водородом и монооксидом углерода:

 Fe₃O₄ + 4H₂ →^1000oC  3Fe + 4H₂O

 Fe₃O₄ + 4CO →^700oC  3Fe + 4CO₂

• Конпропорционирует при спекании с железом:

 Fe₃O₄ + Fe →^900−1000oC  4FeO

Применение

• Изготовление специальных электродов.