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-oxide-sample.jpg/1280px-Iron(III)-oxide-sample.jpg) | |
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| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名 酸化鉄(III) | |
| その他の名前 | |
| 識別子 | |
3Dモデル（JSmol） | |
| チェビ | |
| ケムスパイダー | |
| ECHA 情報カード | 100.013.790 |
| EC番号 |
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| E番号 | E172(ii) （色彩） |
| 11092 | |
| ケッグ | |
PubChem CID | |
| RTECS番号 |
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| ユニイ | |
CompToxダッシュボード （EPA） | |
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| プロパティ | |
| Fe 2 O 3 | |
| モル質量 | 159.687 g·mol −1 |
| 外観 | 赤色の固体 |
| 臭い | 無臭 |
| 密度 | 5.25 g/cm 3 [ 1 ] |
| 融点 | 1,539 °C (2,802 °F; 1,812 K) [ 1 ] 分解 105 °C (221 °F; 378 K) β-二水和物、分解 150 °C (302 °F; 423 K) β-一水和物、分解 50 °C (122 °F; 323 K) α-二水和物、分解 92 °C (198 °F; 365 K) α-一水和物、分解[ 2 ] |
| 不溶性 | |
| 溶解度 | 希酸に溶ける[ 1 ]砂糖水にほとんど溶けない[ 2 ]三水和物 酒石酸、クエン酸、酢酸水溶液 にわずかに溶ける[ 2 ] |
磁化率（χ） | +3586.0x10 −6 cm 3 /モル |
屈折率（nD ） | n 1 = 2.91、n 2 = 3.19 (α、ヘマタイト) [ 3 ] |
| 構造 | |
| 菱面体晶、hR30 (α-form) [ 4 ] 立方晶ビクスバイト、cI80 (β-form) 立方晶スピネル (γ-form) 斜方晶系(ε-form) [ 5 ] | |
| R3c、No. 161 (α型) [ 4 ] Ia 3、No. 206 (β型) Pna2 1、No. 33 (ε型) [ 5 ] | |
| 3m (α型) [ 4 ] 2/m 3 (β型) mm2 (ε型) [ 5 ] | |
| 八面体（Fe 3+、α型、β型）[ 4 ] | |
| 熱化学[ 6 ] | |
熱容量 （℃） | 103.9 J/mol·K [ 6 ] |
| 87.4 J/モル·K [ 6 ] | |
標準生成エンタルピー （Δ f H ⦵ 298） | −824.2 kJ/モル[ 6 ] |
ギブスの自由エネルギー （Δ f G ⦵） | −742.2 kJ/モル[ 6 ] |
| 危険 | |
| GHSラベル： | |
 [ 7 ] | |
| 警告 | |
| H315、H319、H335 [ 7 ] | |
| P261、P305+P351+P338 [ 7 ] | |
| NFPA 704（ファイアダイヤモンド） | |
閾値（TLV） | 5 mg/m 3 [ 1 ] (TWA) |
| 致死量または濃度（LD、LC）： | |
LD 50（中間投与量） | >10 g/kg（ラット、経口）[ 9 ] |
| NIOSH（米国健康曝露限界）： | |
PEL（許可） | TWA 10 mg/m 3 [ 8 ] |
REL（推奨） | TWA 5 mg/m 3 [ 8 ] |
IDLH（差し迫った危険） | 2500 mg/m 3 [ 8 ] |
| 関連化合物 | |
その他の陰イオン | フッ化鉄(III) |
その他の陽イオン | 酸化マンガン(III) 酸化 コバルト(III) |
関連する鉄酸化物 | 酸化鉄(II) 酸化鉄(II,III) |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。 | |
酸化鉄(III)または酸化鉄(III)は、化学式Fe 2 O 3で表される無機化合物です。天然にはヘマタイトという鉱物として存在し、鉄鋼産業における主要な鉄源として利用されています。特に顔料に使用される場合は、赤色酸化鉄としても知られています。
これは鉄の3つの主な酸化物の1つで、他の2つは希少な酸化鉄(II) (FeO)と、鉱物磁鉄鉱としても天然に存在する酸化鉄(II,III) ( Fe 3 O 4 )です。
酸化鉄(III)は、いくつかの特性を共有し、組成が似ていることから、しばしば錆と呼ばれます。しかし、化学では、錆は定義が曖昧な物質と考えられており、水和酸化鉄として説明されています。[ 10 ]
酸化鉄（III）は弱酸によっても容易に攻撃されます。これは弱い酸化剤であり、最もよく知られているのはテルミット反応におけるアルミニウムによる還元です。
構造
[編集]Fe 2 O 3は様々な多形をとる。主要な多形であるαでは、鉄は八面体配位構造をとる。つまり、各鉄中心は6つの酸素配位子と結合している。γ多形においては、一部の鉄は四面体サイトに位置し、4つの酸素配位子と結合している。
アルファフェーズ
[編集]α- Fe 2 O 3は菱面体晶系のコランダム（ α-Al 2 O 3 ）構造を持ち、最も一般的な形態です。天然にはヘマタイトという鉱物として産出され、鉄の主要鉱石として採掘されます。約260 K（モラン転移温度）以下では反強磁性を示し、260 Kからネール温度（950 K）の間では弱い強磁性を示します。 [ 11 ]熱分解と液相沈殿の両方を用いて容易に調製できます。その磁気特性は、圧力、粒子サイズ、磁場強度など、多くの要因に依存します。
ガンマフェーズ
[編集]γ-Fe 2 O 3は立方晶系構造を有する。準安定相であり、高温でα相から変化する。天然には鉱物マグヘマイトとして産出する。強磁性体であり、記録テープなどに応用されているが[ 12 ] 、 10ナノメートル未満の超微粒子は超常磁性である。γ-Fe 2 O 3 は、ガンマ酸化水酸化鉄(III)の熱脱水によって製造できる。別の方法として、酸化鉄(II,III) (Fe 3 O 4 )を慎重に酸化する方法もある。[ 12 ]超微粒子は、シュウ酸鉄(III)の熱分解によって製造できる。
その他の固相
[編集]他にもいくつかの相が同定または主張されている。ベータ相（β相）は体心立方晶系（空間群Ia3）で準安定であり、500℃（930℉）を超える温度でアルファ相に変化する。ヘマタイトの炭素還元、[要説明] 塩化鉄(III)溶液の熱分解、または硫酸鉄(III)の熱分解によって生成できる。[ 13 ]
イプシロン（ε）相は斜方晶系で、アルファ相とガンマ相の中間の特性を示し、ビッグデータストレージ用の高密度記録媒体などの用途に有用な磁気特性を持つ可能性がある。[ 14 ]純粋なイプシロン相の調製は非常に困難であることが判明している。イプシロン相の割合が高い材料は、ガンマ相の熱変態によって調製できる。イプシロン相は準安定でもあり、500～750℃（930～1,380°F）でアルファ相に変態する。また、電弧中での鉄の酸化、または硝酸鉄(III)からのゾルゲル沈殿によって調製することもできる。[要出典]研究により、古代中国の建陶磁器の釉薬にイプシロン酸化鉄(III)が含まれていることが明らかになっており、この形態を研究室で製造する方法についての知見が得られるかもしれない。[ 15 ] [非一次情報源必要]
さらに、高圧下では非晶質形態になると主張されている。[ 5 ] [非一次情報源が必要]
液相
[編集]溶融Fe2O3は、わずかに酸素が不足した過冷却液体酸化鉄液滴の測定に基づくと、各鉄原子の周囲に約5個の酸素原子の配位数を持つと予想され、過冷却により、化学量論を維持するために融点を超える高酸素圧力の必要性が回避される。[ 16 ]
水和鉄(III)酸化物
[編集]酸化鉄(III)にはいくつかの水和物が存在する。可溶性Fe(III)塩の溶液にアルカリを加えると、赤褐色のゼラチン状の沈殿物が形成される。これはFe(OH) 3ではなく 、Fe 2 O 3 ·H 2 O （ Fe(O)OHとも表記）である。
Fe(III)の水和酸化物にもいくつかの形態が存在する。赤色のレピドクロサイト（γ- Fe(O)OH ）はラスティクルの外側に存在し、オレンジ色のゲーサイト（α- Fe(O)OH）はラスティクルの内部に存在している。Fe 2 O 3 ·H 2 Oを加熱すると、水和水が失われる。さらに加熱すると、1670 K では、 Fe 2 O 3が黒色のFe 3 O 4 ( Fe II Fe III 2 O 4 )に変換され、鉱物磁鉄鉱として知られています。
Fe(O)OHは酸に溶け、[Fe(H 2 O) 6 ] 3+を与える。濃アルカリ水溶液中では、Fe 2 O 3は[Fe(OH) 6 ] 3−を与える。[ 12 ]
反応
[編集]最も重要な反応は炭素熱還元であり、これにより製鋼に使用される鉄が生成されます。
- Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2
もう一つの酸化還元反応は、アルミニウムとの極めて発熱的な テルミット反応である。[ 17 ]
- 2Al + Fe 2 O 3 → 2 Fe + Al 2 O 3
このプロセスは、鉄道のレールなどの厚い金属を溶接する際に用いられます。セラミック容器を用いて溶融鉄をレールの2つの部分の間に流し込み、溶接を行います。テルミットは武器や小型の鋳鉄彫刻、道具の製造にも使用されます。
水素による部分還元は約400℃ではFe(III)とFe(II)の両方を含む黒色の磁性物質である磁鉄鉱が生成される。[ 18 ]
- Fe 2 O 3 + H 2 → 2 Fe 3 O 4 + H 2 O
酸化鉄(III)は水には不溶ですが、塩酸や硫酸などの強酸には容易に溶解します。また、 EDTAやシュウ酸などのキレート剤の溶液にもよく溶解します。
鉄(III)酸化物を他の金属酸化物または炭酸塩と加熱すると、鉄酸塩（鉄酸塩(III)）として知られる物質が得られる。[ 18 ]
- ZnO + Fe 2 O 3 → Zn(FeO 2 ) 2
準備
[編集]酸化鉄(III)は鉄の酸化生成物です。実験室では、不活性電解質である炭酸水素ナトリウム溶液を鉄陽極で電気分解することで調製できます。
- 4 Fe + 3 O 2 + 2 H 2 O → 4 FeO(OH)
得られた水和鉄(III)酸化物（ここではFeO(OH)と表記）は、200 ℃ [ 18 ] [ 19 ]
- 2 FeO(OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O
用途
[編集]鉄鋼業界
[編集]酸化鉄(III)の主な用途は、鉄鋼および鉄産業の原料であり、例えば、鉄、鋼、および多くの合金の製造に使用されています。[ 19 ]酸化鉄(Fe2O3 )は中世からステンドグラスに使用されており、ステンドグラスの製造に使用されたことを示す証拠は中世初期にまで遡り、主にガラスに黄色、オレンジ、赤の色を作成するために使用されていました。現在でも工業目的で使用されています。[ 20 ] [ 21 ]
研磨
[編集]酸化鉄（III）の非常に微細な粉末は、「宝石商のルージュ」、「レッドルージュ」、あるいは単に「ルージュ」として知られています。金属製の宝飾品やレンズの最終研磨に使用され、歴史的には化粧品としても使われてきました。ルージュは、酸化セリウム(IV)などの現代の研磨剤よりも研磨速度が遅いですが、優れた仕上がりが得られることから、光学部品の製造や宝石職人によって今でも使用されています。金を研磨する際に、ルージュは金にわずかに染みをつけ、完成品の外観に貢献します。ルージュは、粉末、ペースト、研磨布に練り込んだもの、または固形の棒（ワックスまたはグリースバインダー付き）の形で販売されています。他の研磨剤も、酸化鉄を含まない場合でも「ルージュ」と呼ばれることがよくあります。宝石職人は、超音波洗浄機を用いて宝飾品に残ったルージュを除去します。「ストロッピングコンパウンド」として販売されている製品は、ナイフ、カミソリ、その他の刃物に鋭利な刃をつけるために、革砥に塗布されることがよくあります。
顔料
[編集]
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酸化鉄(III)は顔料としても使用され、「ピグメントブラウン6」、「ピグメントブラウン7」、「ピグメントレッド101」といった名称で知られています。[ 22 ]ピグメントレッド101やピグメントブラウン6などは、米国食品医薬品局（FDA）によって化粧品への使用が承認されています。酸化鉄は、酸化チタンとともに歯科用複合材料の顔料として使用されています。[ 23 ]
ヘマタイトは、スウェーデンの塗料の色であるファルレッドの特徴的な成分です。
磁気記録
[編集]酸化鉄(III)は、磁気ディスク（データストレージ用）や磁気テープ（オーディオやビデオの記録、データストレージ用）など、あらゆる種類の磁気ストレージおよび記録媒体に使用される最も一般的な磁性粒子でした。コンピュータディスクにおけるその使用はコバルト合金に取って代わられ、より薄い磁性膜とより高いストレージ密度を可能にしました。[ 24 ]
光触媒
[編集]α- Fe 2 O 3は太陽光による水酸化のための光陽極として研究されてきた。 [ 25 ]しかし、その有効性は光励起電荷キャリアの拡散長が短い（2～4 nm）ため制限され[ 26 ] 、それに続く再結合が速く、反応を駆動するために大きな過電圧が必要となる。 [ 27 ]ナノ構造化、[ 25 ]表面機能化、[ 28 ]またはβ- Fe 2 O 3などの代替結晶相の使用によってFe 2 O 3の水酸化性能を向上させる研究に重点が置かれてきた。[ 29 ]
薬
[編集]軽度のかゆみの治療に使用されるカラミンローションは、主に収れん作用のある酸化亜鉛と、鎮痒作用のある有効成分である約0.5%の酸化鉄(III)の組み合わせで構成されています。酸化鉄(III)の赤色は、ローションのピンク色の主な原因でもあります。
参照
[編集]参考文献
[編集]- ^ a b c d ヘインズ、p. 4.69
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引用元
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外部リンク
[編集]
