Оксиды железа

Оксиды желе́за — соединения железа с кислородом.

Электрохимически оксидированное железо (ржавчина)

Оксиды и оксигидроксиды железа широко распространены в природе и играют важную роль во многих геологических и биологических процессах. Они используются в качестве железных руд, пигментов, катализаторов, термитов и встречаются в гемоглобине. Оксиды железа являются недорогими и долговечными пигментами в красках, покрытиях и цветных бетонах. При использовании в качестве пищевого красителя он имеет номер E172.

Стехиометрия Править

Оксиды железа состоят из железа (Fe(II)) или железа (Fe(III)) или обоих. Железо принимает октаэдрическую или тетраэдрическую координационную геометрию. Оксид принимает тетраэдрическую или октаэдрическую координацию. Только несколько оксидов имеют большое значение на поверхности земли, особенно вюстит, магнетит и гематит. Известно шестнадцать различных оксидов железа, из них наиболее распространены и изучены три:

Название	Формула	Температура плавления	Температура кипения	Цвет	Где содержится
Oксид железа(II)	FeO	1377 °C	3414 °C	чёрный	минерал вюстит
Oксид железа(III)	Fe₂O₃	1566 °C	1987 °C	Красно-коричневый	минералы гематит и маггемит в альфа- и гамма-модификациях, соответственно
Oксид железа(II,III)	Fe₃O₄	разл. 1538; 1590; 1594 °C	2623 °C	чёрный	минерал магнетит

Fe₃O₄ — сложный оксид, одновременно содержащий ионы железа(II) и железа(III).

Также известно еще несколько редких и малоизученных оксидов железа:

FeO₂ — пероксид железа(II)^[1]
Fe₄O₅^[2]
Fe₅O₆^[3]
Fe₅O₇^[4]
Fe₂₅O₃₂^[4]
Fe₁₃O₁₉^[5]

РеакцииПравить

В доменных печах и на смежных заводах оксиды железа превращаются в металл. Типичными восстановителями являются различные формы углерода. Типичная реакция начинается с оксида железа^[6]:

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {2{Fe_{2}O_{3}}+3C\rightarrow 4{Fe}+3CO_{2}}}$

В природеПравить

Железо хранится во многих организмах в форме ферритина, который представляет собой оксид железа, заключённый в солюбилизирующую белковую оболочку^[7].

Виды бактерий, в том числе Shewanella oneidensis, Geobacter sulfurreducens и Geobacter metallireducens, используют оксиды железа в качестве конечных акцепторов электронов^[8].

ИспользованиеПравить

Почти все железные руды являются оксидами, поэтому в этом смысле эти материалы являются важными предшественниками металлического железа и многих его сплавов.

Оксиды железа являются важными пигментами, которые бывают разных цветов (чёрный, красный, жёлтый). Среди их многочисленных преимуществ: они недорогие, имеют яркие цвета и нетоксичные^[9].

Магнетит является компонентом магнитных лент для записи.

См. такжеПравить

Полигидрат оксида железа(III) FeO(OH)
Оксид-хлорид железа FeOCl (см. хлорид)

ПримечанияПравить

↑ Hu, Qingyang; Kim, Duck Young; Yang, Wenge; Yang, Liuxiang; Meng, Yue; Zhang, Li; Mao, Ho-Kwang (June 2016). “FeO₂ and (FeO)OH under deep lower-mantle conditions and Earth's oxygen–hydrogen cycles”. Nature []. 534 (7606): 241—244. Bibcode:2016Natur.534..241H. DOI:10.1038/nature18018. ISSN 1476-4687. PMID 27279220.
↑ Discovery of the recoverable high-pressure iron oxide Fe4O5 (неопр.).
↑ Lavina, Barbara; Meng, Yue (2015). “Synthesis of Fe5O6”. Science Advances. 1 (5): e1400260. DOI:10.1126/sciadv.1400260. PMC 4640612. PMID 26601196.
↑ ¹ ² Bykova, E.; Dubrovinsky, L.; Dubrovinskaia, N.; Bykov, M.; McCammon, C.; Ovsyannikov, S. V.; Liermann, H. -P.; Kupenko, I.; Chumakov, A. I.; Rüffer, R.; Hanfland, M.; Prakapenka, V. (2016). “Structural complexity of simple Fe2O3 at high pressures and temperatures”. Nature Communications. 7: 10661. DOI:10.1038/ncomms10661. PMC 4753252. PMID 26864300.
↑ Merlini, Marco; Hanfland, Michael; Salamat, Ashkan; Petitgirard, Sylvain; Müller, Harald (2015). “The crystal structures of Mg2Fe2C4O13, with tetrahedrally coordinated carbon, and Fe13O19, synthesized at deep mantle conditions”. American Mineralogist. 100 (8—9): 2001—2004. DOI:10.2138/am-2015-5369.
↑ Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements (англ.). — 2nd Ed. — Butterworth-Heinemann^[en], 1997. — P. 1072. — ISBN 0-08-037941-9.
↑ Honarmand Ebrahimi, Kourosh; Hagedoorn, Peter-Leon; Hagen, Wilfred R. (2015). “Unity in the Biochemistry of the Iron-Storage Proteins Ferritin and Bacterioferritin”. Chemical Reviews. 115 (1): 295—326. DOI:10.1021/cr5004908. PMID 25418839.
↑ Bretschger, O.; Obraztsova, A.; Sturm, C. A.; Chang, I. S.; Gorby, Y. A.; Reed, S. B.; Culley, D. E.; Reardon, C. L.; Barua, S.; Romine, M. F.; Zhou, J.; Beliaev, A. S.; Bouhenni, R.; Saffarini, D.; Mansfeld, F.; Kim, B.-H.; Fredrickson, J. K.; Nealson, K. H. (20 July 2007). “Current Production and Metal Oxide Reduction by Shewanella oneidensis MR-1 Wild Type and Mutants”. Applied and Environmental Microbiology. 73 (21): 7003—7012. DOI:10.1128/AEM.01087-07. PMC 2223255. PMID 17644630.
↑ Buxbaum, Gunter. Pigments, Inorganic, 3. Colored Pigments / Gunter Buxbaum, Helmut Printzen, Manfred Mansmann … [и др.]. — 2009. — ISBN 978-3527306732. — doi:10.1002/14356007.n20_n02.

[1] Hu, Qingyang; Kim, Duck Young; Yang, Wenge; Yang, Liuxiang; Meng, Yue; Zhang, Li; Mao, Ho-Kwang (June 2016). “FeO₂ and (FeO)OH under deep lower-mantle conditions and Earth's oxygen–hydrogen cycles”. Nature []. 534 (7606): 241—244. Bibcode:2016Natur.534..241H. DOI:10.1038/nature18018. ISSN 1476-4687. PMID 27279220.

[2] Discovery of the recoverable high-pressure iron oxide Fe4O5 (неопр.).

[3] Lavina, Barbara; Meng, Yue (2015). “Synthesis of Fe5O6”. Science Advances. 1 (5): e1400260. DOI:10.1126/sciadv.1400260. PMC 4640612. PMID 26601196.

[oxides-4] ¹ ² Bykova, E.; Dubrovinsky, L.; Dubrovinskaia, N.; Bykov, M.; McCammon, C.; Ovsyannikov, S. V.; Liermann, H. -P.; Kupenko, I.; Chumakov, A. I.; Rüffer, R.; Hanfland, M.; Prakapenka, V. (2016). “Structural complexity of simple Fe2O3 at high pressures and temperatures”. Nature Communications. 7: 10661. DOI:10.1038/ncomms10661. PMC 4753252. PMID 26864300.

[5] Merlini, Marco; Hanfland, Michael; Salamat, Ashkan; Petitgirard, Sylvain; Müller, Harald (2015). “The crystal structures of Mg2Fe2C4O13, with tetrahedrally coordinated carbon, and Fe13O19, synthesized at deep mantle conditions”. American Mineralogist. 100 (8—9): 2001—2004. DOI:10.2138/am-2015-5369.

[6] Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements (англ.). — 2nd Ed. — Butterworth-Heinemann^[en], 1997. — P. 1072. — ISBN 0-08-037941-9.

[7] Honarmand Ebrahimi, Kourosh; Hagedoorn, Peter-Leon; Hagen, Wilfred R. (2015). “Unity in the Biochemistry of the Iron-Storage Proteins Ferritin and Bacterioferritin”. Chemical Reviews. 115 (1): 295—326. DOI:10.1021/cr5004908. PMID 25418839.

[8] Bretschger, O.; Obraztsova, A.; Sturm, C. A.; Chang, I. S.; Gorby, Y. A.; Reed, S. B.; Culley, D. E.; Reardon, C. L.; Barua, S.; Romine, M. F.; Zhou, J.; Beliaev, A. S.; Bouhenni, R.; Saffarini, D.; Mansfeld, F.; Kim, B.-H.; Fredrickson, J. K.; Nealson, K. H. (20 July 2007). “Current Production and Metal Oxide Reduction by Shewanella oneidensis MR-1 Wild Type and Mutants”. Applied and Environmental Microbiology. 73 (21): 7003—7012. DOI:10.1128/AEM.01087-07. PMC 2223255. PMID 17644630.

[9] Buxbaum, Gunter. Pigments, Inorganic, 3. Colored Pigments / Gunter Buxbaum, Helmut Printzen, Manfred Mansmann … [и др.]. — 2009. — ISBN 978-3527306732. — doi:10.1002/14356007.n20_n02.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]