Железо(III) оксид

Железо(III) оксид или железен оксид — неорганско соединение со формула Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>. Тој е еден од трите главни оксиди на железото, а другите два се железо(II) оксид (FeO), што е ретко; и железо(II, III) оксид (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), кој исто така природно се јавува како минерал магнетит. Како минерал познат како хематит, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> е главниот извор на железо за челичната индустрија. Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> е лесно нападнат од киселини. Железо(III) оксид често се нарекува ’рѓа, и до одреден степен оваа ознака е корисна, бидејќи ’рѓата споделува неколку својства и има сличен состав; сепак, во хемијата, ’рѓата се смета за лошо дефиниран материјал, опишан како воден железен оксид.
1 Структура
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> може да се добие во различни полиморфи. Во главната, α, железото усвојува октаедрална координативна геометрија. Односно, секој центар на Fe е врзан за шест кислородни лиганди. Во γ полиморфот, некои од Fe седат на тетраедрални места, со четири кислородни лиганди.
1.1 Алфа фаза
α-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> има ромбоедрална, корундска (α-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> ) структура и е најчеста форма. Природно се јавува како минерал хематит кој се ископува како главна руда на железо. Тој е антиферомагнетен под ~260 К (температура на транзиција на Морин) и покажува слаб феромагнетизам помеѓу 260 К и Кириева температура, 950 К. Лесно е да се подготви со користење на топлинско разложување и врнежи во течната фаза. Неговите магнетни својства зависат од многу фактори, на пр. притисок, големина на честички и интензитет на магнетно поле.
1.2 Гама фаза
γ-Fe2O3 има кубна структура. Тој е метастабилен и се претвора од алфа фаза на високи температури. Природно се јавува како минерал магемит. Тој е феромагнетен и наоѓа примена при снимање ленти, иако ултраситните честички помали од 10 нанометри се суперпарамагнетни. Може да се подготви со топлинска дехидрација на гама железо(III) оксид-хидроксид. Друг метод вклучува внимателна оксидација на железо(II, III) оксид (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> ). Ултрафините честички може да се подготват со топлинско разложување на железо(III) оксалат.
1.3 Други цврсти фази
Идентификувани или тврдени се неколку други фази. β-фазата е кубна центрирана на телото (вселенска група Ia3), метастабилна и на температури над се претвора во алфа фаза. Може да се подготви со редукција на хематит со јаглерод,  пиролиза на раствор на железо(III) хлорид или топлинско разложување на железо(III) сулфат.
Фазата ипсилон (ε) е ромпска и покажува својства меѓу алфа и гама и може да има корисни магнетни својства применливи за цели како што се магнетно складирање со висока густина за складирање на големи податоци. Подготовката на чистиот ипсилон фаза се покажа како многу предизвик. Материјалот со висок процент на ипсилон фаза може да се подготви со топлинска трансформација на гама фазата. Ипсилон фазата е исто така метастабилна, трансформирајќи се во алфа фаза помеѓу 500 и 700 степени. Може да се подготви и со оксидација на железо во електричен лак или со таложење со сол-гел од железо(III) нитрат. Истражувањето откри ипсилон железо(III) оксид во древните кинески Џиан керамички глазури, што може да обезбеди увид во начините за производство на таа форма во лабораторија.
Дополнително, при висок притисок се бара аморфна форма.
1.4 Течна фаза
Се очекува растопениот Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> да има координативен број од блиску до 5 атоми кислород за секој атом на железо, врз основа на мерењата на капките на суперладен течен железен оксид со малку недостаток на кислород, каде што суперладењето ја заобиколува потребата за високи притисоци на кислород потребни над топењето точка за одржување на стехиометријата.
2 Хидрирани оксиди на железо(III)
Постојат неколку хидрати на железо(III) оксид. Кога се додава алкал во растворите на растворливи соли на Fe(III), се формира црвено-кафеав желатинозен талог. Ова ''не'' е Fe(OH) <sub>3</sub>, туку Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>· H<sub>2</sub>O (исто така напишано како Fe(O)OH). Постојат и неколку форми на хидриран оксид на Fe(III). Црвениот лепидокроцит (γ-Fe(O)OH) се појавува на надворешната страна на рустикулите, а портокаловиот гетит (α-Fe(O)OH) се јавува внатрешно во рустикулите. Кога се загрева Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>· H<sub>2</sub>O, тој ја губи својата вода за хидратација. Понатамошното загревање на 1670 K го претвора Fe<sub>2</sub>O <sub>3</sub> во црн Fe<sub>3</sub>O <sub>4</sub> (Fe <sup>II</sup> Fe <sup>III</sup><sub>2</sub>O<sub>4</sub> ), кој е познат како минерал магнетит. Fe(O)OH е растворлив во киселини, давајќи . Во концентрирани водени алкали, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> дава [Fe(OH) <sub>6</sub> ] <sup>3-</sup>.
3 Реакции
Најважната реакција е нејзината карботермална редукција, што дава железо што се користи во производството на челик:
: Fe <sub>2</sub> O <sub>3</sub> + 3 CO → 2 Fe + 3 CO<sub>2</sub>
Друга редокс реакција е екстремно егзотермната реакција на термит со алуминиум.: 2 Al + Fe <sub>2</sub> O <sub>3</sub> → 2 Fe + Al <sub>2</sub> O <sub>3</sub>
Овој процес се користи за заварување на дебели метали, како што се шините на железничките пруги со користење на керамички сад за инкање на стопеното железо помеѓу два дела од шината. Термитот исто така се користи во оружје и изработка на скулптури и алатки од леано железо од мали размери.
Делумно намалување со водород на околу 400 °C произведува магнетит, црн магнетен материјал кој содржи и Fe(III) и Fe(II):: 3 Fe <sub>2</sub> O <sub>3</sub> + H <sub>2</sub> → 2 Fe <sub>3</sub> O <sub>4</sub> + H<sub>2</sub>O
Железо(III) оксид е нерастворлив во вода, но лесно се раствора во силна киселина, на пр. хлороводородна и сулфурна киселина. Исто така, добро се раствора во раствори на хелатни агенси како што се EDTA и оксална киселина.
Со загревање на оксидите на железо(III) со други метални оксиди или карбонати се добиваат материјали познати како ферати (ферати (III)):: ZnO + Fe <sub>2</sub> O <sub>3</sub> → Zn(FeO <sub>2</sub> ) <sub>2</sub>
4 Подготовка
Железо(III) оксид е производ од оксидацијата на железото. Може да се подготви во лабораторија со електролиза на раствор од натриум бикарбонат, инертен електролит, со железна анода:
: 4 Fe + 3 O <sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>O → 4 FeO(OH)
Добиениот хидриран железен (III) оксид, напишан овде како FeO(OH), дехидрира околу 200 °C.: 2 FeO(OH) → Fe <sub>2</sub> O <sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O
5 Употреба
5.1 Железна индустрија
Огромната примена на железо(III) оксид е како суровина во индустријата за челик и железо, на пр. производство на железо, челик и многу легури.
5.2 Полирање
Многу фин прав од железен оксид е познат како „златар руж“, „црвен руж“ или едноставно руж. Се користи за ставање на финалниот лак на металниот накит и леќите, и историски како козметика. Ружот се сече побавно од некои современи лакови, како што е цериум(IV) оксидот, но сепак се користи во производството на оптика и од златарите за супериорната завршница што може да ја произведе. При полирање на златото, ружот малку го валка златото, што придонесува за изгледот на готовиот дел. Ружот се продава како прашок, паста, врзан на крпи за полирање или цврста лента (со восок или врзивно средство за маснотии). Другите полирачки соединенија исто така често се нарекуваат „руж“, дури и кога не содржат железен оксид. Накитувачите го отстрануваат преостанатиот руж на накитот со употреба на ултразвучно чистење.
5.3 Пигмент
 
Железо(III) оксид исто така се користи како пигмент, под имињата „Пигмент Браун 6“, „Пигмент Браун 7“ и „Црвен пигмент 101“. Некои од нив, на пр. Пигмент црвено 101 и пигмент кафеав 6, се одобрени од Управата за храна и лекови на САД (ФДА) за употреба во козметиката. Железните оксиди се користат како пигменти во забните композити заедно со титан оксидите.
Хематит е карактеристична компонента на шведската фалу црвена боја.
5.4 Магнетно снимање
Железо(III) оксид бил најчестата магнетна честичка што се користела во сите видови магнетни медиуми за складирање и снимање, вклучувајќи магнетни дискови (за складирање податоци) и магнетна лента (се користи за снимање аудио и видео, како и за складирање податоци). Неговата употреба во компјутерски дискови била заменета со легура на кобалт, овозможувајќи потенки магнетни филмови со поголема густина на складирање.
5.5 Фотокатализа
α-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> е проучен како фотоанода за оксидација на сончева вода. Сепак, неговата ефикасност е ограничена со кратка должина на дифузија (2-4 nm) од фото-возбудени носители на полнеж и последователна брза рекомбинација, што бара голем прекумерен потенцијал за да се поттикне реакцијата. Истражувањата се фокусирани на подобрување на перформансите на оксидација на водата на Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> користејќи наноструктурирање, функционализација на површината, или со примена на алтернативни кристални фази како β-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.
5.6 Медицина
Каламин лосион, кој се користи за лекување на благо чешање, главно се состои од комбинација на цинк оксид, кој делува како адстрингентно, и околу 0,5% железо(III) оксид, активната состојка на производот, делува како антипруритично. Црвената боја на железо(III) оксид е исто така главно одговорна за розовата боја на лосионот.