Оксид железа(III) Fe₂O₃¶

Fe₂O₃ — химическое соединение, оксид железа в степени окисления +3 (трёхвалентное железо), известный также как гематит, железная охра или безводный гидроксид железа(III). Молярная масса соединения составляет 159,69 г/моль, плотность — 5,24 г/см³. Fe₂O₃ является одним из самых распространённых оксидов железа в природе и важнейшим рудным минералом.

¶Строение и свойства

Молекула Fe₂O₃ состоит из двух атомов железа и трёх атомов кислорода. Кристаллическая структура гематита ромбическая (тригональная сингония, пространственная группа R3̄c), аналогичная корунду Al₂O₃. В кристаллической решётке ионы Fe³⁺ занимают две трети октаэдрических позиций, а кислородные ионы образуют плотнейшую гексагональную упаковку.

Основные физические свойства:

При нагревании выше 1200 °C Fe₂O₃ частично разлагается с выделением кислорода и образованием Fe₃O₄. В воде и разбавленных кислотах соединение практически нерастворимо, но реагирует с концентрированными кислотами с образованием солей железа(III) — например, FeCl₃ при взаимодействии с соляной кислотой или Fe₂(SO₄)₃ с серной.

¶Получение

В промышленности Fe₂O₃ получают несколькими способами:

• Обжиг железных руд — природные оксиды и гидроксиды железа (гематит, магнетит, лимонит) при прокаливании на воздухе переводятся в Fe₂O₃.
• Термическое разложение гидроксида железа(III): 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O (при 200–300 °C).
• Термическое разложение оксалата или нитрата железа(III) — используется в лабораторной практике для получения чистого продукта.
• Окисление растворов солей железа(II) щелочами с последующим прокаливанием осадка.

¶Химические свойства

Fe₂O₃ проявляет амфотерные свойства, хотя преобладает основной характер. С кислотами образует соли железа(III), со щелочами — ферриты (например, NaFeO₂ при спекании с NaOH). Восстанавливается водородом, углеродом, монооксидом углерода до металлического железа или Fe₃O₄ — этот принцип лежит в основе доменного производства:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Также Fe₂O₃ используется в алюминотермии: Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe (реакция Гольдшмидта).

¶Применение

Fe₂O₃ применяется в нескольких отраслях:

• Металлургия — основная руда для производства чугуна и стали; на долю гематитовых руд приходится значительная часть мировой добычи железа.
• Пигменты — красно-коричневый пигмент (железная охра, «сурик»), применяемый в красках, лаках, бетоне, косметике. Устойчив к свету и атмосферным воздействиям.
• Катализаторы — используется в каталитических процессах (например, в синтезе аммиака по Хаберу как компонент катализатора, в окислительных реакциях).
• Магнитные материалы — как прекурсор для получения ферритов и магнитных наночастиц.
• Абразивы и полирующие составы (в виде мелкодисперсного порошка — «железный сурик»).
• Стекольная промышленность — как красящий компонент и осветлитель.

¶Нахождение в природе

Гематит — главный рудный минерал железа. Крупнейшие месторождения расположены в Бразилии (Каражас), Австралии (Пилбара), Индии, России (Курская магнитная аномалия, Кольский полуостров), Украине (Кривбасс), ЮАР и Китае. В России разработка гематитовых руд ведётся на КМА и в Мурманской области.

¶Токсичность

Fe₂O₃ относится к малотоксичным веществам (4 класс опасности). Пыль соединения при длительном вдыхании может вызывать пневмокониоз (сидероз), однако случаев отравления при контакте в бытовых условиях практически не регистрируется.

¶Источники

• Химическая энциклопедия / Гл. ред. Ю. Л. Ольшанский. — М.: Большая Российская энциклопедия.
• Глинка Н. Л. Общая химия. — М.: Инфра-М.
• Годовиков Н. П. Минералогия. — М.: Недра.
• Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. — Л.: Химия.