氧化铁,是一种无机化合物,化学式为Fe2O3,是铁氧化物的一种形式,其中Fe以+3价的形式存在,O以-2价的形式存在。 氧化铁
氧化铁(Fe2O3)以无定形与其他多晶型(α、β、γ 和 ɛ)形式存在[4] 。在主要的α和γ构型的氧化铁中,铁是六配位八面体结构,即每个铁中心与六个氧配合。红棕色的α-Fe2O3(赤铁矿)晶体是铁在热力学上最为常见且最为稳定氧化物结构。α-Fe2O3具有菱形晶型、刚玉结构,是最常见的晶型,α-Fe2O3在自然界中以赤铁矿的形式出现;γ-Fe2O3具有立方结构,它的稳定性稍差,是在高温下由α晶型转变而来,γ-Fe2O3在自然界中以磁赤铁矿的形式出现[5] 。
α-Fe2O3晶体结构图[6]
α-Fe2O3在约260 K(莫林相变温度)以下是反铁磁性的,并且在260 K和950 K的奈耳温度之间表现出弱铁磁性[6] 。 热分解和液相沉淀法都可以很容易的制得氧化铁。它的磁性取决于许多因素,例如压力、粒度和磁场强度。
γ-Fe2O3通常粒径小于10纳米的超细粒子都是超顺磁性的,但是它是铁磁性的,这可以用于录音磁带上。它可以通过γ-羟基氧化铁加热脱水制备,另一种方法包括四氧化三铁的控制氧化来制取[7] 。γ-氧化铁的超细粉末可以通过草酸铁(ⅲ)的热分解来制备。
β晶型是立方晶核(空间群Ia3),亚稳,在500℃以上(930℉)转化为α晶型。它可以通过碳还原赤铁矿、高温分解三氯化铁溶液或者硫酸铁来制备。ε晶型是菱形晶型,其性质介于α晶型和γ晶型之间的性质,并且可能具有有用的磁性特征。该晶型也是亚稳态的,在500到750℃(930到1380℉)之间转变为α晶型,可以通过电弧氧化铁或由硝酸铁(III)沉淀溶胶-凝胶法制备该晶型氧化铁。[8]
几千年来,氧化铁一直被用作颜料。史前人类利用从当地的赭石沉积物(主含三氧化二铁Fe2O3)中获得洞穴和岩石的浅黄色和红色绘画颜料,以制作洞穴和岩石绘画。随着人类的进步和技术的发展,到中世纪的欧洲,氧化铁颜料被作为彩色玻璃的着色剂,我国敦煌壁画中使用的颜料红色中也含有Fe2O3。除了颜料方面的用途,氧化铁还在釉药以及冶铁等方面有一定的应用。
3600多年前的殷商时期,氧化铁在陶瓷釉药中扮演着重要的角色,使得釉药的范围更加广泛,从浅黄或金黄到亮红或黑色,甚至在还原烧制过程中,低比例的氧化铁由高价铁转变为低价铁,呈现出如玉般的翠绿,到水蓝色或天蓝色乳白状,也就是青瓷釉。春秋战国时期,人工冶炼将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中,点火焙烧,在650度至1000度温度下,利用炭的不完全燃烧产生一氧化碳,遂使铁矿中的氧化铁还原成铁,也是现在氧化铁的一个重要用途,用作金属冶炼。