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| 名前 | |
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| IUPAC名
鉄(II)二鉄(III)酸化物[1]
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| その他の名前
酸化鉄(III)、酸化鉄(II,III)、マグネタイト、黒色酸化鉄、天然磁石、さび、火星黒、ピグメントブラック11
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| チェムブル |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.013.889 |
PubChem CID
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| ユニイ |
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CompToxダッシュボード （EPA）
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| プロパティ | |
| Fe 3 O 4 FeO.Fe 2 O 3 | |
| モル質量 | 231.533グラム/モル |
| 外観 | 固体の黒色火薬 |
| 密度 | 5 g/cm 3 |
| 融点 | 1,597 °C (2,907 °F; 1,870 K) |
| 沸点 | 2,623 [2] °C (4,753 °F; 2,896 K) |
屈折率（nD ）
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2.42 [3] |
| 危険 | |
| NFPA 704（ファイアダイヤモンド） | |
| 熱化学 | |
標準生成エンタルピー （Δ f H ⦵ 298） |
−1120.89 kJ·mol −1 [4] |
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。
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鉄(II,III)酸化物、または黒色酸化鉄は、化学式Fe 3 O 4で表される化合物です。自然界では鉱物マグネタイトとして産出します。これは数ある酸化鉄の1つで、他には希少な酸化鉄(II) (FeO)と、同じく鉱物ヘマタイトとして自然界に産出する酸化鉄(III) (Fe 2 O 3 )があります。Fe 2+イオンとFe 3+イオンの両方を含み、FeO ∙ Fe 2 O 3と表記されることもあります。この酸化鉄は、実験室では黒色粉末として見られます。永久磁性を示し、強磁性ですが、強磁性と誤って説明されることもあります。[5]最も広範な用途は黒色顔料です（マーズブラックを参照）。この目的では、粒子のサイズと形状は製造方法によって変えることができるため、天然鉱物から抽出するのではなく合成されます。[6]
準備
加熱された鉄金属は蒸気と反応して酸化鉄と水素ガスを形成します。
![{\displaystyle {3\,\mathrm {Fe} {}+{}4\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}4\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/913fd1a296e09a5fac6680f21fa2b590912be904)
嫌気条件下では、水酸化第一鉄（Fe(OH) 2 ）は水によって酸化され、磁鉄鉱と分子状水素を生成します。このプロセスはシコール反応によって説明されます。
![{\displaystyle {{\underset {\mathrm {鉄} \ \mathrm {水酸化物} }{3\,\mathrm {Fe} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}{\underset {\mathrm {磁鉄鉱} }{\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}}}{}+{}{\underset {\mathrm {水素} }{\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}{}+{}{\underset {\mathrm {水} }{2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/74ddc48cf11a6124ff465559c33c1e213025f741)
これは結晶質マグネタイト（Fe 3 O 4）が非晶質水酸化第一鉄（Fe(OH) 2）よりも熱力学的に安定しているためである。[7]
マグネタイトを強磁性流体として調製するマサート法は、実験室で簡単に実行できる。水酸化ナトリウムの存在下で塩化鉄(II)と塩化鉄(III)を混合する。[8]
ナトリウムの残留物による問題を避け、より効率的にマグネタイトを調製する方法は、アンモニアを用いて塩化鉄からの化学的共沈を促進することである。まず、0.1 M FeCl 3 ·6H 2 O溶液とFeCl 2 ·4H 2 O溶液を混合し、約2000 rpmで激しく撹拌する。FeCl 3 : FeCl 2のモル比は約2:1とする。混合物を70 °Cに加熱し、撹拌速度を約7500 rpmに上げ、NH 4 OH溶液（10 vol%）を素早く添加する。すると、マグネタイトナノ粒子の暗色の沈殿が直ちに形成される。[9]
どちらの方法でも、沈殿反応は pH 10 以上で酸性鉄イオンがスピネル型酸化鉄構造に急速に変換されることに依存します。
マグネタイトナノ粒子の形成制御は困難を伴います。マグネタイトスピネル構造の形成に必要な反応と相転移は複雑だからです。[10]この課題は実用上重要です。マグネタイト粒子は磁気共鳴画像法（MRI）などのバイオサイエンス分野において関心を集めており、この分野では、現在使用されているガドリニウム系造影剤に代わる非毒性の代替物として、酸化鉄マグネタイトナノ粒子が有望視されています。しかし、粒子形成制御の難しさから、超常磁性マグネタイト粒子、すなわち保磁力が0 A/mのマグネタイトナノ粒子（外部磁場がない場合には永久磁化を完全に失う）の調製は依然として困難です。現在報告されているナノサイズマグネタイト粒子の最小値はHc = 8.5 A m −1であり、[11] 、合成マグネタイトの最大値は87 Am 2 kg −1です。 [12] [13]
顔料品質の Fe 3 O 4 、いわゆる合成磁鉄鉱は、産業廃棄物、スクラップ鉄、または鉄塩を含む溶液（例えば、鋼の酸槽処理（酸洗い）などの産業プロセスで副産物として生成されるもの）を使用するプロセスを使用して製造できます。
- C 6 H 5 NO 2 + 3 Fe + 2 H 2 O → C 6 H 5 NH 2 + Fe 3 O 4
- Fe II化合物の酸化、例えば鉄(II)塩を水酸化物として沈殿させ、続いて通気酸化を行う。この際、pHを慎重に制御することで生成される酸化物が決定される。[6]
水素によるFe 2 O 3の還元： [14] [15]
- 3Fe 2 O 3 + H 2 → 2Fe 3 O 4 + H 2 O
COによるFe 2 O 3の還元： [16]
- 3Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2
ナノ粒子の製造は化学的に行うことができ、例えばFe IIとFe IIIの塩の混合物をアルカリと混合してコロイド状のFe 3 O 4を沈殿させる。反応条件はプロセスにとって重要であり、粒子サイズを決定する。[17]
炭酸鉄(II)は熱分解して鉄(II,III)になることもある: [18]
- 3FeCO 3 → Fe 3 O 4 + 2CO 2 + CO
反応
高炉でのCOによる磁鉄鉱の還元は、鉄鋼生産プロセスの一部として鉄を生産するために使用されています。[5]
![{\displaystyle {{\text{Fe3O4}}{}+{}4\,\mathrm {CO} {}\mathrel {\longrightarrow } {}{\text{3Fe}}{}+{}4\,\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5114f1c0915c4871a373928770d4d99ca81f19a4)
Fe 3 O 4の制御された酸化は、茶色の顔料品質のγ-Fe 2 O 3（マグヘマイト）を生成するために使用されます。 [19]
![{\displaystyle {\underbrace {2\,\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}} _{\mathrm {磁鉄鉱} }{}+{}{\text{1/2O2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}}\ {\color {Brown}{\underbrace {3\,(\mathrm {\gamma } {\text{-}}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}})} _{\mathrm {マグヘマイト} }}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dbe12cde5eaaef72407bb3b7c5c1c173c00489fd)
より強力な焼成（空気中で焙焼）により赤色顔料α-Fe 2 O 3（ヘマタイト）が得られる：[19]
![{\displaystyle {\underbrace {2\,\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}} _{\mathrm {磁鉄鉱} }{}+{}{\text{1/2O2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}}\ {\color {BrickRed}{\underbrace {3\,(\mathrm {\alpha } {\text{-}}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}})} _{\mathrm {ヘマタイト} }}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cb560901dedf21ca3cca8533aad4248d552634a9)
構造
Fe 3 O 4は立方逆スピネル基構造を持ち、立方最密充填された酸化物イオンの配列で構成され、Fe 2+イオンのすべてが八面体サイトの半分を占め、Fe 3+は残りの八面体サイトと四面体サイトに均等に分割されています。
FeOとγ-Fe 2 O 3はどちらも酸化物イオンの立方最密配列を有しており、このため、酸化と還元の反応は全体の構造に比較的小さな変化をもたらすため、3つの化合物間で容易に互換性があります。[5] Fe 3 O 4サンプルは非化学量論的である可能性があります。[5]
Fe 3 O 4の強磁性は、八面体サイトにあるFe IIイオンと Fe IIIイオンの電子スピンが結合し、四面体サイトにある Fe IIIイオンのスピンが結合しているものの、前者とは反平行であるため生じる。結果として、両方のイオンセットの磁気的寄与は均衡しておらず、永久磁性が存在する。[5]
溶融状態では、実験的に制約されたモデルは、鉄イオンが平均して5つの酸素イオンに配位していることを示している。[20]液体状態では配位部位の分布があり、Fe IIとFe III の大部分は酸素に5配位しており、4配位鉄と6配位鉄の少数集団が存在する。
プロパティ
Fe 3 O 4は強磁性体であり、キュリー温度は858 K（585 °C）です。120 K（-153 °C）でフェルヴェイ転移と呼ばれる相転移が起こり、構造、伝導性、磁気特性に不連続性が生じます。[21]この効果は広く研究されており、様々な説明が提案されていますが、完全には解明されていないようです。[22]
Fe 3 O 4の電気抵抗率は鉄（96.1 nΩ・m）よりもはるかに高いものの、その電気抵抗率（0.3 mΩ・m [23] ）はFe 2 O 3 （約 kΩ・m）よりも大幅に低い。これは、Fe 3 O 4中のFe II中心とFe III中心間の電子交換に起因すると考えられる。[5]
用途
| 臨床データ | |
|---|---|
| 商号 | フェラヘメ、リエンソ |
| AHFS / Drugs.com | モノグラフ |
| メドラインプラス | a614023 |
| ライセンスデータ | |
投与経路 | 静脈内注入 |
| ATCコード |
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| 法的地位 | |
| 法的地位 |
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| 識別子 | |
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| CAS番号 |
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| ドラッグバンク |
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| ユニイ |
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| ケッグ |
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| チェビ |
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| CompToxダッシュボード （EPA） |
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| ECHA 情報カード | 100.013.889 |
| 化学および物理データ | |
| 式 | Fe 3 O 4 |
| モル質量 | 231.531 g·mol −1 |
| 3Dモデル（JSmol） |
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Fe 3 O 4は黒色顔料として使用され、CIピグメントブラック11（CI No.77499）またはマースブラックとして知られています。[19]
Fe 3 O 4はハーバー法や水性ガスシフト反応の触媒として用いられる。[27]後者では、酸化クロムで安定化された酸化鉄のHTS（高温シフト触媒）が用いられる。[27]この鉄-クロム触媒は反応器の起動時に還元され、 α-Fe 2 O 3 とCr 2 O 3からFe 3 O 4が、 CrO 3に生成される。[27]
ブルーイングと黒染めは、鋼の表面にFe 3 O 4層を形成する不動態化処理であり、防錆効果、反射防止効果、そして色彩効果をもたらします。硫黄やアルミニウムとともに、鉄鋼を切断するテルミットの成分でもあります。[要出典]
医療用途
Fe 3 O 4ナノ粒子はMRIスキャンの造影剤として使用されます。[28]
フェルモキシトールは、フェラヘムおよびリエンソというブランド名で販売されており、慢性腎臓病に起因する貧血の治療のための静脈内Fe 3 O 4製剤である。[24] [25] [29] [30]フェルモキシトールは、 AMAG Pharmaceuticalsによって製造され、世界中で販売されている。[24] [30]
生物学的発生
磁鉄鉱は磁性細菌（42～45 nm）[6]や伝書鳩のくちばし組織中にナノ結晶として発見されている。[31]
参考文献
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外部リンク
- 「フェルモキシトール」。薬物情報ポータル。米国国立医学図書館。2019年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
