氧化鐵

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介紹

氧化鐵也稱為三氧化二鐵。它是血紅蛋白（紅細胞的重要組成部分）的必需成分。它有助於將氧氣從肺部輸送到身體的各個部位。血紅蛋白缺乏會導致貧血，從而導致疲勞。氧化鐵奈米粒子具有多種特性，例如磁性、生物相容性和適中的晶粒尺寸。它可以透過物理、化學和生物途徑在實驗室合成。它以磁鐵礦和赤鐵礦的形式天然存在。氧化鐵（赤鐵礦）是鋼鐵工業的主要成分。

什麼是氧化鐵？

氧化鐵是由鐵 (Fe) 和氧 (O) 結合形成的一種無機化合物。氧化鐵的化學式為 (Fe₂ O₃)。發現的三種氧化鐵組分是氧化亞鐵 (FeO)、三氧化二鐵 (Fe₂ O₃) 和四氧化三鐵 (Fe₃ O₄)。它天然存在於變質岩、沉積岩和火成岩中。

氧化鐵簡要說明

鐵和氧結合形成氧化鐵。鏽，一種三氧化二鐵，是 16 種已知氧化鐵和羥基氧化鐵中最著名的。羥基氧化鐵和氧化鐵是許多地質和生物過程中常見且必不可少的組成部分。它們存在於血紅蛋白中，並用於鐵礦石、顏料、催化劑和鋁熱劑。在油漆、清漆和彩色混凝土中，氧化鐵是一種價格合理且持久的顏料。

• 氧化亞鐵 (FeO) - 它是一種呈綠黑色粉末狀的化合物。它以磁鐵礦的形式天然存在，也可以在實驗室中透過使氫氣透過三氧化二鐵或在沒有氧氣的情況下加熱亞鐵化合物來製備。它用作玻璃顏料。

• 三氧化二鐵 (Fe₂ O₃) - 它通常被稱為鐵鏽。鐵容易與氧氣和水反應。鐵被氧化並形成紅棕色三氧化二鐵。它以赤鐵礦的形式天然存在。在實驗室中，它是透過在空氣中加熱亞鐵化合物獲得的。它被珠寶商用作拋光粉，用於拋光金屬。

• 四氧化三鐵 (Fe₃ O₄) - 它含有II 價和 III 價的鐵。它以磁鐵礦的形式天然存在。它以紅黑色或黑色晶體的形式存在。它也可以在實驗室中透過使蒸汽透過紅熱的鐵來製備。四氧化三鐵具有高電阻率和磁導率。它在工業中用於製造計算機儲存器、磁帶等。它也用作拋光劑。

結構

氧化鐵以多種多晶型形式存在。其中，兩個鐵原子與六個氧原子連線。它具有菱面體 α 和立方 β 以及斜方 ε 形狀。

三氧化二鐵

物理性質

性質	屬性
顏色	紅棕色固體
氣味	無味
溶解度	不溶於水，但可溶於糖溶液和酒石酸水溶液。
分子量	159.69 克/摩爾
密度	5.242 克/分米3
熔點	1475 至 1565o C
沸點	3414o C

氧化鐵 Fe₂ O₃ 的化學性質

• 與水的反應 - 當氧化鐵與水反應時，會形成氫氧化鐵。

  $$\mathrm{Fe_2 O_{3}+ H_2 O → Fe(OH)_3}$$

• 與硫酸的反應 - 當氧化鐵與硫酸反應時，會形成硫酸鐵和水。

  $$\mathrm{Fe_2 O_3+ H_2 SO_4 → Fe_2 (SO_4 )_3+ H_2 O}$$

• 三氧化二鐵的還原 - 在高爐中，氧化鐵被不同形式的碳還原為鐵金屬。

  $$\mathrm{2Fe_2 O_3+ 3C → 4Fe+ 3CO_2}$$

• 與鋁的氧化還原反應 - 氧化鐵與鋁反應產生放熱鋁熱劑和氧化鋁。這種鋁熱劑用於製造武器、鑄鐵器皿、鐵軌等。

  $$\mathrm{Fe_2 O_3+Al → Al_2 O_3+2Fe}$$

氧化鐵的製備

實驗室中氧化鐵的製備是透過在空氣中加熱鐵來實現的，在此製備過程中，鐵被氧化成三氧化二鐵。

$$\mathrm{4Fe+ 3O_2+2H_2 O → 4FeO(OH)}$$

產物用碳酸氫鈉溶液電解，並在 200^o C 下脫水以獲得氧化鐵。

$$\mathrm{2FeO(OH) → Fe_2 O_(3 )+H_2 O}$$

氧化鐵 Fe₂ O₃ 的用途

• 超順磁性氧化鐵用於成像、熱療和藥物輸送。

• 氧化鐵奈米粒子用於癌症患者的靶向藥物輸送、靶向藥物輸送和作為 MRI 檢驗的載體。

• 三氧化二鐵用於鋼鐵工業，作為生產鋼鐵和鐵的原料。

• 三氧化二鐵用作顏料，如顏料黃、顏料棕和顏料紅。這些顏料用於化妝品和與二氧化鈦混合的牙科混合物。

• 它被珠寶商用作拋光金屬的拋光粉。

• 它也用作油漆中的顏料。

• 三氧化二鐵和氧化鉻用於磁帶和錄音帶。

• 它也用於製藥行業，因為三氧化二鐵的奈米粒子無毒且可生物降解。

• 黑色氧化鐵或磁鐵礦具有耐腐蝕性，因此用於防腐蝕黑色油漆。這種油漆塗在鐵橋和塔上以防止生鏽。

結論

我們在以上教程中學習了氧化鐵是一種不溶於水的無機化合物。它以多種形式存在，例如氧化亞鐵、三氧化二鐵和四氧化三鐵，氧化數為（II 和 III）。它以赤鐵礦、磁鐵礦、磁赤鐵礦等多種礦物的形式天然存在。我們可以透過不同的方法在實驗室製備不同形式的氧化鐵。我們通常在鐵器皿或鐵板上發現的鏽是由於三氧化二鐵造成的。它的奈米粒子具有生物相容性，可用於治療癌症患者、胃腸道成像等。它用於塗層、奈米纖維、紡織品、油漆、化妝品和鋼鐵行業。

常見問題

1. 如何製備氧化鐵奈米粒子？

氧化鐵奈米粒子的製備方法是在異丁醇、氫氧化銨和氫氧化鈉溶液中沉澱氧化鐵。在 300 至 600_o C 下處理 5-6 小時。

2. 什麼是氧化鐵奈米粒子？

氧化鐵奈米粒子是由氧化鐵晶體覆蓋的親水性聚合物。這些被歸類為超順磁性氧化鐵奈米粒子 (SPIONs) 和超小超順磁性氧化鐵 (USPIONs)。這些用於各種生物醫學目的，如靶向藥物輸送、作為 MRI 檢驗的載體和生物成像。

3. 氧化鐵的危害有哪些？

如果長時間暴露於氧化鐵煙霧中，會導致塵肺病、疼痛、咳嗽、呼吸急促等。如果接觸到眼睛，會導致鐵鏽染色和變色。

4. 食品藥品監督管理局批准了哪些氧化鐵顏料用於化妝品？

顏料棕 6 和顏料紅 101 用於化妝品。爐甘石洗劑的粉紅色是由於氧化鐵。

5. 我們在哪裡可以找到天然氧化鐵礦物？

我們可以在沉積岩、鎂鐵質和超鎂鐵質岩石中以赤鐵礦和磁鐵礦礦物形式找到天然氧化鐵礦物。

6. 三氧化二鐵的應用有哪些？

三氧化二鐵具有熱穩定性和不溶於水的特性，因此適用於製造陶瓷（如碗、玻璃和光學器件）、航空航天儀器、電力燃料電池等。