氧化铁：结构，性能，名称，用途 - 化学 - 2025

的氧化铁是任何铁和氧之间形成的化合物。它们的特征是离子性和结晶性，它们是矿物侵蚀的分散产物，构成土壤，植物群，甚至是生物体的内部。

这就是在地壳中占主导地位的化合物家族之一。他们到底是什么？迄今为止已知有十六种氧化铁，其中大多数是天然来源的，其他则是在极端的压力或温度条件下合成的。

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上图中显示了一部分三氧化二铁粉。其特征性的红色覆盖了铁锈中各种建筑元素的铁锈。同样，在斜坡，山脉或土壤中也观察到它与许多其他矿物质混合，例如针铁矿黄色粉末（α-FeO​​OH）。

最好的已知铁氧化物是赤铁矿（α-的Fe ₂ ö ₃）和磁赤铁矿（Υ-的Fe ₂ ö ₃），三氧化二铁的两个多晶型物; 同样重要的是磁铁矿（Fe ₃ O ₄）。它们的多晶型结构和大表面积使它们成为吸附剂或用于广泛应用的纳米颗粒合成的有趣材料。

结构体

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上面的图像代表了FeO的晶体结构，FeO是其中铁的价数为+2的铁氧化物之一。红色的球形对应于O ^2-阴离子，黄色的球形对应于Fe ²⁺阳离子。还要注意，每个Fe ²⁺被六个O ²包围，形成一个八面体配位单元。

因此，可以将FeO的结构“分解”为FeO _6的单元，其中中心原子为Fe ²⁺。在羟基氧化物或氢氧化物的情况下，八面体单元是FeO ₃（OH）₃。

在某些结构中，代替八面体，有四面体单元FeO ₄。因此，氧化铁的结构通常以具有铁中心的八面体或四面体为代表。

氧化铁的结构取决于压力或温度的条件，Fe / O比（即每个铁中有多少氧，反之亦然）以及铁的化合价（+ 2，+ 3，非常很少出现在合成氧化物中，+ 4）。

通常，大块的O ^2-阴离子排列成片，其空隙容纳Fe ²⁺或Fe ³⁺阳离子。因此，存在具有两种价态的铁的氧化物（例如磁铁矿）。

多态性

氧化铁具有多态性，即同一化合物具有不同的结构或晶体排列。氧化铁Fe ₂ O ₃最多具有四个可能的多晶型物。赤铁矿，的α-Fe ₂ ö ₃，是所有的最稳定的;随后磁赤铁矿，铁Υ- ₂ ö ₃，和通过合成β-的Fe ₂ ö ₃和ε-的Fe ₂ ö ₃。

它们都有自己的类型的晶体结构和系统。但是，2：3的比例保持恒定，因此每两个Fe ³⁺阳离子存在三个O ^2-阴离子。不同之处在于FeO ₆八面体单元在太空中的位置以及它们的连接方式。

结构性联系

来源：公共域文件

八面体FeO ₆可以借助上图显示。O ^2-在八面体的拐角处，而Fe ²⁺或Fe ³⁺（在Fe ₂ O ₃的情况下）在其中心。这些八面体在空间中的排列方式揭示了氧化物的结构。

但是，它们也会影响它们的链接方式。例如，可以通过触摸两个八面体的两个顶点来连接两个八面体，这两个顶点由氧桥表示：Fe-O-Fe。同样，八面体可以通过它们的边缘（彼此相邻）连接在一起。然后用两个氧桥表示：Fe-（O）₂ -Fe。

最后，八面体可以通过他们的面孔互动。因此，现在表示将具有三个氧桥：Fe-（O）₃ -Fe。八面体的连接方式将改变Fe-Fe核间距离，从而改变氧化物的物理性质。

物产

氧化铁是具有磁性的化合物。这些可以是反，铁或亚铁磁性的，并取决于Fe的化合价以及阳离子在固体中的相互作用方式。

由于固体的结构千差万别，因此它们的物理和化学性质也是如此。

例如，Fe ₂ O ₃的多晶型物和水合物的熔点（密度在1200至1600ºC之间）具有不同的值。但是，由于相同分子量的Fe ³⁺，它们通常具有低溶解性，颜色为棕色，在酸性溶液中的溶解性较差。

命名法

IUPAC建立了三种命名氧化铁的方法。尽管对于复杂的氧化物（例如Fe ₇ O ₉），由于它们的简单性，系统的规则要优于其他的氧化物，但是这三种方法都非常有用。

系统命名法

考虑了氧和铁的数目，并用希腊语编号单，双，三等命名。根据该命名法，Fe ₂ O ₃被称为：二铁三氧化物。对于Fe ₇ O _9，其名称为：七铁九氧化物。

股票名称

考虑到铁的价态。如果是Fe ²⁺，则表示为氧化铁…，化合价用括号括起来的罗马数字。对于Fe ₂ O _3，其名称为：氧化铁（III）。

注意，Fe ³⁺可以通过代数和来确定。如果O ^2-具有两个负电荷，并且其中有三个负电荷，则它们的总和为-6。要中和-6，需要+6，但是有两个Fe，因此必须将它们除以+6/2 = +3：

2X（金属价）+ 3（-2）= 0

只需求解X，即可获得氧化物中Fe的化合价。但是，如果X不是整数（几乎所有其他氧化物都是这种情况），则存在Fe ²⁺和Fe ³⁺的混合物。

传统术语

当Fe的价数为+3时，后缀–ico被赋予前缀ferr-，而当其价数为2+时后缀为-oso。因此，Fe ₂ O ₃被称为：三氧化二铁。

应用领域

纳米粒子

氧化铁通常具有高结晶能，这使得可以制造非常小的晶体，但具有大的表面积。

因此，它们在纳米技术领域引起了极大的兴趣，在纳米技术领域，他们出于特定目的设计和合成氧化物纳米颗粒（NP）：

-作为催化剂。

-作为体内药物或基因的储存库

-在设计用于不同类型生物分子的感觉表面时：蛋白质，糖，脂肪

-存储磁数据

颜料

由于某些氧化物非常稳定，因此可用于对纺织品进行染色或使任何材料的表面呈现明亮的颜色。从地板上的马赛克；红色，黄色和橙色（甚至绿色）涂料；陶瓷，塑料，皮革，甚至建筑作品。

参考文献

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