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| 名前 | |
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| IUPAC名
鉄(II) 鉄(III) 酸化物
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| その他の名前
二酸化鉄、二酸化鉄、二酸化鉄(II,III)、磁鉄鉱、黒色酸化鉄、天然磁石、さび、二酸化鉄(II)、二酸化鉄(III)
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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BL |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.013.889 |
パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| 鉄3O4 FeO.Fe 2 O 3 | |
| モル質量 | 231.533 グラム/モル |
| 外観 | 黒い固形粉末 |
| 密度 | 5g/ cm3 |
| 融点 | 1,597 °C (2,907 °F; 1,870 K) |
| 沸点 | 2,623 [1] °C (4,753 °F; 2,896 K) |
屈折率( n D )
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2.42 [2] |
| 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·モル−1 [3] |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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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の化合物です。自然界では鉱物の磁鉄鉱として存在します。これは数ある鉄酸化物の 1 つで、他の 2 つは希少な鉄(II)酸化物(FeO) と、同じく鉱物の赤鉄鉱として自然界に存在する鉄(III)酸化物(Fe 2 O 3 )です。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。この鉄酸化物は、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。[4]最も広く使用されているのは黒色顔料です (参照:マーズブラック)。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、天然鉱物から抽出されるのではなく合成されます。[5]
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。
嫌気条件下では、水酸化鉄（Fe(OH) 2）は水によって酸化され、磁鉄鉱と分子状水素を形成します。このプロセスはシコール反応によって説明されます。
これは結晶性磁鉄鉱（Fe 3 O 4）が非晶質水酸化鉄（Fe(OH) 2 ）よりも熱力学的に安定しているためである。[6]
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、実験室で簡単に行える。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。[7]
厄介なナトリウム残留物なしで磁鉄鉱を調製するより効率的な方法は、アンモニアを使用して塩化鉄からの化学的共沈を促進することです。まず、0.1 M FeCl 3 ·6H 2 O と FeCl 2 ·4H 2 O の溶液を約 2000 rpm で激しく撹拌しながら混ぜます。FeCl 3 :FeCl 2のモル比は約 2:1 である必要があります。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 体積%) をすばやく追加します。磁鉄鉱のナノ粒子の暗い沈殿物がすぐに形成されます。[8]
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ています。
マグネタイトナノ粒子の形成を制御することは困難である。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である。[9]この主題は実用上重要である。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の用途で関心を集めており、この用途では、現在使用されているガドリニウムベースの造影剤に代わる非毒性の代替品として、鉄酸化物マグネタイトナノ粒子が潜在的に提供されているからである。しかし、粒子の形成を制御することが難しいため、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が完全に失われる）の製造は依然として困難である。現在報告されているナノサイズのマグネタイト粒子の最小値はHc = 8.5 A m −1であるが、[10]報告されている最大の磁化値は合成マグネタイトで87 Am 2 kg −1である。 [11] [12]
顔料品質の Fe 3 O 4 、いわゆる合成磁鉄鉱は、産業廃棄物、鉄くず、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い、pHを慎重に制御することで生成される酸化物を決定する。[5]
水素によるFe 2 O 3の還元： [13] [14]
- 3Fe 2 O 3 + H 2 → 2Fe 3 O 4 + H 2 O
COによるFe 2 O 3の還元: [15]
- 3Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2
ナノ粒子の製造は、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を沈殿させることによって化学的に行うことができます。反応条件はプロセスにとって重要であり、粒子サイズを決定します。[16]
炭酸鉄(II)は熱分解して鉄(II,III)になることもある: [17]
- 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。[4]
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。[18]
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：[18]
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、酸化と還元の反応では全体の構造に比較的小さな変化しか生じないため、3つの化合物間で容易に互換性が保たれます。[4] 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。[4]
Fe 3 O 4の強磁性は、八面体サイトのFe IIイオンと Fe IIIイオンの電子スピンが結合し、四面体サイトの Fe IIIイオンのスピンが結合しているが前者とは反平行であるため発生します。その結果、両方のセットの磁気的寄与はバランスが取れておらず、永久磁性があります。[4]
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。[19] 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配位鉄の両方が少数存在する。
プロパティ
Fe 3 O 4 は、キュリー温度が858 K (585 °C) の強磁性体です。120 K (-153 °C) で相転移が起こり、構造、伝導性、磁気特性に不連続が生じます。[20]この効果は広範囲に研究されており、さまざまな説明が提案されていますが、完全に理解されているようには見えません。[21]
Fe 3 O 4の電気抵抗率は鉄金属（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 [22] ）はFe 2 O 3 （約kΩ m）よりも大幅に低くなっています。これは、 Fe 3 O 4のFe II中心とFe III中心の間の電子交換によるものです。[4]
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 |
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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 | 鉄3O4 |
| モル質量 | 231.531 グラムモル−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。[18]
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使用されます。[26]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) が使用されます。[26]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から Fe 3 O 4が 、Cr 2 O 3からCrO 3に生成されます。[26]
ブルーイングとは、鋼鉄の表面にFe 3 O 4の層を作り、錆から守る不動態化処理のことである。硫黄やアルミニウムとともに、鉄を切断するテルミットの成分でもある。[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る。[27]
フェルモキシトールは、フェラヘムや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投与のFe 3 O 4製剤である。[23] [24] [28] [29]フェルモキシトールはAMAG Pharmaceuticalsによって製造され、世界中で流通している。[23] [29]
生物学的発生
磁鉄鉱は磁性細菌（42～45nm）[5]や伝書鳩のくちばし組織[30]の中にナノ結晶として発見されている。
参考文献
- ^ マグネタイト (Fe3O4): 特性、合成、および用途 Archived 2017-07-20 at the Wayback Machine Lee Blaney, Lehigh Review 15, 33-81 (2007). 付録 A、p.77 を参照
- ^ プラディオット・パトナイク『無機化学ハンドブック』マグロウヒル、2002年、ISBN 0-07-049439-8
- ^ Chase MW (1998). 「NIST-JANAF 熱化学表」NIST (第4版): 1–1951.
- ^ abcdef Greenwood NN、Earnshaw A (1997)。元素の化学（第2版）。Butterworth - Heinemann。ISBN 978-0-08-037941-8。
- ^ abcd Cornell RM、Schwertmann U (2007)。鉄酸化物：構造、特性、反応、発生および用途。Wiley- VCH。ISBN 978-3-527-60644-3。
- ^ Ma M、Zhang Y、Guo Z 、 Gu N (2013 年 1 月)。「Schikorr 反応による超薄磁性酸化鉄ナノプレートの容易な合成」。Nanoscale Research Letters。8 ( 1): 16。Bibcode : 2013NRL..... 8 ...16M。doi : 10.1186/1556-276X - 8-16。PMC 3598988。PMID 23294626。
- ^ Massart R (1981). 「アルカリ性および酸性媒体での水性磁性液体の調製」. IEEE Transactions on Magnetics . 17 (2): 1247–1248. Bibcode :1981ITM....17.1247M. doi :10.1109/TMAG.1981.1061188.
- ^ Keshavarz S, Xu Y, Hrdy S, Lemley C, Mewes T, Bao Y (2010). 「水溶液中でのポリマーコーティングされた Fe 3 O 4磁性ナノ粒子の緩和」. IEEE Transactions on Magnetics . 46 (6): 1541–1543. doi :10.1109/TMAG.2010.2040588. S2CID 35129018.
- ^ Jolivet JP、 Chanéac C、Tronc E (2004 年 3 月)。「酸化鉄の化学。分子クラスターから拡張固体ネットワークへ」。Chemical Communications (5): 481–7。doi :10.1039/B304532N。PMID 14973569 。
- ^ Ström V、Olsson RT 、 Rao KV (2010)。「バイオサイエンス用途のための超常磁性ナノ粒子の沈殿中の磁性の進化のリアルタイムモニタリング」。Journal of Materials Chemistry。20 ( 20): 4168。doi :10.1039/C0JM00043D。
- ^ Fang M, Ström V, Olsson RT, Belova L, Rao KV (2011). 「急速混合: 高モーメントのマグネタイトナノ粒子を合成する方法」.応用物理学レター. 99 (22): 222501. Bibcode :2011ApPhL..99v2501F. doi :10.1063/1.3662965.
- ^ Fang M、Ström V、Olsson RT、Belova L、Rao KV (2012 年 4 月)。「急速混合共沈マグネタイトナノ粒子の成長温度に対する粒子サイズと磁気特性の依存性」。ナノ テクノロジー。23 ( 14): 145601。Bibcode :2012Nanot..23n5601F。doi : 10.1088 /0957-4484/ 23 /14/145601。PMID 22433909。S2CID 34153665。
- ^ US 2596954、Heath TD、「鉄鉱石を磁鉄鉱に還元する方法」、1952年5月13日発行、Dorr Companyに譲渡
- ^ Pineau A、Kanari N、Gaballah I (2006)。「H2による酸化鉄の還元反応速度論パートI：ヘマタイトの低温還元」Thermochimica Acta . 447 (1): 89–100. doi :10.1016/j.tca.2005.10.004。
- ^ Hayes PC, Grieveson P (1981). 「Fe 2 O 3からFe 3 O 4への還元における核生成と成長の影響」。Metallurgical and Materials Transactions B. 12 ( 2): 319–326. Bibcode :1981MTB....12..319H. doi :10.1007/BF02654465. S2CID 94274056.
- ^ アーサー・T・ハバード (2002)表面・コロイド科学百科事典CRC プレス、ISBN 0-8247-0796-6
- ^ 「FeCO3 = Fe3O4 + CO2 + CO | 炭酸鉄(II)の熱分解」chemiday.com . 2022年10月14日閲覧。
- ^ abc グンター・バックスバウム、ゲルハルト・プファフ（2005）工業用無機顔料3D版 Wiley-VCH ISBN 3-527-30363-4
- ^ Shi C, Alderman OL, Tamalonis A, Weber R, You J, Benmore CJ (2020). 「溶融鉄酸化物の酸化還元構造依存性」. Communications Materials . 1 (1): 80. Bibcode :2020CoMat...1...80S. doi : 10.1038/s43246-020-00080-4 . S2CID 226248368.
- ^ Verwey EJ (1939). 「マグネタイト (Fe 3 O 4 ) の電子伝導と低温での遷移点」. Nature . 144 (3642): 327–328 (1939). Bibcode :1939Natur.144..327V. doi :10.1038/144327b0. S2CID 41925681.
- ^ Walz F (2002). 「フェルウェイ転移 - トピックレビュー」. Journal of Physics: Condensed Matter . 14 (12): R285–R340. doi :10.1088/0953-8984/14/12/203. S2CID 250773238.
- ^ Itai R (1971). 「マグネタイト陽極の電気抵抗」. Journal of the Electrochemical Society . 118 (10): 1709. Bibcode :1971JElS..118.1709I. doi :10.1149/1.2407817.
- ^ abc 「Feraheme- ferumoxytol injection」。DailyMed。2020年7月9日。 2020年9月14日閲覧。
- ^ ab "Rienso EPAR".欧州医薬品庁. 2018年9月17日. 2020年9月14日閲覧。
- ^ 「フェルモキシトール（フェラヘム）の妊娠中の使用」。Drugs.com。2020年5月15日。 2020年9月14日閲覧。
- ^ abc スンギュ・リー (2006) 化学処理百科事典 CRC Press ISBN 0-8247-5563-4
- ^ Babes L、Denizot B、 Tanguy G、Jallet P (1999年4 月)。「MRI 造影剤として使用される酸化鉄ナノ粒子の合成: パラメトリック研究」。Journal of Colloid and Interface Science。212 ( 2): 474–482。Bibcode :1999JCIS..212..474B。doi :10.1006/jcis.1998.6053。PMID 10092379 。
- ^ Schwenk MH (2010 年 1 月). 「フェルモキシトール: 慢性腎臓病患者の鉄欠乏性貧血の治療のための新しい静脈内鉄剤」. Pharmacotherapy . 30 (1): 70–79. doi :10.1592/phco.30.1.70. PMID 20030475. S2CID 7748714.
- ^ ab 「医薬品承認パッケージ：フェラヘム（フェルモキシトール）注射剤 NDA #022180」。米国食品医薬品局（FDA） 。 2020年9月14日閲覧。
Rieves D (2009 年 6 月 23 日)。「申請番号: 22-180」(PDF) (概要レビュー)。医薬品評価研究センター。 - ^ Hanzlik M, Heunemann C, Holtkamp-Rötzler E, Winklhofer M, Petersen N, Fleissner G (2000 年 12 月). 「帰巣鳩の上嘴組織における超常磁性磁鉄鉱」. Biometals . 13 (4): 325–31. doi :10.1023/A:1009214526685. PMID 11247039. S2CID 39216462.
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。
