酸化鉄

酸化鉄：その種類、性質、そして多様な用途

[酸化]]鉄は、鉄が酸素と結合してできる化合物の総称です。酸化数によって、酸化鉄] (FeO) や[酸化鉄] (Fe2O3) など、組成の異なる複数の種類が存在します。これらの[[酸化鉄は、水酸化鉄とともに、私たちがよく目にする錆の主要な成分となっています。

自然界における酸化鉄

自然界では、酸化鉄は様々な鉱物として存在しています。代表的なものとして、赤[[鉄鉱]]（ヘマタイト）、褐[[鉄鉱]]（リモナイト）、磁[[鉄鉱]]（マグネタイト）、ウスタイト、磁赤[[鉄鉱]]（マグヘマイト）などが挙げられます。これらの鉱物は、それぞれ異なる色や結晶構造を持ち、地球の地質や環境を反映しています。

酸化鉄の種類

金属鉄が酸素と反応すると、酸化鉄、水酸化鉄、そしてオキシ水酸化鉄が生じます。これらすべてを含めると、実に16種類もの鉄の酸化物が知られています。通常の状態では、これらの化合物が不定比の混合物として存在し、その組成は周囲の条件や経時変化によって変化します。特に準安定状態にあるものは、加熱などの影響を受けやすく、組成が変化しやすい性質を持っています。

オキシ水酸化物

オキシ水酸化鉄は、水酸化物と酸化物の性質を併せ持つ化合物です。α-FeOOH（針鉄鉱）、β-FeOOH（赤金鉱）、γ-FeOOH（鱗鉄鉱）、δ-FeOOH（フェロオキシハイト）、Fe5HO8・4H2O（フェリヒドライト）、シュベルトマンナイトなど、様々な種類があります。これらのオキシ水酸化鉄は、錆の形成において重要な役割を果たしています。緑錆と呼ばれるFeIIIxFeIIy(OH)3x+2y-z(A-)zなどもオキシ水酸化物の一種です。

水酸化物

水[酸化]]鉄] (Fe(OH)2) と水[酸化鉄] (Fe(OH)3) が知られています。水[酸化[[鉄]は、パーナライトやベルナライトとも呼ばれます。

鉄錆の生成

[鉄]]が錆びる過程は、複雑な化学反応によって生じます。酸性水溶液中では、鉄は酸化されてFe2+イオンが溶け出し、これが酸素によって酸化されることで、様々な種類の鉄の酸化物が生成されます。この生成される酸化物の種類や組成は、溶液のpHなどによって大きく変化します。水溶液中では、緑色のFe(OH)2から、褐色のα-、β-、γ-、δ-オキシ水酸化鉄、そして酸化鉄]まで、様々な組成の[酸化物が生成されます。鉄表面の不動態皮膜も、これらのオキシ水酸化鉄や酸化[[鉄]によって構成されています。

酸化鉄の用途

酸化鉄は、その多彩な性質から、様々な分野で活用されています。

陶磁器

いくつかの酸化鉄は、陶器やセラミックの原料として広く利用されています。釉薬（鉄釉）にも使用され、高温で焼成することで美しい発色を実現します。特に、焼成時の酸素の量によって発色が大きく変わる点が特徴です。

顔料

[酸化]]鉄は、古くから顔料としても利用されてきました。日本では「弁柄（ベンガラ）」と呼ばれ、黄土（オーカー）などの天然顔料として知られています。ラスコー洞窟壁画など、古代からの芸術作品にも使用されてきた歴史があります。酸化鉄]を主成分とする[[顔料が多く用いられています。

化粧品

[鉄]]顔料は、化粧品にも広く用いられています。非毒性で耐湿性に優れ、退色しにくいという特徴があります。化粧品に使用される酸化鉄は、原料となる酸化鉄]、[酸化鉄]の原末を含まないように、合成的に製造されます。天然由来の不純物を含むことも多いです。[酸化鉄]系は黒色、[酸化鉄]系は赤色や[[錆色を示すことが多いです。

食品添加物

ヨーロッパでは[E番号]]E172として、着色料として利用されています。日本でも、酸化[[鉄]が赤こんにゃくやバナナの果柄の色付けに使用されています。

塗装

マグネタイトは、鉄製工具の黒染め処理に利用されます。これは、金属の腐食を防ぎ、美しい外観を与える処理です。ヘマタイトの一種であるMIO (micaceous iron oxide) は、防錆塗料として橋やエッフェル塔などにも使用されています。

医療

酸化鉄は、核磁気共鳴画像法（MRI）のコントラスト造影剤として利用されています。マグネタイトやマグヘマタイトが使用され、プロトンの緩和時間を短縮させることで、より鮮明な画像を得ることが可能になります。

記録メディア

磁性体として、磁気テープや磁気ディスクなどの記録メディアにも利用されています。コンパクトカセットテープのTYPE1ノーマルポジションテープなど、広く普及しています。

酸化鉄の性質

[酸化]]鉄]、[酸化鉄]、[酸化鉄]それぞれの性質については、それぞれの項で詳述されています。それぞれの[[酸化鉄は異なる特性を持ち、用途によって使い分けられています。

鉄は地殻中に豊富に存在する元素であり、酸化鉄を含む鉱石から鉄を得ることは、比較的容易です。酸化鉄は、自然界と私たちの生活の両方に深く関わっている重要な物質と言えるでしょう。

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