산화 철(II)

1. 개요

산화 철(II)는 화학식 FeO를 갖는 철과 산소의 화합물이다. 수산화 철(II) 또는 옥살산 철(II)을 진공 하에서 가열하거나, 금속 철을 고온 고압에서 가열하여 제조할 수 있다. 575℃ 이하에서 불균등화 반응을 통해 금속 철과 사산화 삼철로 변하며, 암염 구조를 갖는다. 자연에서는 맨틀의 구성 성분 중 하나이며, 안료, 화장품, 문신 잉크, 어항 여과재 등으로 사용된다.

2. 제조

수산화 철(II)를 진공에서 가열하거나, 옥살산 철(II)를 불활성 분위기에서 열분해하여 산화 철(II)를 제조할 수 있다. 또한, 화학량론적 FeO는 Fe_0.95O를 금속 철과 함께 770°C 및 36kbar에서 가열하여 제조할 수 있다.

2.1. 수산화 철(II) 이용

수산철(II)를 진공 중에서 가열하면 산화 철(II) (FeO)를 얻을 수 있다.

:FeC2O4\ -> FeO\ + CO\ + CO2

이때 생성되는 흑색 분말은 가열에 의해 쉽게 반응하므로, 가열된 시료는 급랭하여 불균등화 반응을 방지해야 한다.

2.2. 옥살산 철(II) 이용

FeO는 옥살산 철(II)의 열분해로 제조할 수 있다.
:FeC₂O₄ → FeO + CO₂ + CO
이 과정은 산화 철(III)(Fe₂O₃)의 생성을 피하기 위해 불활성 분위기에서 수행된다. 유사한 절차는 산화 망가니즈와 산화 주석의 합성에 사용할 수도 있다.

화학량론적 FeO는 Fe_0.95O를 금속 철과 함께 770°C 및 36kbar에서 가열하여 제조할 수 있다.

3. 반응

FeO는 열역학적으로 575 °C 이하에서 불안정하며, 불균등화 반응으로 금속 철과 산화 철(II,III)(Fe₃O₄)을 생성한다.

: 4FeO → Fe + Fe₃O₄

4. 구조

산화 철(II)는 암염과 같은 등축정계 구조를 가지며, 철 원자는 산소 원자에 의해 팔면체 배위되고 산소 원자는 철 원자에 의해 팔면체 배위된다. Fe²⁺는 Fe³⁺로 쉽게 산화되는 경향이 있어 비화학량론적 화합물이 되기 쉽다. 일부 Fe²⁺ 이온이 3:2의 비율로 Fe³⁺ 이온으로 치환되며, 이 Fe³⁺ 이온은 조밀하게 쌓인 산화물 격자에서 사면체 위치를 차지한다.

용융 상태에서 철 원자는 주로 4개 또는 5개의 산소 원자에 의해 배위된다.

200K 이하에서는 구조에 약간의 변화가 생겨 대칭성이 능면체로 바뀌고 샘플은 반강자성이 된다.

5. 자연에서의 존재

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산화 철(II)은 지구 맨틀의 약 9%를 구성한다. 맨틀 내에서 전기 전도성을 가질 수 있으며, 이는 지구 자전 섭동의 원인 중 하나로 추정된다.

6. 용도

산화 철(II)은 주로 안료로 사용된다. 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받아 화장품 및 문신 잉크에도 사용된다. 어항에서 인산염을 제거하는 여과재로 사용될 수 있다.