Iron(II,III) oxide
آئرن (II، III) آکسائڈ، یا بلیک آئرن آکسائڈ، فارمولا Fe3O4 والا کیمیائی مرکب ہے۔ یہ فطرت میں معدنی میگنیٹائٹ کے طور پر پایا جاتا ہے۔ یہ متعدد آئرن آکسائڈز میں سے ایک ہے، دیگر آئرن (II) آکسائڈ (فی او) ہیں، جو نایاب ہیں، اور آئرن (III) آکسائڈ (فی 2 او 3) جو قدرتی طور پر معدنی ہیماٹائٹ کے طور پر بھی پایا جاتا ہے۔ یہ فی 2 + اور فی 3 + آئنوں دونوں پر مشتمل ہوتا ہے اور بعض اوقات اسے فی او-فی 2 او 3 کے طور پر وضع کیا جاتا ہے۔ یہ آئرن آکسائیڈ لیبارٹری میں سیاہ پاؤڈر کے طور پر پایا جاتا ہے۔ یہ مستقل مقناطیسیت کا مظاہرہ کرتا ہے اور فیرمیگنیٹک ہے، لیکن بعض اوقات غلط طور پر فیرومیگنیٹک کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ اس کا سب سے زیادہ وسیع استعمال سیاہ روغن کے طور پر ہے (دیکھیں: مارس بلیک)۔ اس مقصد کے لیے، اسے قدرتی طور پر پائے جانے والے معدنیات سے نکالنے کے بجائے ترکیب کیا جاتا ہے کیونکہ ذرات کا سائز اور شکل پیداوار کے طریقہ کار کے لحاظ سے مختلف ہو سکتی ہے۔ تیاری گرم لوہے کی دھات بھاپ کے ساتھ تعامل کر کے آئرن آکسائڈ اور ہائیڈروجن گیس بناتی ہے۔ 3Fe + 4H2O-> Fe3O4 + 4H2 اینیروبک حالات میں، فیرس ہائیڈروکسائڈ (Fe (OH) 2) کو پانی کے ذریعے آکسائڈائز کرکے میگنیٹائٹ اور مالیکیولر ہائیڈروجن بنایا جا سکتا ہے۔ اس عمل کو سکور رد عمل کے ذریعے بیان کیا جاتا ہے: \underset {ferrus\hydroxide} {3Fe (OH) 2}-> \underset {मैग्نیٹائٹ} {Fe3O4} + \underset {ہائیڈروجن} {H2} + \underset {واٹر} {2H2O} یہ کام کرتا ہے کیونکہ کرسٹل لائن میگنیٹائٹ (Fe3O4) تھرموڈینامک طور پر بے ساختہ فیرس ہائیڈروکسائڈ (Fe (OH) 2) سے زیادہ مستحکم ہے۔ میگنیٹائٹ کو فیرو فلوئڈ کے طور پر تیار کرنے کا ماسارٹ طریقہ، لیبارٹری میں آسان ہے: سوڈیم ہائڈروکسائڈ کی موجودگی میں آئرن (II) کلورائڈ اور آئرن (III) کلورائڈ کو ملا دیں۔ سوڈیم کے پریشان کن باقیات کے بغیر میگنیٹائٹ تیار کرنے کا ایک زیادہ موثر طریقہ، آئرن کلورائڈز سے کیمیائی مشترکہ بارش کو فروغ دینے کے لیے امونیا کا استعمال کرنا ہے: پہلے تقریبا 2000 آر پی ایم پر زور دار ہلچل کے ساتھ 0.1 ایم ایف ای سی ایل 3·6 ایچ 2 او اور ایف ای سی ایل2·4 ایچ 2 او کے حل کو ملا دیں۔ فی سی ایل 3: فی سی ایل 2 کا مولر تناسب تقریبا 2:1 ہونا چاہیے۔ مکس کو 70 ڈگری سیلسیس تک گرم کریں، پھر ہلچل کی رفتار کو تقریبا 7500 آر پی ایم تک بڑھائیں اور جلدی سے این ایچ 4 او ایچ (10 حجم ٪) کا حل شامل کریں۔ میگنیٹائٹ کے نینو پارٹیکلز کا ایک سیاہ دھارا فوری طور پر بن جاتا ہے۔ دونوں طریقوں میں، بارش کا رد عمل پی ایچ 10 یا اس سے زیادہ پر اسپائنل آئرن آکسائڈ ڈھانچے میں تیزابیت والے آئرن آئنوں کی تیزی سے تبدیلی پر منحصر ہے۔ میگنیٹائٹ نینو پارٹیکلز کی تشکیل کو کنٹرول کرنا چیلنجز پیش کرتا ہے: میگنیٹائٹ اسپائنل ڈھانچے کی تخلیق کے لیے ضروری رد عمل اور مرحلے کی تبدیلیاں پیچیدہ ہیں۔ یہ موضوع عملی اہمیت کا حامل ہے کیونکہ میگنیٹائٹ کے ذرات بائیو سائنس ایپلی کیشنز جیسے مقناطیسی گونج امیجنگ (ایم آر آئی) میں دلچسپی رکھتے ہیں، جس میں آئرن آکسائڈ میگنیٹائٹ نینو پارٹیکلز ممکنہ طور پر اس وقت استعمال ہونے والے گیڈولینیم پر مبنی برعکس ایجنٹوں کا غیر زہریلا متبادل پیش کرتے ہیں۔ تاہم، ذرات کی تشکیل کو کنٹرول کرنے میں مشکلات، اب بھی سپر پیرا میگنیٹک میگنیٹائٹ ذرات کی تیاری کو مایوس کرتی ہیں، یعنی: 0 اے/ایم کی جبر کے ساتھ میگنیٹائٹ نینو پارٹیکلز، جس کا مطلب ہے کہ وہ بیرونی مقناطیسی میدان کی عدم موجودگی میں اپنی مستقل مقناطیسیت کو مکمل طور پر کھو دیتے ہیں۔ نینوسائزڈ میگنیٹائٹ ذرات کے لیے فی الحال رپورٹ کی گئی سب سے چھوٹی اقدار ایچ سی = 8.5 اے ایم-1 ہیں، جبکہ مصنوعی میگنیٹائٹ کے لیے سب سے بڑی رپورٹ شدہ مقناطیسی قیمت 87 ایم 2 کلوگرام-1 ہے۔ روغن کے معیار Fe3O4، جسے مصنوعی میگنیٹائٹ کہا جاتا ہے، ان عملوں کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا جا سکتا ہے جو صنعتی فضلہ، لوہے کو کھرچنے یا لوہے کے نمکیات پر مشتمل حل (جیسے۔ وہ جو صنعتی عمل میں ضمنی مصنوعات کے طور پر تیار ہوتے ہیں جیسے کہ اسٹیل کا ایسڈ ویٹ ٹریٹمنٹ (اچار): لوکس عمل میں فی دھات کی آکسیکرن جہاں نائٹروبینزین کو لوہے کی دھات کے ساتھ فی سی ایل 2 کا استعمال کرتے ہوئے انیلین پیدا کرنے کے لیے ایک اتپریرک کے طور پر ٹریٹ کیا جاتا ہے: سی 6 ایچ 5 این او 2 + 3 فی + 2 ایچ 2 او → سی 6 ایچ 5 این ایچ 2 + فی 3 او 4 فی آئی آئی مرکبات کی آکسیکرن، مثال کے طور پر۔ آئرن (II) نمکیات کی بارش ہائیڈرو آکسائڈ کے طور پر ہوتی ہے جس کے بعد ہوا بازی کے ذریعے آکسیکرن ہوتا ہے جہاں پی ایچ کا محتاط کنٹرول پیدا شدہ آکسائڈ کا تعین کرتا ہے۔ ہائیڈروجن کے ساتھ FE2O3 کی کمی: 3Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 + H2O CO کے ساتھ FE2O3 کی کمی: 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 نینو ذرات کی پیداوار کیمیائی طور پر مثال کے طور پر FEII اور FEIII نمکیات کے مرکب کو لے کر اور ان کو الکالی کے ساتھ ملا کر کولائڈیل FE3O4 کو تیز کرنے کے لیے انجام دی جا سکتی ہے۔ رد عمل کے حالات عمل کے لیے اہم ہوتے ہیں اور ذرہ کے سائز کا تعین کرتے ہیں۔ آئرن (II) کاربونیٹ کو تھرمل طور پر آئرن (II، III) میں بھی تحلیل کیا جا سکتا ہے: رد عمل ایک بلاسٹ بھٹی میں CO کے ذریعے میگنیٹائٹ ایسک کو کم کرنے کا استعمال اسٹیل کی پیداوار کے عمل کے حصے کے طور پر آئرن تیار کرنے کے لیے کیا جاتا ہے: {Fe3O4} + 4Co-> {3Fe} + 4Co2 Fe3O4 کی کنٹرول شدہ آکسیکرن کو بھوری رنگ کے روغن کے معیار γ-Fe2O3 (میگیمائٹ) پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے: زیادہ زور دار کیلسننگ (ہوا میں بھوننا) سرخ روغن کا معیار α-Fe2O3 (ہیماٹائٹ) دیتا ہے: ساخت Fe3O4 میں کیوبک الٹا اسپنل گروپ ڈھانچہ ہوتا ہے جو آکسائڈ آئنوں کی کیوبک قریبی پیکڈ صف پر مشتمل ہوتا ہے۔ فی او اور γ-فی 2 او 3 دونوں میں آکسائڈ آئنوں کی ایک جیسی کیوبک قریبی پیکڈ صف ہوتی ہے اور یہ آکسیکرن اور کمی پر تینوں مرکبات کے درمیان تیار تبادلے کا سبب بنتی ہے کیونکہ ان رد عمل سے مجموعی ساخت میں نسبتا چھوٹی تبدیلی آتی ہے۔ فی 3 او 4 نمونے غیر اسٹائکومیٹرک ہو سکتے ہیں۔ فی 3 او 4 کی فیرمیگنیٹزم اس لیے پیدا ہوتی ہے کیونکہ آکٹاڈرل سائٹس میں فی II اور فی III آئنوں کے الیکٹران اسپن جوڑے ہوتے ہیں اور ٹیٹرا ہیڈرل سائٹس میں فی III آئنوں کے اسپن جوڑے ہوتے ہیں لیکن سابقہ کے مخالف متوازی ہوتے ہیں۔ خالص اثر یہ ہے کہ دونوں سیٹوں کی مقناطیسی شراکت متوازن نہیں ہے اور ایک مستقل مقناطیسیت ہے۔ پگھلی ہوئی حالت میں، تجرباتی طور پر محدود ماڈل سے پتہ چلتا ہے کہ لوہے کے آئن اوسطا 5 آکسیجن آئنوں کے ساتھ مربوط ہوتے ہیں۔ مائع حالت میں ہم آہنگی کے مقامات کی تقسیم ہوتی ہے، جس میں ایف ای آئی آئی اور ایف ای آئی آئی آئی دونوں کی اکثریت آکسیجن کے لیے 5-ہم آہنگ ہوتی ہے اور 4-اور 6-گنا مربوط لوہے کی اقلیتی آبادی ہوتی ہے۔ خصوصیات Fe3O4 کی کیوری درجہ حرارت کے ساتھ فیرمیگنیٹک ہے۔ ایک فیز ٹرانزیشن ہے، جسے وروی ٹرانزیشن کہا جاتا ہے جہاں ساخت، چالکتا اور مقناطیسی خصوصیات میں تعطل ہوتا ہے۔ اس اثر کی بڑے پیمانے پر تفتیش کی گئی ہے اور اگرچہ مختلف وضاحتیں تجویز کی گئی ہیں، لیکن ایسا لگتا ہے کہ اسے پوری طرح سے سمجھا نہیں گیا ہے۔ اگرچہ اس میں لوہے کی دھات (96.1 این او ایم) کے مقابلے میں بہت زیادہ برقی مزاحمت ہے، لیکن فی 3 او 4 کی برقی مزاحمت (0.3 ایم او ایم) فی 2 او 3 (تقریبا کے او ایم) کے مقابلے میں نمایاں طور پر کم ہے۔ یہ فی 3 او 4 میں فی II اور فی III مراکز کے درمیان الیکٹران کے تبادلے سے منسوب ہے۔ استعمال فی 3 او 4 کو سیاہ روغن کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے اور اسے سی۔ آئی روغن بلیک 11 (سی۔ آئی۔ No.77499) یا مارس بلیک۔ فی 3 او 4 کو ہیبر کے عمل میں اور پانی گیس کی تبدیلی کے رد عمل میں ایک اتپریرک کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ مؤخر الذکر کرومیم آکسائڈ کے ذریعہ مستحکم آئرن آکسائڈ کا ایچ ٹی ایس (ہائی ٹمپریچر شفٹ کیٹالسٹ) استعمال کرتا ہے۔ اس آئرن کروم اتپریرک کو ری ایکٹر اسٹارٹ اپ پر کم کیا جاتا ہے تاکہ α-Fe2O3 اور CR2O3 سے CRO3 تک Fe3O4 پیدا کیا جا سکے۔ بلوئنگ ایک غیر فعال عمل ہے جو اسٹیل کی سطح پر فے 3 او 4 کی ایک پرت پیدا کرتا ہے تاکہ اسے زنگ سے بچایا جا سکے۔ سلفر اور ایلومینیم کے ساتھ، یہ اسٹیل کاٹنے والے تھرمائٹ کا ایک جزو ہے۔ طبی استعمال میں استعمال ہونے والے فی 3 او 4 کے نینو ذرات کو ایم آر آئی اسکیننگ میں برعکس ایجنٹوں کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ فیروموکسیٹول، جسے برانڈ نام فیراہیم اور ریئنسو کے تحت فروخت کیا جاتا ہے، گردے کی دائمی بیماری کے نتیجے میں ہونے والی خون کی کمی کے علاج کے لیے ایک اندرونی فی 3 او 4 تیاری ہے۔ فیروموکسیٹول اے ایم اے جی فارماسیوٹیکلز کے ذریعے تیار اور عالمی سطح پر تقسیم کیا جاتا ہے۔ حیاتیاتی واقعہ میگنیٹائٹ میگنیٹوٹیکٹک بیکٹیریا (42-45 nm) اور ہومنگ کبوتروں کے چونچ کے ٹشو میں نینو کرسٹل کے طور پر پایا گیا ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط آئرن (II، III) مرکبات سیمی کنڈکٹر مواد آئرن آکسائڈ روغن غیر اسٹیوچیومیٹرک مرکبات محرک X