Oxyde de fer(III)

L'oxyde de fer(III), également appelé oxyde ferrique et sesquioxyde de fer, est le composé chimique de formule Fe₂O₃, où le fer a le nombre d'oxydation +III. C'est l'un des trois oxydes principaux du fer, les deux autres étant l'oxyde de fer(II) FeO, plutôt rare, et l'oxyde de fer(II,III) Fe₃O₄.

Oxyde de fer(III)
Apparence et structure de l'hématite, α-Fe2O3.
Identification
Synonymes	Trioxyde de difer, Oxyde ferrique, Oxyde de fer jaune, Oxyde de fer rouge C.I. 77491 C.I. Pigment Red 101 et 102
No CAS	1309-37-1
No ECHA	100.013.790
No CE	215-168-2
PubChem	518696
No E	E172(ii)[1]
Apparence	cristaux rougeâtres bruns à noirs ou poudre[2].
Propriétés chimiques
Formule	Fe2O3  [Isomères]
Masse molaire[3]	159,688 ± 0,005 g/mol Fe 69,94 %, O 30,06 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 565 °C (décomposition)[4]
Solubilité	dans l'eau : nulle[2]
Masse volumique	5 240 kg·m-3[4]
Thermochimie
ΔfH0solide	−824,2 kJ·mol-1 (25 °C)
Cp	103,9 J·K-1·mol-1 (cristal à 25 °C)[5]
Précautions
SGH[6]
État pulvérulent : Attention H315, H319, H335, P261, P305, P338 et P351 H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H335 : Peut irriter les voies respiratoires P261 : Éviter de respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P305 : En cas de contact avec les yeux : P338 : Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P351 : Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes.
SIMDUT[7]
Produit non contrôlé Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT. Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients Commentaires : La dénomination chimique et la concentration de cet ingrédient doivent être divulgués sur la fiche signalétique s'il est présent à une concentration égale ou supérieure à 1,0 % dans un produit contrôlé.
Classification du CIRC
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[8]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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L'oxyde de fer(III) est paramagnétique. Sous forme hydratée il constitue la rouille. Il est de couleur ocre à rouille sous forme pulvérulente — ce qui donne notamment sa couleur à la planète Mars — mais grise à noire sous forme cristallisée.

L'oxyde de fer(III) est présent dans la nature sous la forme de deux minéraux, l'hématite (polymorphe α) et la maghémite (polymorphe γ).

Les oxydes de fer sont à la base de nombreux pigments. L'oxyde de fer(III) est connu sous le nom de rouge anglais ; avec de l'alumine, il constitue le rouge de Mars.

Structure

Il existe cinq phases distinctes d'oxyde de fer(III) :

• α-Fe₂O₃ a la structure rhomboédrique du corindon α-Al₂O₃ et est la forme la plus courante d'oxyde de fer(III), celle de l'hématite, principal minerai de fer. Il est antiferromagnétique en dessous d'environ 260 K, et légèrement ferromagnétique entre cette température (sa transition de Morin) et environ 960 K, sa température de Néel^[9]. Il peut être facilement préparé par thermolyse et précipitation en phase liquide. Ses propriétés magnétiques dépendent de plusieurs facteurs, en premier lieu de la pression, de la taille des particules et de l'intensité du champ magnétique appliqué.

• β-Fe₂O₃ a une structure cubique à faces centrées. Il est métastable, et redonne la phase α au-dessus d'environ 500 °C. Il peut être produit par réduction de l'hématite au carbone, pyrolyse d'une solution de perchlorure de fer ou thermolyse de sulfate ferrique.

• γ-Fe₂O₃ a une structure cubique. Il est métastable, et redonne la phase α à haute température. Sa forme minérale naturelle est la maghémite. Ses particules dont le diamètre est inférieur à 10 nm sont superparamagnétiques. On peut le préparer par déshydratation d'un oxyhydroxyde de fer(III) γ-FeOOH ou par oxydation ménagée de l'oxyde de fer(II,III) FeO·Fe₂O₃). Les particules ultrafines peuvent être produites par thermolyse d'oxalate de fer(III).

• ε-Fe₂O₃ a une structure rhomboédrique. Les propriétés de cette phase sont intermédiaires entre celles des phases α et γ. Elle n'a jamais été préparée sous forme pure jusqu'à présent, et a toujours été obtenue mélangé à une phase α ou γ. On peut la préparer par oxydation du fer au four à arc électrique ou par précipitation sol-gel de nitrate de fer(III). Un matériau à taux élevé de phase ε peut cependant être obtenu par traitement thermique d'une phase γ. La phase ε est métastable, redonnant de la phase α au-dessus de 500 °C à 750 °C environ.

• Fe₂O₃ amorphe existe à haute pression.

Propriétés chimiques et applications

L'oxyde de fer(III) se dissout facilement dans les acides forts tels que l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique. Il se dissout également très bien dans les agents de chélation tels que l'EDTA et l'acide oxalique.

Il entre souvent dans la composition des thermites, dont la combustion est très exothermique :

2 Al + Fe₂O₃ → 2 Fe + Al₂O₃.

Cette réaction est utilisée pour souder de grandes pièces métalliques telles que des rails de voies ferrées en guidant le fer fondu entre les pièces à souder au moyen d'un entonnoir en céramique.

Le minerai d'oxyde de fer(III) est la principale source de fer pour l'industrie sidérurgique.

Pigments

Le sesquioxyde de fer est le pigment PR 101 du Colour Index, connu sous le nom de rouge anglais ; avec de l'alumine, il constitue le rouge de Mars. Leur teinte rouge varie selon le traitement de la matière par calcination^[10]. Il s'agit de noms commerciaux, dont la teinte varie selon les fabricants ; en couleurs pour artistes : 063 Rouge anglais^[11], 339 Rouge anglais^[12], 627 Rouge anglais^[13], 181, 58, 60 Rouge anglais^[14] ; en décoration d'intérieur : 150-32 Rouge anglais^[15]. Cette dernière teinte rappelle plutôt le rouge des uniformes de Horse guards et en général des tuniques rouges, autrefois obtenu à partir de la garance ou de cochenille, que le brun rougeâtre de la couleur pour artistes obtenue avec l'oxyde de fer.

Voir aussi

Articles connexes

• Oxyde de fer(II)

Références

1. (en) [PDF] JECFA, FAO, « IRON OXIDES »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}, Jecfa Monograghs, sur fao.org, 2008.
2. TRIOXYDE DE DIFER, Fiches internationales de sécurité chimique
3. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
4. Entrée « Iron(III) oxide » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 13 avril 2009 (JavaScript nécessaire)
5. (en) Jennifer Spero, Bella Devito et Louis Theodore, Regulatory chemicals handbook, CRC Press, 2000, 1036 p. (ISBN 0-8247-0390-1, lire en ligne), p. 681
7. « Oxyde ferrique » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
8. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}, sur monographs.iarc.fr, CIRC, 16 janvier 2009 (consulté le 22 août 2009).
9. (en) J.E Greedon, « Magnetic oxides in Encyclopedia of Inorganic chemistry » Ed. R. Bruce King, John Wiley & Sons, 1994. (ISBN 0471936200).
10. Blockx 1881, p. 49 ; www.artiscreation.com.
11. Sans indication de pigment, « Nuancier Prismalo », sur carandache.com crayons aquarellables.
12. PR 101, « Aquarelle Rembrandt », sur rembrandt.royaltalens.com (consulté le 5 décembre 2014).
13. PR 101, « Nuancier huile Sennelier », sur magasinsennelier.com.
14. « light red », PR 101, « Couleur à l'huile extra-fine », sur winsornewton.com (consulté le 5 décembre 2014).
15. Composition non communiquée. « Nuancier Auro », sur altavic-bio.com (consulté le 5 décembre 2014).

Bibliographie

• Jacques Blockx, Compendium à l'usage des artistes peintres : Peinture à l'huile — Matériaux — Définition des couleurs fixes et conseils pratiques suivis d'une notice sur l'ambre dissous, Gand, L'auteur, 1881 (lire en ligne), p. 49.

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