Домашний эксперемент, страница 275 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

В состав спичечных головок входит гематит $Fe_2O_3$, который при нагревании приобретает способность намагничиваться. Проверьте это экспериментально. Поднесите незажженную спичку к магниту — притягивается ли к нему головка спички? Зажгите спичку, потушите ее и поднесите огарок головки к магниту. Что вы наблюдаете? Какие еще соединения железа обладают магнитными свойствами? Где они могут применяться?

Проверка экспериментально

Если поднести незажженную спичку к магниту, ее головка не будет притягиваться. Это связано с тем, что гематит ($Fe_2O_3$), входящий в состав головки, является слабым магнетиком (антиферромагнетиком) и при обычных условиях не проявляет заметных магнитных свойств.

После того как спичку зажгли и потушили, огарок головки начинает притягиваться к магниту. При горении спички происходит химическая реакция, в ходе которой оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) при высокой температуре восстанавливается до оксида железа(II, III) — магнетита ($Fe_3O_4$) или даже до чистого железа ($Fe$). Например, за счет угарного газа, образующегося при горении:
$3Fe_2O_3 + CO \xrightarrow{t} 2Fe_3O_4 + CO_2$
И магнетит, и чистое железо являются ферромагнетиками и сильно притягиваются магнитом.

Ответ: Незажженная головка спички не притягивается к магниту, а огарок сгоревшей головки притягивается.

Какие еще соединения железа обладают магнитными свойствами?

Кроме продуктов восстановления гематита в сгоревшей спичечной головке, выраженными магнитными свойствами (ферромагнетизмом и ферримагнетизмом) обладают и другие соединения железа:

• Магнетит (магнитный железняк), $Fe_3O_4$. Это природный магнит, известный с древности.
• Маггемит, $\gamma-Fe_2O_3$. Это ферримагнитная модификация оксида железа(III), в отличие от антиферромагнитного гематита ($\alpha-Fe_2O_3$).
• Ферриты. Это класс соединений общей формулы $MFe_2O_4$, где $\text{M}$ — двухвалентный металл (например, $Ni, Co, Mn, Cu, Zn$). Примерами могут служить феррит никеля ($NiFe_2O_4$) или феррит марганца ($MnFe_2O_4$).
• Пирротин, $Fe_{1-x}S$ (где x от 0 до 0.2). Это сульфид железа, который также является ферримагнетиком.

Стоит также упомянуть чистое железо ($Fe$), которое является эталонным ферромагнетиком.

Ответ: Магнетит ($Fe_3O_4$), маггемит ($\gamma-Fe_2O_3$), различные ферриты ($MFe_2O_4$), пирротин ($Fe_{1-x}S$).

Где они могут применяться?

Магнитные соединения железа находят широкое применение в науке и технике:

• Хранение информации: Порошки магнетита и маггемита исторически использовались и используются для нанесения на магнитные ленты, дискеты и жесткие диски для записи данных.
• Электротехника и электроника: Ферриты используются для изготовления сердечников трансформаторов и катушек индуктивности, работающих на высоких частотах, а также в качестве постоянных магнитов (например, в динамиках, электродвигателях).
• Промышленность: Магнетит применяется в качестве утяжелителя в буровых растворах, как катализатор в химических процессах (например, синтез аммиака), а также как компонент тяжелых сред для обогащения полезных ископаемых.
• Медицина: Наночастицы оксидов железа используются в качестве контрастных веществ при магнитно-резонансной томографии (МРТ), для адресной доставки лекарств к пораженным органам и для гипертермии (локального нагрева) раковых опухолей.
• Производство пигментов: Оксиды железа являются стойкими и недорогими пигментами (например, железный сурик, черная железная окись).

Ответ: В устройствах хранения информации (жесткие диски, ленты), в электронике (сердечники трансформаторов, постоянные магниты), в промышленности (катализаторы, утяжелители), в медицине (МРТ-контрасты, доставка лекарств) и в качестве пигментов.