(４)　三酸化鉄の結晶模型

　１. 四酸化三鉄と三酸化鉄、２. 三酸化鉄の結晶模型、３. 三酸化鉄の結晶模型の作り方　　　　　　　　目次へ戻る　　次のページへ

　酸化鉄には、黒さび（Fe3O4）の他に酸素の割合がFe3O4より少し多いFe2O3（三酸化鉄）もあります。Fe2O3は赤い色をしていますが、あか赤い色は珍しかったので昔から顔料として使われました。日本ではベンガラといって神社の鳥居などに使われました。この２種類の酸化鉄は、どちらも鉄と酸素の化合物であるのに、Fe3O4は黒い色で、Fe2O3は赤い色です。また、Fe3O4には強い磁性があり、わずかですが電気伝導性がありますが、Fe2O3はその百万分の１くらいしか電気を通しません。
　このようにFe3O4とFe2O3の性質が違うのは、鉄イオンの電荷が異なるからという説明で済ますことが多いのですが、Fe3O4の結晶構造を知ると、Fe2O3どのように違っているのか比較してみたくなります。東京でわかば科学クラブを主催している名倉弘さんからのようぼうもあって、Fe2O3の結晶模型も作りました。

２. 三酸化鉄の結晶模型

三酸化鉄（Fe2O3〕は、鉄イオン（Fe3+）２個と、酸素イオン（O2-）３個の割合で結合しています。 　酸 素イオンは、 図・４のように、少 し離れて３個が三角形を形づくって並んでいます。このよう に並ぶと、隣り合った３個づつの 酸素イオンの中心にくぼみができます。酸素イオン１個当たり２ 箇所のくぼみ（Ａ、Ｂ）ができますが、そのうち１カ所 に鉄イオンが入っています。 　 ただし、３個の酸素イオンに対して鉄イオンは２個しかないので、３ヶ所のくぼみのうち１ヶ所には鉄イオンがありません。 　鉄イオンは上下の並 びで見ても斜めの並びで見ても２ 個毎に空所があります。この鉄イオンの中心を結ぶと蜂の巣 のような六角形になり ます。 　この上に酸素イオンの層が 図のように重なります。３段目の 酸素イオンの層は、１段目の真上 にきます。４段目は２段目の真上 です。 　酸素イオンの層は２段で１まわりしますが、鉄イオンの層は３ 段で１まわりするようにずれて重な ります。したがって、酸素イオンと鉄イオンの並び方が、１段目と同じになるのは７段目です。 　Fe3+の周りには６個のO2-が、O2-のまわりには４個のFe3+が接しています。

図ー４

３. 三酸化鉄の結晶模型の作り方

　材　料：

　　　　鉄イオン(Fe³⁺)用・・・3.5cm球　18個
　　　　酸素イオン用 　 ・・・ 5.0cm球　24個　（Fe³⁺18個に対してO^2-は27個あるはずですが、ケースに入るのが24個です。）
　　プラ板（Ｂ-４版、厚さ０.５mm）　２枚
　　クリスタルボックス　　　　　　　１個
　　灰色と赤の水性塗料、木工ボンド
　　下図（三酸化鉄の結晶模型ー２億倍）

　作り方：
１．発泡スチロール球を、鉄イオンは灰色に塗る(球のまま使う）。酸素イオン用 は 赤に塗ってから半分に切る。
２．プラ板を、下図ｰ２に合わせて切る。(３枚)
３．下図ｰ２(１段目）にプラ板をのせて、セロテープなどで止めてから，半分に切った発泡スチロール球(酸素イオン)を、下図に合わせて接着する。よく乾いてから、裏にも発泡スチロール球を接着 する。同様に、２段目、３段目(１段目と同じ）を作る。
４．図に合わせて、鉄イオンを酸素イオンの上に接着する。（３段目は図ー４に合わせる。）端にくる鉄イオンはつまようじを間にいれて補強　する。
５．下図に合わせて、１段目の上に２段目を重ねる。３段目は、酸素イオンが１段 目と同じ位置になるように重ねる。