標籤:金屬氧化物色料

氧化鐵,別名燒褐鐵礦、燒赭上、鐵丹、鐵粉、紅粉、威尼斯紅(主要成分為氧化鐵)、三氧化二鐵等。化學式Fe2O3,溶於鹽酸,為紅棕色粉末。其紅棕色粉末為一種低級顏料,工業上稱氧化鐵紅,用於油漆、油墨、橡膠等工業中,可做催化劑,玻璃、寶石、金屬的拋光劑,可用作煉鐵原料。

1基本信息

中文名稱:三氧化二鐵
中文別名:C.I.顏料紅101;透明鐵線;透明氧化鐵紅;氧化鐵;高導磁率氧化鐵;三氧化二鐵(藥用);鐵氧體用氧化鐵;氧化鐵水合物;氧化鐵,棕紅色;α-相氧化鐵;鐵紅粉;鐵丹;氧化鐵紅
英文名稱:Iron(III) oxide
英文別名:C.I. 77491; C.I. Pigment Red 101; C.I. Pigment Red 101 and 102; C.I. Pigment Red 102; Ferric oxide; Iron (III) Oxide Anhydrous; diiron trioxide; E 172; Iron (III) oxide - calcined; Ironoxide anhydrous; Ironoxideredbrownpowder; Iron oxide - precipitated; Ferric oxide,medicinal; Ferric oxide for ferrite; Iron (III) oxide, red; Hematite; IRON OXIDE RED; C.I.P. R.101; Iron (III) oxide; diferric oxygen(-2) anion; oxo-(oxoferriooxy)iron; Iron Oxide
CAS號:1309-37-1;1317-60-8;1332-37-2
EINECS號:215-168-2;215-275-4;215-570-8
分子式:Fe2O3
分子量:159.6882
三氧化二鐵是鐵鏽的主要成分。鐵鏽的主要成因是鐵金屬在雜質碳的存在下,與環境中的水分和氧氣反應,鐵金屬便會生鏽。用於油漆、油墨、橡膠等工業中,可做催化劑,玻璃、寶石、金屬的拋光劑,可用作煉鐵原料。氧化鐵最大的應用是作為顏料來使用。按顏色分為氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵黑,氧化鐵棕由氧化鐵紅、氧化鐵黑(和氧化鐵黃)混合而成;氧化鐵橙是由氧化鐵紅和氧化鐵黃混合而成;氧化鐵綠是由藍色的酞菁蘭和氧化鐵黃混合而成。
穩定性:穩定,溶於鹽酸、稀硫酸生成+3價鐵鹽。鐵單質在置換反應中生成亞鐵離子。
儲運條件:存放於乾燥處,勿使受潮,避免高溫,並與酸鹼物隔離。按上述保管條件,未拆包裝的產品有效貯存期為三年。
溶解性:難溶於水,不與水反應。溶於酸,與酸反應。不與NaOH反應。
氧化性:高溫下被CO、H₂、Al、C、Si等還原。
Fe₂O₃+2Al=高溫=2Fe+Al₂O₃
Fe₂O₃+3CO=高溫=2Fe+3CO₂
2Fe₂O₃+3C=高溫=4Fe+3CO₂↑
2Fe₂O₃+3Si=高溫=4Fe+3SiO₂

2化學性質

氧化鐵與酸反應生成鐵鹽和水;
鋁熱反應
鋁與氧化鐵混合后組成鋁熱劑,加熱後生成氧化鋁和鐵;
碳還原性
氧化鐵可以與碳混合后加熱,鐵和二氧化碳提取出來。
化學式:3C+2Fe2O3=高溫=3CO2+4Fe
高溫下會分解成四氧化三鐵和氧氣

3物理性質

性狀:紅棕色粉末
密度:5.24 g/cm3
熔點:1565℃(分解)
來源於維基百科

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存在形式:礦物:赤鐵礦、赭石
α型晶胞結構:
磁性:在自然狀態下,氧化鐵屬於α型晶胞結構,並不具有磁性。但如果用四氧化三鐵經過特殊處理後會形成γ型晶胞結構,具有磁性,但並不穩定,易變為α型。

4製法

製備方法有濕法和干法。濕法製品結晶細小、顆粒柔軟、較易研磨,易於作顏料。干法製品結晶大、顆粒堅硬,適宜作磁性材料、拋光研磨材料。
濕法
FeSO4+2NaOH→Fe(OH)₂+Na₂SO4 4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)3↓ 4FeSO4+4H₂O+O₂→2Fe₂O₃↓+4H₂SO4 Fe+H₂SO4→FeSO4+H₂↑ 將一定量的5%硫酸亞鐵溶液迅速與過量氫氧化鈉溶液反應(要求鹼過量 0.04~0.08g/ml),在常溫下通入空氣,使之全部變為紅棕色的氫氧化鐵膠體溶液,作為沉積氧化鐵的晶核。以上述晶核為載體,以硫酸亞鐵為介質,通入空氣,在75~85℃,在金屬鐵存在下,硫酸亞鐵與空氣中氧氣作用生成三氧化二鐵(即鐵紅)沉積在晶核上,溶液中的硫酸根又與金屬鐵作用重新生成硫酸亞鐵,硫酸亞鐵再被空氣氧化成鐵紅繼續沉積,這樣循環至整個過程結束,生成紅色氧化鐵。
在空氣中灼燒亞鐵化合物或氫氧化鐵等可得三氧化二鐵。
4Fe₃O4+O2=6Fe₂O₃(條件是高溫)
在潮濕的空氣中,鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜,這層水膜里含有少量的H+和OH-,還溶解了氧氣,結果在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液,它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳(因鋼鐵不純)恰好形成無數微小的原電池。在這些原電池裡,鐵是負極,碳是正極。鐵失去電子而被氧化:
負極:2Fe-4e-=2Fe2+
正極:2H2O+O2+4e-=4OH-
電化學腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因。
在此之後繼續反應:
Fe₂+2OH-=Fe(OH)₂
4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃
2Fe(OH)₃+nH₂O=Fe₂O₃·nH₂O+3H₂O
在初中的化學里,可用鹽酸(HCl)來除鐵鏽。
方程式為:Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O

干法

硝酸與鐵屑反應生成硝酸亞鐵,經冷卻結晶、脫水乾燥,經研磨后在600~700℃煅燒8~10h,在經水洗、乾燥、粉碎製得氧化鐵紅產品。也可以氧化鐵黃為原料,經600~700℃煅燒製得氧化鐵紅。4Fe(NO₃)→2Fe₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑ Fe₂O₃·nH₂O→Fe₂O₃+nH₂O;先製得透明氧化鐵黃(製法參見透明氧化鐵黃),經煅燒脫水,製得透明氧化鐵紅。其2α-FeOOH[△]→2α-FeSO₃+H₂O。
採用中和沉澱法。先製得氧化鐵黑,再高溫灼燒製得透明氧化鐵線。將0.5mol/L濃度的FeCl3·6H2O溶液加熱沸騰水解至紅棕色膠粒出現為止(溶液1)。取與溶液1等體積的0.25mol/L的FeCl2溶液(由金屬鐵與鹽酸作用製得),用稀氨水調至白色沉澱不再消失為止(溶液2)。將溶液1和溶液2合併,攪拌,並加入適量的羥基羧酸絡合劑和緩衝劑,維持恆溫80℃。隨反應的進行,不斷有黑色Fe3O4生成。反應結束,將Fe3O4結晶轉移至pH8、含有為Fe3O4質量比為10%~20%的油酸鈉溶液中進行表面處理,攪拌懸濁液,恆溫80℃,0.5h后將懸濁液用稀鹽酸(1:3)調pH=6~6.5,將Fe3O4油酸吸附包覆物(黑色絮凝體)抽濾,熱水攪洗數次,50~60℃真空烘乾,製得疏鬆的粉體Fe₃O4。將上述油酸包覆的Fe3O4慢速升溫至550~600℃焙燒0.5h,得到均勻分散的透明鐵紅α-Fe2O3微粒子。
由天然黃鐵礦製得。由硫酸亞鐵或草酸鐵經風化得硫酸鐵,再經煅燒而得。由氫氧化鐵脫水而得。製造硫酸、苯胺、氧化鋁等過程中的副產物。由碳酸鐵、硝酸鐵等經強熱而得。硫酸亞鐵加熱至650℃以上而得。
雲母赤鐵礦法:雲母赤鐵礦石精選后,經濕球磨機磨成精礦粉,脫水,烘乾,冷卻,粉碎至325目,過篩,製成雲母氧化鐵。
硫酸亞鐵氧化法:將硫酸與鐵屑反應製得硫酸亞鐵,除砷及重金屬,經氧化而得。流程參見氧化鐵黃。
製備方法有濕法和干法。濕法製品結晶細小、顆粒柔軟、較易研磨,適宜作顏料。干法製品結晶大、顆粒堅硬,適宜作磁性材料、拋光研磨材料。濕法將一定量的5%硫酸亞鐵溶液迅速與過量燒鹼溶液反應(要求鹼過量0.04~0.08 g/ml),在常溫下通入空氣使之全部變成紅棕色的氫氧化鐵膠體溶液,在金屬鐵存在的條件下,硫酸亞鐵與空氣中氧作用,生成三氧化二鐵(即鐵紅)沉積在晶核上,溶液中的硫酸根又與金屬鐵作用,重新生成硫酸亞鐵,硫酸亞鐵再被空氣氧化成鐵紅繼續沉積,如此循環到整個過程結束,生成氧化鐵紅。其干法硝酸與鐵片反應生成硝酸亞鐵,經冷卻結晶,脫水乾燥,經研磨后在600~700℃煅燒8~10h,再經水洗、乾燥、粉碎製得氧化鐵紅產品。也可以氧化鐵黃為原料,經6()0~700℃煅燒製得氧化鐵紅。其4Fe(NO₃)₃[△]→2Fe₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑Fe₂O₃+n H₂O[△]→Fe₂O₃+nH₂O

5用途

用於油漆、橡膠、塑料、建築等的著色,是無機顏料,在塗料工業中用作防鏽顏料。用作橡膠、人造大理石、地面水磨石的著色劑,塑料、石棉、人造革、皮革揩光漿等的著色劑和填充劑,精密儀器、光學玻璃的拋光劑及製造磁性材料鐵氧體元件的原料等。
用於電子工業、通訊整機、電視機、計算機等磁性原料及行輸出變壓器、開關電源及其高U及高UQ等的鐵氧體磁芯
用作分析試劑、催化劑和拋光劑,也用於顏料的配料;
用於各類藥片、藥丸的外衣糖衣著色用
用作磁性材料、顏料及製取還原劑、拋光劑、催化劑等;用於藥片糖衣和膠囊等的著色
用作防鏽漆的顏料。因該品製成的雲母氧化鐵防鏽漆抗水滲性好,防鏽性能優異,可以取代紅丹
食用紅色素。日本用於赤豆飯、魔芋粉食品。對曾用防腐劑處理果柄切口的香蕉加以識別時用。美國多用於貓食、狗食和包裝材料
無機紅色顏料主要用於硬幣的透明著色,也用於油漆、油墨和塑料的著色
廣泛用於油漆、橡膠、塑料化妝品、建築精磨材料、精密五金儀器、光學玻璃、搪瓷、文教用品、皮革、磁性合金和高級合金鋼的著色;主要用作磁性材料、顏料、擦光劑、催化劑等,還用於電訊、儀錶工業;主要用作磁性材料、顏料、擦光劑、催化劑等,還用於電訊、儀錶工業無機紅色顏料。
用於和CO反應煉製生鐵(H2,C,Al)
Fe₂O₃+3CO==2Fe+3CO₂(高溫)
Fe₂O₃+3H₂==2Fe+3H₂O(高溫)
2Fe₂O₃+3C==4Fe+3CO₂↑(高溫)
Fe₂O₃ + 2Al==2Fe+Al₂O₃(高溫)

6藥物分析

方法名稱:黃氧化鐵---氧化鐵的測定---氧化還原滴定法
應用範圍:該方法採用滴定法測定黃氧化鐵中氧化鐵的含量。
該方法適用於黃氧化鐵。
方法原理:供試品加鹽酸2.5mL,置水浴上加熱使溶解,加過氧化氫試液1mL,加熱至沸騰數分鐘,加水25mL放冷,加碘化鉀1.5g與鹽酸2.5mL,密塞,搖勻,在暗處放置15分鐘,用硫代硫酸鈉滴定液(0.1 mol/L)滴定,近終點時,加澱粉指示液2.5mL,繼續滴定至藍色消失,計算黃氧化鐵的含量。
試劑:1.鹽酸
⒉過氧化氫試液
⒊碘化鉀
⒋硫代硫酸鈉滴定液(0.1 mol/L)
⒌澱粉指示液
儀器設備:
試樣製備:
1.硫代硫酸鈉滴定液(0.1 mol/L)
配製:取硫代硫酸鈉26g與無水碳酸鈉0.20g,加新沸過的冷水適量使溶解成1000mL,搖勻,放置1個月後濾過。
標定:取在120℃乾燥恆重的基準重鉻酸鉀約0.15g,精密稱定,置碘瓶中,加水50mL使溶解,加碘化鉀2.0g ,輕輕振搖使溶解,加稀硫酸40mL,搖勻,密塞;在暗處放置10分鐘后,加水250mL稀釋,用本液滴定至近終點時,加澱粉指示液3mL,繼續滴定至藍色消失而顯亮綠色,並將滴定的結果用空白試驗校正。每1mL硫代硫酸鈉(0.1mol/L)相當於4.903g的重鉻酸鉀。根據本液的消耗量與重鉻酸鉀的取用量,算出本液的濃度,即得。
室溫在25℃以上是,應將反應液及稀釋用水降溫至約20℃。
2.澱粉指示液
取可溶性澱粉0.5g,加水5mL攪勻后,緩緩傾入100mL沸水中,隨加隨攪拌,繼續煮沸2分鐘,放冷,傾出上清液,即得。本液應臨用新制。
操作步驟:取該品約0.15g,精密稱定,置具塞錐形瓶中,加鹽酸2.5mL,置水浴上加熱使溶解,加過氧化氫試液1mL,加熱至沸騰數分鐘,加水25mL放冷,加碘化鉀1.5g與鹽酸2.5mL,密塞,搖勻,在暗處放置15分鐘,用硫代硫酸鈉滴定液(0.1 mol/L)滴定,近終點時,加澱粉指示液2.5mL,繼續滴定至藍色消失,並將滴定的結果用空白試驗校正。每1mL碘滴定液(0.05 mol/L)相當於7.985mg的Fe₂O₃。
註:「精密稱取」系指稱取重量應準確至所稱取重量的千分之一。
參考文獻:中華人民共和國藥典,國家藥典委員會編,化學工業出版社,2005年版,二部,p908、909。

7其它氧化物

氧化亞鐵、四氧化三鐵(在純凈的氧氣中劇烈燃燒生成)化學方程式:3Fe+2O₂=點燃=Fe3O4
(在高溫下與水蒸氣反應)化學方程式:3Fe+4H₂O(g)==Fe3O4+4H₂

8Fe₂O₃與Fe₃O4的區別

有五種氧化物(氧化鐵、氧化亞鐵、二氧化鐵、三氧化鐵、四氧化三鐵)。
氧化鐵(Fe₂O₃)即三氧化二鐵,是棕紅(紅)色,俗稱鐵紅,熔點為1565℃,相對密度為5.24。在自然界以赤鐵礦形式存在,具有兩性,與酸作用生成Fe(Ⅲ)鹽,與強鹼作用得[Fe(OH)6]3-。在強鹼介質中有一定的還原性,可被強氧化劑所氧化。三氧化二鐵不溶於水,也不與水起作用。灼燒硫酸亞鐵、草酸鐵、氧氧化鐵都可製得,它也可通過在空氣中煅燒硫鐵礦來製取。它常用做顏料、拋光劑、催化劑和紅粉等。可作油漆的顏料,是金屬氧化物,可和酸發生反應。Fe₂O₃ + 6HCl=2FeCl₃+3H₂O。
氧化亞鐵又稱一氧化鐵,黑色粉末,熔點為1369±1℃,相對密度為5.7,溶於酸,不溶於水和鹼溶液。和酸(弱氧化性酸)反應。FeO+2HCl==FeCl₂+H2O。極不穩定,易被氧化成三氧化二鐵;在空氣中加熱會迅速被氧化成四氧化三鐵。在隔絕空氣的條件下,由草酸亞鐵加熱來製取。主要用來製造玻璃色料。
四氧化三鐵為黑色晶體,加熱至熔點(1594±5℃)同時分解,相對密度為5.18,具有很好的磁性,故又稱為「磁性氧化鐵」。它是天然產磁鐵礦的主要成分,潮濕狀態下在空氣中容易氧化成三氧化二鐵。不溶於水,溶於酸。俗稱磁性氧化鐵,是一種複雜的氧化物,其中1/3是Fe2+、2/3是Fe3+,Fe₃O4可看作是由FeO、Fe₂O₃形成的化合物。[實質是Fe(FeO₂)₂,偏鐵酸亞鐵鹽]近代測試表明,它實際是鐵的混合價態化合物,化學式應為Fe₂Fe₃[Fe₃O4]。在磁鐵礦中由於Fe2+與Fe3+在八面體位置上基本上是無序排列的,電子可在鐵的兩種氧化態間迅速發生轉移,所以四氧化三鐵固體具有優良的導電性。由鐵在蒸汽中加熱,或者將三氧化二鐵在400℃用氫還原都可製得四氧化三鐵。四氧化三鐵用來做顏料和拋光劑等。磁性氧化鐵能用於製造錄音、錄相磁帶和電訊器材等。
二氧化鐵(FeO₂)為深綠色黏稠的油狀液體。熔點為-25℃,沸點為170℃。有焦糊氣味。與水互溶。水溶液呈酸性。
1、二氧化鐵為水溶性酸性氧化物。可與水、鹼反應。
FeO₂ + H₂O ==== H₂FeO₃  FeO₂ + NaOH ==== NaHFeO₃  FeO₂ + 2NaOH ==== Na₂FeO₃ + H₂O
2、FeO₂有氧化性,可使金屬等還原劑氧化(以單質鐵為例): 3FeO₂ + Fe ==== 2Fe₂O₃
3、FeO₂有弱還原性: 3FeO₂ + O₃ ==== 3FeO₃
三氧化鐵是高鐵酸(H₂FeO4)的酸酐,有極強的氧化性,高鐵酸是強酸,但溶於水中會迅速水解,所以H₂FeO4在水中顯不出酸性。

9鐵紅的磁性

成分是鐵、氧化鐵是沒有磁性的。
磁性材料大多數是含鐵的化合物這是正確的,因為磁鐵大多數情況下是混合物。
鈷、鎳等原子結構特殊,原子本身具有磁矩,一般的這些礦物分子排列混亂。磁區互相影響就顯不出磁性,但是在外力(如磁場)導引下分子排列方向趨向一致,就顯出磁性,也就是俗稱的磁鐵。
四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體,俗稱磁性氧化鐵,是一種複雜的氧化物,其中1/3是Fe2+、2/3是Fe3+,Fe3O4可看作是由FeO、Fe2O3形成的化合物。[實質是Fe(FeO2)2,偏鐵酸亞鐵鹽]

10測試

三氧化二鋁的測定
銅鹽回滴法(A法)
方法提要 在滴定鐵后的溶液中,加入對鋁、鈦過量的EDTA標準溶液,於pH3?8~4?0,以PAN為指示 劑,用硫酸銅標準溶液回滴過量的EDTA。
試劑
a. 氫氧化銨溶液(1+1);
b. 乙酸—乙酸鈉緩衝溶液(hH4.3):將42.3g無水乙酸鈉溶解於水中,加80mL冰乙酸,然後 加水稀釋至1 000mL,混勻;
c. 1—(2—吡淀偶氮)—2—萘酚(簡稱PAN)指示劑溶液(2g/L):將0?2gPAN溶解於100mL 乙醇中;
d. 硫酸銅標準溶液〔c)CuSO4)=0.015mol/L〕:將3?7g硫酸銅(CuSO4·5H2O)溶解於水 中,加4~5滴硫酸(1+1),用水稀釋至1 000mL,混勻;
e. 乙二胺四乙酸二鈉(簡稱EDTA)標準溶液〔c(EDTA)=0.015mol/L〕配製及標定方法見 本標準5?3?2?2;
f. DETA標準溶液與硫酸銅標準溶液體積比的測定:從滴定管中緩慢放出10?00~15?00 mL0?015mol/L EDTA標準溶液於400mL燒杯中,用水稀釋至約200mL,加15mL乙酸—乙酸鈉緩衝 溶液(pH4.3),然後加熱至沸,取下,稍冷,加4~5滴PAN指示劑溶液,以硫酸銅標準溶液滴定至 亮紫色。EDTA標準溶液與硫酸銅標準溶液的體積之比(K)按式⒀計算:
V1
K=------………………………⒀
V2
式中:
K——1?00mL硫酸銅標準溶液相當於EDTA標準溶液的體積,mL;
V1——EDTA標準溶液的體積,mL;
V2——滴定時消耗硫酸銅標準溶液的體積,mL。
分析步驟
在按本標準5?3?2?3滴定鐵后的溶液中,準確加入10?00~20.00mL0.015mol/LEDTA標準溶液,然後用水稀釋至約200mL。將溶液加熱至70~80℃后,以氫氧化銨溶液(1+1)調節溶液 pH3.5~4.0,加15mL乙酸—乙酸鈉緩衝溶液(pH4.3),煮沸2~3min,取下稍冷,加4~5滴PAN指 示劑溶液,以硫酸銅標準溶液滴定至亮紫色。
結果計算
三氧化二鋁的百分含量(X6)按式⒁計算:
TAl2O3×(V1-KV2)×n
X6=--------------------×100-0.64X8………………⒁
m×1 000
式中:
TAl2O3——1?00mLEDTA標準溶液相當於三氧化二鋁的質量,mg;
V1——加入EDTA標準溶液的體積,mL; V2——滴定時消耗硫酸銅標準溶液的體積,mL;
K——1?00mL硫酸銅標準溶液相當於EDTA標準溶液的體積,mL;
n——試樣溶液的總體積與所分取試樣溶液的積體之比;
m——試樣的質量,g; 0.64——二氧化鈦對三氧化二鋁的換算係數;
X8——按本標準5?5條測得的二氧化鈦的百分含量。
5?4?1?5 允許差 平行測定結果的允許差見下表。
三氧化二鋁含量,%
允許差,%
<2.0geh≥2.0
0.20geh 0.25
若平行測定結果之差在允許範圍內,取其算術平均值為測定結果。否則,應重新測定。
總量差減法(B)法
方法提要
加入對鐵、鋁、鈦過量的EDTA標準溶液,調節pH=4,煮沸,以銅鹽溶液回滴過量的EDTA,測得鐵、鋁、鈦總量,然後減去比色法測得的鐵、鈦含量(分別換算成三氧化二鋁),即為三氧化 二鋁的含量。
試劑 同本標準5?4?1?2。
分析步驟
準確分取50?00mL按本標準5?2?1?4製備的試樣溶液(A)或按本標準5?2?3?3製備 的試 樣溶液(B),放入400mL燒杯中,加入10?00~20.00mL0?015mol/L EDTA標準溶液,然後用水稀 釋至約200mL,以下操作步驟同本標準5?4?1?3。
結果計算
三氧化二鋁的百分含量(X7)按式⒂計算:
TAl2O3×(V1-KV2)×n
X7=----------------------×100-0.64X4-0.64X8………………⒂
m×1 000 geh中南選礦網
式中:
TAl2O3——1?00mL EDTA標準溶液相當於二氧化二鋁的質量,mg;
V1——加入EDTA標準溶液的體積,mL;
V2——滴定時消耗硫酸銅標準溶液的體積,mL;
K——1?00mL硫酸銅標準溶液相當於EDTA標準溶液的體積,mL;
n——試樣溶液的總體積與所分取試樣溶液的體積之比;
m——試樣的質量,g;
0.64——二氧化二鐵、二氧化鈦分別對三氧化二鋁的換算係數;
X4——按本標準5?3?1測得的三氧化鐵的百分含量;
X8——按本標準5?5條測得的二氧化鈦的百分含量。
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