Iron(III) chloride

2007 Schools Wikipedia Selection. Related subjects: Chemical compounds

Iron(III) chloride
General
Systematic name	Iron(III) chloride
Other names	ferric chloride iron trichloride molysite mineral form Flores martis
Molecular formula	FeCl3
Molar mass	162.21 g mol−1 hexahydrate: 270.30 g mol−1
Appearance	green-black by reflected light, purple-red by transmitted light hexahydrate: yellow solid aq. solutions: brown
CAS number	hexahydrate:
Properties
Density and phase	2.80 g cm−3 40% solution: 1.4 g ml−1
Solubility in water	92 g/100 ml (20 °C)
In other solvents: acetone Methanol Ethanol Diethyl ether	63 g/100 ml (18 °C) highly soluble 83 g/100 ml highly soluble
Melting point	306°C (579 K)
Boiling point	315°C (588 K), partial decomposition to FeCl2+Cl2
Acidity (pKa)	?
Viscosity	40% solution: 12 c P
Structure
Molecular shape	?
Coordination geometry	octahedral
Crystal structure	hexagonal
Dipole moment	? D
Hazards
MSDS	External MSDS
Main hazards	Very corrosive
NFPA 704	0 3 1
R/S statement	R: 22, 34 S: 26,28
RTECS number	LJ9100000
Supplementary data page
Structure & properties	n, εr, etc.
Thermodynamic data	Phase behaviour Solid, liquid, gas
Spectral data	UV, IR, NMR, MS
Related compounds
Other anions	Iron(III) fluoride Iron(III) bromide
Other cations	Iron(II) chloride
Gerelateerde metalen	Mangaan(II)chloride Kobalt(II)chloride Ruthenium(III)chloride
Behoudens waar anders vermeld, worden gegevens gegeven voor materialen in hun standaardtoestand (bij 25°C, 100 kPa) Infobox disclaimer en referenties

Iron(III)chloride, algemeen ferrichloride genoemd, is de chemische verbinding met de formule FeCl3. De kristallen hebben een donkergroene kleur bij gereflecteerd licht, maar bij doorvallend licht zijn ze paarsrood, omdat de kleur afhankelijk is van de kijkhoek. Het is vervloeiend en dampt in vochtige lucht door de ontwikkeling van HCl, dat hydrateert en een nevel geeft. Wanneer FeCl3 in water wordt opgelost, ondergaat het hydrolyse en geeft het veel warmte af omdat het een exotherme reactie is. De resulterende bruine zure oplossing, die corrosief is, wordt gebruikt als stollingsmiddel bij de behandeling van riool- en drinkwater en als etsmiddel voor op koper gebaseerde metalen (zoals die in printplaten worden aangetroffen) en roestvrij staal.

Watervrij ijzer(III)chloride is een vrij sterk Lewiszuur, en het wordt gebruikt als katalysator in organische synthese. Het bruingele hexahydraat is een veel voorkomende commerciële vorm van ijzer(III)chloride, een geelachtige soort beschreven met de formule Cl.2H2O (vergelijk chroom(III)chloride).

Structuur

FeCl3 heeft de BI3-structuur, met octaëdervormige Fe(III)-kernen en drie-gecoördineerde chloride-liganden. FeCl3 heeft een relatief laag smeltpunt, en kookt bij ongeveer 315 °C. De damp bestaat uit het dimeer Fe2Cl6 (vergelijk aluminiumchloride) dat bij hogere temperatuur in toenemende mate in het monomeer wordt gedissocieerd, in concurrentie met de omkeerbare ontleding tot FeCl2 en Cl2.

Chemische eigenschappen

Iron(III)chloride is een matig sterk Lewiszuur dat adducten vormt met Lewisbasen zoals trifenylfosfineoxide, bijvoorbeeld FeCl3(OPPh3)2 waarbij Ph = fenyl. FeCl3 reageert met chloridezouten om het gele tetrahedrale FeCl4-ion te geven. Oplossingen van FeCl4- in zoutzuur kunnen in diethylether worden geëxtraheerd.

Bij verhitting met ijzer(III)oxide bij 350 °C geeft FeCl3 het oxychloride FeOCl. In aanwezigheid van base kan ijzer(III)chloride een chloridevervanger ondergaan, bijvoorbeeld om een alkoxide te produceren:

FeCl3 + 3 C2H5OH + 3 NH3 → Fe(OC2H5)3 + 3 NH4Cl

Carboxylaatzouten zoals oxalaat, citraat of tartraat reageren gemakkelijk met waterig FeCl3 om stabiele complexen zoals 3- te vormen.

Iron(III)chloride is ook een mild oxidatiemiddel, dat (bijvoorbeeld) koper(I)chloride kan oxideren tot koper(II)chloride. Reducerende middelen zoals hydrazine zetten FeCl3 om in complexen van ijzer(II).

Bereiding en productie

Watervrij ijzer(III)chloride kan worden bereid door vereniging van de elementen:

2Fe( s) + 3Cl2(g) → 2FeCl3( s)

De oplossing van ijzer(III)chloride wordt op industriële schaal via twee methoden geproduceerd, uit ijzer en uit erts, in een gesloten-lusproces.

• Oplossen van zuiver ijzer in ijzer(III)chlorideoplossing:

Fe(s) + 2FeCl3(aq) → 3FeCl2(aq)

• Oplossen van ijzererts in zoutzuur:

Fe3O4(s) + 8HCl(aq) → FeCl2(aq) + 2FeCl3(aq) + 4H2O

• Het ijzer(II)chloride opwerken met chloor:

FeCl2(aq) + Cl2(g) → FeCl3(aq)

Aternatief kan ijzer(II)chloride worden geoxideerd met zwaveldioxide:

32FeCl2 + 8SO2 + 32HCl → 32 FeCl3 + S8 + 16H2O

Hydraat FeCl3(H2O)n kan door verhitting met thionylchloride worden omgezet in het watervrije zout. Het hydraat kan niet door verhitting in FeCl3 worden omgezet, maar in plaats daarvan wordt HCl geëvolueerd en vormt zich FeOCl

Toepassingen

Iron(III)chloride wordt waarschijnlijk het meest gebruikt voor het etsen van koper bij de productie van printplaten. Dit gebeurt door de redoxreactie

FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl gevolgd door FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2

Iron(III)chloride wordt ook gebruikt als katalysator voor de reactie van ethyleen met chloor, waarbij ethyleendichloride (1,2-dichloorethaan) wordt gevormd, een belangrijke chemische grondstof, die voornamelijk wordt gebruikt voor de industriële productie van vinylchloride, het monomeer voor de fabricage van PVC.

In een andere industriële toepassing is ijzer(III)sulfaat een alternatief voor ijzer(III)sulfaat bij de waterzuivering, waarbij FeCl3 met een hydroxide-ion wordt behandeld om een vlok “ijzer(III)hydroxide” (correcter geformuleerd als FeO(OH)) te vormen die zwevende stoffen kan verwijderen.

In het laboratorium wordt ijzer(III)chloride vaak gebruikt als Lewiszuur voor het katalyseren van reacties zoals de chlorering van aromatische verbindingen en de Friedel-Crafts-reactie van aromaten. Het is minder krachtig dan aluminiumchloride, maar in sommige gevallen leidt deze mildheid tot hogere opbrengsten, bijvoorbeeld bij de alkylering van benzeen:

De “ijzer(III)chloride-test” is een traditionele colorimetrische test voor fenolen waarbij een 1% ijzer(III)chloride-oplossing wordt gebruikt die met natriumhydroxide is geneutraliseerd totdat een licht neerslag van FeO(OH) wordt gevormd. Het mengsel wordt vóór gebruik gefiltreerd. De organische stof wordt opgelost in water, methanol of ethanol, dan wordt de geneutraliseerde FeCl3-oplossing toegevoegd – een voorbijgaande of permanente kleuring (meestal paars, groen of blauw) wijst op de aanwezigheid van een fenol of enol.

FeCl3 wordt soms gebruikt door Amerikaanse muntenverzamelaars om de jaartallen te identificeren van Buffalo stuivers die zo versleten zijn dat het jaartal niet meer zichtbaar is.

FeCl3 wordt ook vaak gebruikt door messenmakers en zwaardsmeden om lemmeten te kleuren, om een contrasterend effect aan het metaal te geven, en ook om metaallagen of onvolkomenheden te bekijken.

Voorzorgsmaatregelen

Iron(III) chloride is giftig, zeer corrosief en zuur. Het watervrije materiaal is een krachtig uitdrogingsmiddel.