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) chlorek
Metale pokrewne	chlorek manganu(II) chlorek kobaltu(II) chlorek rutenu(III)
Z wyjątkiem przypadków, gdy zaznaczono inaczej, dane są podane dla materiałów w ich standardowym stanie (w 25°C, 100 kPa) Infobox disclaimer and references

Chlorek żelaza(III), ogólnie nazywany chlorkiem żelazowym, jest związkiem chemicznym o wzorze FeCl3. Kryształy mają ciemnozielony kolor w świetle odbitym, ale w świetle przechodzącym wydają się purpurowo-czerwone, ponieważ ich kolor zależy od kąta patrzenia. FeCl3 rozpuszcza się, pieni się w wilgotnym powietrzu z powodu wydzielania się HCl, który hydratyzuje się, tworząc mgłę. Po rozpuszczeniu w wodzie FeCl3 ulega hydrolizie i wydziela dużą ilość ciepła, ponieważ jest to reakcja egzotermiczna. Powstały brązowy, kwaśny roztwór, który jest żrący, jest używany jako koagulant w oczyszczaniu ścieków i wody pitnej oraz jako wytrawiacz do metali na bazie miedzi (takich jak te znajdujące się w płytkach obwodów drukowanych) i stali nierdzewnej.

Bezwodny chlorek żelaza(III) jest dość silnym kwasem Lewisa i jest używany jako katalizator w syntezie organicznej. Brązowo-żółty heksahydrat jest powszechną formą handlową chlorku żelazowego, żółtawego gatunku opisanego wzorem Cl.2H2O (porównaj chlorek chromu(III)).

Struktura

FeCl3 przyjmuje strukturę BI3, która charakteryzuje się oktaedrycznymi centrami Fe(III) i trójkoordynacyjnymi ligandami chlorkowymi. FeCl3 ma stosunkowo niską temperaturę topnienia, a wrze w temperaturze około 315 °C. Para składa się z dimeru Fe2Cl6 (porównaj chlorek glinu), który jest coraz bardziej zdysocjowany do monomeru w wyższej temperaturze, konkurując z odwracalnym rozkładem, aby dać FeCl2 i Cl2.

Właściwości chemiczne

Chlorek żelaza(III) jest umiarkowanie silnym kwasem Lewisa, który tworzy addukty z zasadami Lewisa, takimi jak tlenek trifenylofosfiny, np. FeCl3(OPPh3)2, gdzie Ph = fenyl. FeCl3 reaguje z solami chlorkowymi dając żółty tetraedryczny jon FeCl4-. Roztwory FeCl4- w kwasie solnym mogą być ekstrahowane do eteru dietylowego.

Pod wpływem ogrzewania z tlenkiem żelaza(III) w temperaturze 350 °C, FeCl3 daje tlenochlorek FeOCl. W obecności zasady chlorek żelaza(III) może ulec zamianie na chlorek, na przykład w celu wytworzenia alkoksydu:

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

Sole karboksylanowe, takie jak szczawian, cytrynian lub winian, łatwo reagują z wodnym FeCl3, tworząc stabilne kompleksy, takie jak 3-.

Chlorek żelaza(III) jest również łagodnym utleniaczem, zdolnym (na przykład) do utleniania chlorku miedzi(I) do chlorku miedzi(II). Czynniki redukujące, takie jak hydrazyna, przekształcają FeCl3 w kompleksy żelaza(II).

Przygotowanie i produkcja

Bezwodny chlorek żelaza(III) może być przygotowany przez połączenie pierwiastków:

2Fe( s) + 3Cl2(g) → 2FeCl3( s)

Roztwór chlorku żelaza(III) jest produkowany na skalę przemysłową dwiema metodami, z żelaza i z rudy, w procesie zamkniętym.

• Rozpuszczanie czystego żelaza w roztworze chlorku żelaza(III):

Fe(s) + 2FeCl3(aq) → 3FeCl2(aq)

• Rozpuszczanie rudy żelaza w kwasie solnym:

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

• Uzdatnianie chlorku żelaza(II) chlorem:

FeCl2(aq) + Cl2(g) → FeCl3(aq)

Alternatywnie chlorek żelaza(II) można utlenić dwutlenkiem siarki:

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

Wodzian FeCl3(H2O)n można przekształcić w sól bezwodną przez ogrzewanie z chlorkiem tionylu. Hydrat nie może być przekształcony w FeCl3 przez ciepło, zamiast tego wydziela się HCl i powstaje FeOCl

Zastosowanie

Chlorek żelaza(III) jest prawdopodobnie najczęściej używany do wytrawiania miedzi w produkcji płytek drukowanych. Zachodzi to w reakcji redoks

FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl, a następnie FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2

Chlorek żelaza(III) jest również stosowany jako katalizator w reakcji etylenu z chlorem, tworząc dichlorek etylenu (1,2-Dichloroetan), ważny surowiec chemiczny, który jest głównie używany do przemysłowej produkcji chlorku winylu, monomeru do produkcji PCW.

W innym zastosowaniu przemysłowym chlorek żelazowy jest alternatywą dla siarczanu żelaza(III) w uzdatnianiu wody, gdzie FeCl3 jest traktowany jonem wodorotlenkowym w celu utworzenia kłaczków „wodorotlenku żelaza(III)” (bardziej poprawnie sformułowanego jako FeO(OH)), który może usuwać zawieszone materiały.

W laboratorium chlorek żelazowy(III) jest powszechnie stosowany jako kwas Lewisa do katalizowania reakcji, takich jak chlorowanie związków aromatycznych i reakcja Friedela-Craftsa związków aromatycznych. Jest on mniej silny niż chlorek glinu, ale w niektórych przypadkach ta łagodność prowadzi do wyższej wydajności, na przykład w alkilacji benzenu:

„Test chlorku żelazowego” jest tradycyjnym testem kolorymetrycznym dla fenoli, który wykorzystuje 1% roztwór chlorku żelazowego(III), który został zobojętniony wodorotlenkiem sodu, aż do utworzenia się niewielkiego osadu FeO(OH). Przed użyciem mieszanina jest filtrowana. Substancja organiczna jest rozpuszczana w wodzie, metanolu lub etanolu, następnie dodaje się zneutralizowany roztwór FeCl3 – przejściowe lub trwałe zabarwienie (zwykle fioletowe, zielone lub niebieskie) wskazuje na obecność fenolu lub enolu.

FeCl3 jest czasami używany przez amerykańskich kolekcjonerów monet do identyfikacji dat na banknotach Buffalo, które są tak mocno zużyte, że data nie jest już widoczna.

FeCl3 jest również powszechnie stosowany przez rzemieślników nożowniczych i mieczników do barwienia ostrzy, aby nadać metalowi kontrastowy efekt, a także aby zobaczyć warstwę metalu lub niedoskonałości.

Środki ostrożności

Chlorek żelaza(III) jest toksyczny, silnie żrący i kwaśny. Bezwodny materiał jest silnym środkiem odwadniającym.