CHLOREK ŻELAZAWY (FECL2): BUDOWA, ZASTOSOWANIE, WŁAŚCIWOŚCI - CHEMIA - 2026

Chlorku żelaza jest nieorganiczna substancja stała, przez spajanie kationy Fe ²⁺ i dwa aniony chlorkowe Cl ^- . Jego wzór chemiczny to FeCl ₂ . Ma tendencję do wchłaniania wody z otoczenia. Jednym z jego hydratów jest tetrahydrat FeCl _{2 •} 4H ₂ O , który jest zielonkawym ciałem stałym.

Należy zauważyć, że jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie i ma skłonność do łatwego utleniania w obecności powietrza, tworząc chlorek żelazowy FeCl ₃ . Ponieważ łatwo utlenia się, a zatem może działać jako środek redukujący, jest szeroko stosowany w laboratoriach chemicznych i biologicznych.

Tetrahydrat chlorku żelazawego FeCl _{2 •} 4H ₂ O w stanie stałym. Tchórz. Źródło: Wikimedia Commons.

Chlorek żelazawy ma kilka zastosowań, spośród których wyróżnia się jako pomoc innym czynnikom w utlenianiu osadów ściekowych lub oczyszczalniach ścieków. Jest również stosowany w procesie powlekania metali żelaznymi i ma pewne zastosowania w przemyśle farmaceutycznym.

Eksperymentowano również z zastosowaniem FeCl ₂ do odzyskiwania cennych metali ze zużytych katalizatorów znajdujących się w rurach wydechowych pojazdów napędzanych benzyną lub olejem napędowym.

Jest używany w przemyśle tekstylnym do utrwalania kolorów w niektórych typach tkanin.

Struktura

Chlorek żelazawy składa się z żelaza Fe ²⁺ jonów i dwóch Cl ^- jonów chlorkowych związanych wiązaniami jonowymi.

Chlorek żelazawy FeCl _{2, w} którym obserwuje się jony, które go tworzą. Epop. Źródło: Wikimedia Commons.

Jon żelazawy Fe ²⁺ ma następującą strukturę elektronową:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ 3d ⁶ , 4s ⁰

gdzie widać, że stracił dwa elektrony z powłoki 4s.

Ta konfiguracja nie jest bardzo stabilna iz tego powodu ma tendencję do utleniania, czyli utraty kolejnego elektronu, tym razem z warstwy 3d, tworząc jon Fe ³⁺ .

Ze swojej strony jon chlorkowy Cl ^- ma następującą strukturę elektronową:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶

gdzie widać, że uzyskał dodatkowy elektron w powłoce 3p, uzupełniając go. Ta konfiguracja jest bardzo stabilna, ponieważ wszystkie warstwy elektroniczne są kompletne.

Nomenklatura

- Chlorek żelaza

- Chlorek żelaza (II)

- Dichlorek żelaza

- Tetrahydrat chlorku żelazawego: FeCl _{2 •} 4H ₂ O

Nieruchomości

Stan fizyczny

Bezbarwne lub bladozielone ciało stałe, kryształy.

Waga molekularna

126,75 g / mol

Temperatura topnienia

674 ºC

Temperatura wrzenia

1023 ºC

Dokładna waga

3,16 przy 25 ºC / 4 ºC

Rozpuszczalność

Bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie: 62,5 g / 100 ml w temperaturze 20 ºC. Rozpuszczalny w alkoholu, acetonie. Słabo rozpuszczalny w benzenie. Praktycznie nierozpuszczalny w eterze.

Inne właściwości

Bezwodny FeCl ₂ jest bardzo higroskopijny. Z łatwością absorbuje wodę ze środowiska, tworząc różnorodne hydraty, zwłaszcza tetrahydrat, w którym na każdą cząsteczkę FeCl ₂ są przyłączone 4 cząsteczki H ₂ O (FeCl _{2 •} 4H ₂ O).

W obecności powietrza powoli utlenia się do FeCl ₃ . Oznacza to, że jon Fe ²⁺ łatwo utlenia się do jonu Fe ³⁺ .

Po podgrzaniu w obecności powietrza szybko tworzy chlorek żelazowy FeCl ₃ i tlenek żelaza Fe ₂ O ₃ .

FeCl ₂ działa korodująco na metale i tkaniny.

Otrzymywanie

Uzyskuje się go przez działanie w wysokich temperaturach nadmiaru żelaza metalicznego Fe wodnym roztworem kwasu solnego HCl.

Fe ⁰ + 2 HCl → FeCl ₂ + 2 H ⁺

Jednak ze względu na obecność wody tą metodą otrzymuje się tetrahydrat chlorku żelazawego FeCl _{2 •} 4H ₂ O.

Aby otrzymać go w postaci bezwodnej (bez wody zawartej w kryształach), niektórzy badacze zdecydowali się przeprowadzić reakcję proszku żelaza z bezwodnym HCl (bez wody) w rozpuszczalniku tetrahydrofuranie (THF) w temperaturze 5 ºC.

W ten sposób uzyskuje się związek FeCl _{2 •} 1,5THF, który po podgrzaniu do 80-85 ºC pod próżnią lub w atmosferze azotu (w celu uniknięcia obecności wody) wytwarza bezwodny FeCl ₂ .

Aplikacje

Chlorek żelazawy ma różne zastosowania, głównie w oparciu o jego zdolność redukcyjną, to znaczy można go łatwo utlenić. Znajduje zastosowanie np. W farbach i powłokach, ponieważ ułatwia ich mocowanie do podłoża.

Żelazo jest niezbędnym mikroelementem dla zdrowia ludzi i niektórych zwierząt. Bierze udział w syntezie białek, oddychaniu i namnażaniu komórek.

Z tego powodu FeCl ₂ jest stosowany w preparatach farmaceutycznych. Jon Fe ²⁺ jako taki jest lepiej wchłaniany niż jon Fe ³⁺ w jelicie.

Służy do produkcji FeCl ₃ . Jest stosowany w metalurgii, w kąpielach do powlekania żelaza, w celu uzyskania bardziej plastycznego osadu.

Oto inne polecane zastosowania.

W kolorowaniu tkanin

FeCl ₂ jest stosowany jako zaprawa lub utrwalacz barwników w niektórych rodzajach tkanin. Zaprawa reaguje chemicznie i jednocześnie wiąże się z barwnikiem i tkaniną, tworząc na niej nierozpuszczalny związek.

W ten sposób barwnik pozostaje przytwierdzony do tkaniny, a jej kolor nasila się.

Chlorek żelaza FeCl ₂ umożliwia utrwalanie kolorów na tkaninach. gina pina. Źródło: Wikimedia Commons.

W oczyszczaniu ścieków

FeCl ₂ jest stosowany w oczyszczalniach ścieków lub oczyszczalniach ścieków (woda kanalizacyjna).

W tym zastosowaniu chlorek żelazawy uczestniczy w utlenianiu szlamu w procesie zwanym utlenianiem Fentona. To utlenianie powoduje rozerwanie kłaczków szlamu i umożliwia uwolnienie wody, która jest z nim silnie związana.

Odcinek oczyszczalni ścieków, na którym można obserwować osad. Czasami jest on traktowany chlorkiem żelazawym FeCl _2, aby można go było łatwiej oddzielić od wody. Evelyn Simak / Oczyszczalnia ścieków na północ od Dickleburgh. Źródło: Wikimedia Commons.

Następnie osad można wysuszyć i zutylizować w sposób przyjazny dla środowiska. Zastosowanie chlorku żelazawego pomaga obniżyć koszty procesu.

Ostatnio zaproponowano również użycie go do zmniejszenia tworzenia się gazowego siarkowodoru lub siarkowodoru we wspomnianych wodach ściekowych.

W ten sposób zmniejszyłaby się korozja wytwarzana przez ten gaz, a także nieprzyjemne zapachy.

W badaniach chemicznych

Ze względu na swoje właściwości redukujące (przeciwieństwo utleniania) FeCl ₂ znajduje szerokie zastosowanie w różnych badaniach w laboratoriach chemicznych, fizycznych i inżynieryjnych.

Niektórzy naukowcy używali oparów chlorku żelazawego do ekstrakcji cennych metali, takich jak platyna, pallad i rod, ze zużytych katalizatorów w pojazdach napędzanych benzyną lub olejem napędowym.

Te katalizatory są używane do usuwania gazów szkodliwych dla ludzi i środowiska. Znajdują się w rurze wydechowej samochodów osobowych i ciężarowych zasilanych benzyną lub olejem napędowym.

Rura wydechowa pojazdu, w której obserwuje się bardziej obszerny odcinek, czyli tam, gdzie znajduje się katalizator, aby przekształcić szkodliwe gazy w przyjazne środowisku. Ahanix1989 w angielskiej Wikipedii. Źródło: Wikimedia Commons.

Po pewnym czasie katalizator pojazdu zużywa się i traci skuteczność i należy go wymienić. Zużyty katalizator jest odrzucany i podejmuje się wysiłki w celu odzyskania zawartych w nim cennych metali.

Siatka ceramiczna katalizatora, w której znajdują się ślady cennych metali odzyskiwanych za pomocą FeCl ₂ . Recykling Global-Kat. Źródło: Wikimedia Commons.

Zdaniem naukowców, wraz z żelazem z chlorku żelazawego metale te tworzyły stopy magnetyczne.

Stopy można było ekstrahować za pomocą magnesów, a następnie odzyskiwać cenne metale znanymi metodami.

W badaniach biochemicznych

Ponieważ zawiera kation Fe ²⁺ , który jest ważnym mikroelementem u ludzi i niektórych zwierząt, FeCl ₂ jest używany w badaniach biochemicznych i medycznych.

Niektóre badania wykazały, że chlorek żelazawy poprawia grzybobójczą skuteczność zimnej plazmy argonowej.

Zimna plazma to technologia stosowana do sterylizacji powierzchni medycznych i instrumentów. Polega na powstawaniu rodników hydroksylowych OH · z wilgoci otoczenia. Rodniki te reagują ze ścianą komórkową mikroorganizmu i powodują jego śmierć.

W tym badaniu FeCl ₂ poprawił działanie zimnej plazmy i przyspieszył eliminację grzyba odpornego na inne metody dezynfekcji.

Niektórzy naukowcy odkryli, że zastosowanie FeCl ₂ pozwala na zwiększenie wydajności reakcji otrzymywania glukozy z wytłoków trzciny cukrowej.

W tym przypadku, ponieważ Fe ^{2+ jest} podstawowym mikroelementem dla zdrowia ludzkiego, jego obecność w śladowych ilościach w produkcie nie wpłynęłaby na ludzi.

Bibliografia

1. Fukuda, S. i in. (2019). Chlorek żelazawy i siarczan żelazawy poprawiają skuteczność grzybobójczą zimnej atmosferycznej plazmy argonowej na melanizowane pullulany Aureobasidium. J Biosci Bioeng, 2019, 128 (1): 28–32. Odzyskany z ncbi.clm.nih.gov.
2. Ismal, OE i Yildirim, L. (2019). Metalowe mordanty i biomordanty. Wpływ i perspektywy zielonej chemii dla technologii włókienniczych. Rozdział 3, s. 57-82. Odzyskany z sciencedirect.com.
3. Zhang, W. i in. (2019). Współkataliza chlorku magnezu i chlorku żelazawego do produkcji ksylo-oligosacharydów i glukozy z wytłoków z trzciny cukrowej. Bioresour Technol 2019, 291: 121839. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
4. Zhou, X. i in. (2015). Rola rodzimego żelaza w poprawie odwadniania osadu poprzez peroksydację. Raporty naukowe 5: 7516. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
5. Rathnayake, D. i in. (2019). Kontrola siarkowodoru w kanalizacji poprzez katalizowanie reakcji tlenem. Nauka o całkowitym środowisku 689 (2019) 1192-1200. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
6. Taninouchi, Y. i Okabe, TH (2018). Odzysk metali z grupy platynowców ze zużytych katalizatorów za pomocą obróbki parą chlorku żelaza. Metall and Materi Trans B (2018) 49: 1781. Odzyskany z link.springer.com.
7. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Chlorek żelaza. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
8. Aresta, M. i in. (1977). Utlenianie żelaza (0) przez chlorowodór w tetrahydrofuranie: prosty sposób na bezwodny chlorek żelaza (II). Inorganic Chemistry, tom 16, nr 7, 1977. Źródło: pubs.acs.org.
9. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.