SIARCZAN ŻELAZA (FESO4): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, SYNTEZA - CHEMIA - 2025

Siarczan żelaza jest nieorganiczna sól o tym wzorze chemicznym FeSO ₄ . Składa się z krystalicznego ciała stałego o zmiennym kolorze, otrzymywanego przemysłowo jako produkt uboczny obróbki stali.

W naturze występuje w różnych formach, z których najpowszechniejszą jest heptahydrat siarczanu żelazawego, FeSO ₄ · 7H ₂ O („zielony witriol”, obecny w mineralnym melenterycie). Ten hydrat można łatwo odróżnić po niebieskawo-zielonym kolorze jego kryształów (dolny obraz). Inne hydraty mają ogólny wzór FeSO ₄ · xH ₂ O, gdzie x waha się od 1 do 7.

Kryształy siarczanu żelaza heptahydrat. Źródło: Leiem

Heptahydrat siarczanu żelazawego traci cząsteczki wody podczas ogrzewania i może zostać przekształcony w inne formy siarczanu żelazawego; w ten sposób po podgrzaniu do 57 ° C traci trzy cząsteczki wody i przekształca się w tetrahydrat siarczanu żelazawego. Ile w sumie możesz stracić? Siedem cząsteczek wody, czyli za dużo wody.

Siarczan żelazawy jest stosowany w leczeniu i zapobieganiu niedokrwistości z niedoboru żelaza. Może jednak mieć działanie toksyczne, dlatego należy uważać przy jego dawkowaniu.

Z drugiej strony ta sól żelaza ma liczne zastosowania i zastosowania, które obejmują barwienie materiałów włókienniczych i skóry; chemiczny środek redukujący; dozymetr promieniowania; środek do konserwacji drewna. Znajduje również zastosowanie w profilaktyce chlorozy u roślin oraz w procesach grawerowania i litografii.

FeSO ₄ można utlenić w powietrzu do siarczanu żelaza (III), Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ z szybkością, którą można zwiększyć pod wpływem temperatury, światła lub wzrostu pH.

Wiele fizycznych i chemicznych właściwości siarczanu żelazawego, takich jak rozpuszczalność w wodzie, temperatura topnienia, rodzaj tworzonych przez niego kryształów i gęstość, zależy od liczby cząsteczek wody zawartych w kryształach; to znaczy jego hydratów.

Struktura siarczanu żelaza

Struktura FeSO4 · 7H2O. Źródło: Smokefoot

Wzór chemiczny FeSO ₄ podkreśla, że ​​sól ta składa się z jonów Fe ²⁺ i SO ₄ ^2- w stosunku 1: 1. Oba jony oddziałują na zasadzie sił elektrostatycznych w taki sposób, że są ułożone w rombowy układ kryształów; co logicznie odpowiada bezwodnej soli.

Z drugiej strony na górnym obrazie pokazano strukturę FeSO ₄ · 7H ₂ O. Pomarańczowa sfera reprezentuje kation Fe ²⁺ , który, jak widać, koordynuje się z sześcioma cząsteczkami wody, tworząc ośmiościan. ^Ładunek Fe ²⁺ przyciąga anion SO ₄ ^2- , a to z kolei, jeśli zostanie zaobserwowane, tworzy wiązanie wodorowe z siódmą cząsteczką wody.

Siódma cząsteczka wody (ta, która jest odległa od ośmiościanu) również tworzy kolejny mostek wodorowy z inną cząsteczką wody należącą do sąsiedniego oktaedru. W wyniku tych interakcji kryształ zmienia się z rombowego na jednoskośny.

Jako kryształy bezwodnego hydratu FeSO ₄ , aniony SO ₄ ^2- wokół Fe ²⁺ są zastępowane cząsteczkami H ₂ O. Te podstawienia zakłócają d elektrony żelaza, zmuszając je do przejścia przez różne poziomy energie; które są odpowiedzialne za zmianę koloru z białego na niebieskawo zielony.

Kwasowość

Niektóre aniony SO ₄ ^2- mogą być protonowane z kwaśnego środowiska. W konsekwencji wewnątrz kryształów FeSO ₄ · 7H ₂ O mogą znajdować się cząsteczki H ₂ SO ₄ , jeśli pH jest bardzo kwaśne; dlatego dotknięcie tych pięknych kryształów w takich warunkach może spowodować poważne oparzenia.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Nazwy

Siarczan żelazawy lub siarczan żelaza (II)

Formuła molekularna

-Bezwodny siarczan żelazawy (FeSO ₄ )

-Siarczan żelaza heptahydrat (FeSO ₄ .7H ₂ O)

Waga molekularna

Zmienia się w zależności od stopnia uwodnienia siarczanu. Na przykład heptahydrat siarczanu żelaza ma masę cząsteczkową 278,02 g / mol; podczas gdy bezwodna ma masę cząsteczkową 151,91 g / mol.

Wygląd fizyczny

Zależy również od stopnia nawodnienia. Na przykład postać bezwodna ma białe kryształy rombowe; podczas gdy w postaci heptahydratu kryształy są jednoskośne, niebiesko-zielonkawe.

Zapach

Toaleta

Gęstość

Bezwodny siarczan żelazawy jest najgęstszą formą soli (3,65 g / cm ³ ). Postać heptahydrat, z drugiej strony, jest najmniej gęsty (1,895 g / cm ³ ).

Temperatura topnienia

Podobnie zmienia się to w zależności od stopnia nawodnienia. Forma bezwodna ma temperaturę topnienia 680 ° C (1856 ° F, 973 K), a postać heptahydratu 60-64 ° C (140-147 ° F, 333-337 K).

Rozpuszczalność w wodzie

-Postać jednowodna: 44,69 g / 100 ml wody (77 ºC)

-Heptahydrat 51,35 g / 100 ml wody (54 ºC).

Rozpuszczalność w alkoholu

Nierozpuszczalny.

Ciśnienie pary

1,95 kPa (postać heptahydratu)

Współczynnik załamania światła

1591 (monohydrat) i 1471 (heptahydrat).

Stabilność

W powietrzu może szybko się utleniać i pokrywać się żółto-brązowym kolorem, co wskazuje na obecność kationu Fe ³⁺ . Szybkość utleniania zwiększa się poprzez dodanie alkaliów lub wystawienie na działanie światła.

Rozkład

Po podgrzaniu w celu rozkładu wydziela toksyczne opary dwutlenku siarki i trójtlenku siarki, pozostawiając jako pozostałość czerwonawy tlenek żelaza.

Reakcje

Jest to reduktor działający na kwas azotowy, redukując go do tlenku azotu. Podobnie redukuje chlor do chlorków, a toksyczne formy chromu obecne w cemencie do chromu (III), o mniejszej toksyczności.

Synteza

Z wełny stalowej

Siarczan żelazawy jest wytwarzany w reakcji stali (Fe) z kwasem siarkowym. W opisanej metodzie stosuje się następującą procedurę: stal stosowana jest w postaci wełny stalowej, którą wcześniej odtłuszczono acetonem.

Następnie wełnę stalową umieszcza się w szklanej zlewce i całkowicie przykrywa 30-40% kwasem siarkowym, umożliwiając trawienie kwasem przez kilka godzin; aż wełna stalowa zniknie. Można dodać więcej wełny stalowej i powtórzyć procedurę kilka razy.

Zielone kryształy, które mogły się utworzyć, są ponownie rozpuszczane przy użyciu wody zakwaszonej do pH 1-2 kwasem siarkowym. Roztwór ten przesączono przez bibułę filtracyjną i pH wyregulowano przez dodanie węglanu sodu. Roztwór jest przechowywany, aby uniknąć jego kontaktu z tlenem, a tym samym zniechęcić do utleniania Fe ²⁺ do Fe ³⁺

Następnie przesącz poddaje się odparowaniu w temperaturze 80-90 ° C. Zabieg przeprowadza się w kapsułkach Pietri umieszczonych na płycie grzewczej. Następnie zbiera się utworzone zielone kryształy, które można przenieść do eksykatora w celu całkowitego odwodnienia.

Z pirytu

Siarczan żelazawy jest również wytwarzany przez utlenianie pirytu (FeS ₂ ).

2 FeS ₂ + 7 O ₂ + 2 H ₂ O => 2 FeSO ₄ + 2 H ₂ SO ₄

Ryzyka

Wdychanie FeSO ₄ powoduje podrażnienie nosa, gardła i płuc. Kontakt fizyczny z tą solą może powodować podrażnienie skóry i oczu; ponadto długotrwały kontakt z tym ostatnim może spowodować brązowawą plamę i uszkodzenie oczu.

Wielokrotne spożycie może powodować nudności, wymioty, ból brzucha, zaparcia i nieregularne wypróżnienia.

Objawy zatrucia siarczanem żelazawym obejmują: czarne lub krwawe stolce; niebieskawa skóra i paznokcie; zmiany objętości wydalanego moczu; półomdlały; suchość w ustach lub oczach; ból w klatce piersiowej; jeść; Niewydolność oddechowa

Ponadto może wystąpić szybkie i nieregularne bicie serca, zwiększone pragnienie i głód, niezwykła bladość i duszność.

Zmieniona koagulacja wskazuje na zatrucie siarczanem żelazawym, przy czym obserwuje się wydłużenie czasu trwania trombiny, protrombiny i częściowej tromboplastyny.

Przeprowadzone badania nad wpływem siarczanu żelazawego na izolowane mięśnie serca królików pozwoliły zaobserwować, że powoduje on zmniejszenie maksymalnego napięcia wytwarzanego przez badane mięśnie sercowe, a także maksymalną szybkość narastania napięcia.

Aplikacje

W rolnictwie

-Używany jako pestycyd do kontrolowania szczypania pszenicy i rozkładu drzew owocowych.

- Stosowany jest w leczeniu chlorozy, choroby charakteryzującej się żółtawym kolorem liści, spowodowanym zasadowością gleby.

-Siarczan żelaza kontroluje zasadowość, obniżając pH gleby.

- Eliminuje mech i pielęgnuje trawnik.

Jako odczynnik i w przemyśle

Wśród zastosowań FeSO ₄ jako odczynnika oraz w przemyśle są:

- Odczynnik analityczny

-Surowy materiał do otrzymywania ferrytu i magnetycznego tlenku żelaza

-Składnik do wytwarzania nieorganicznego niebieskiego pigmentu

-Odczynnik redukujący kwas azotowy, chlor i chrom

-Przy produkcji innych siarczanów

-Jest stosowany w kąpielach galwanicznych z żelazem

-Środek do konserwacji drewna

-W wytrawionych aluminium

-Jakościowa analiza azotanów (brązowożółty test utleniania Fe ²⁺ )

-Katalizator polimeryzacji

-Jest używany jako prekursor do syntezy innych żelazów

-Jest używany w przemyśle jako środek do usuwania plam

-W produkcji barwnika żelaza

-Mordient w barwieniu wełny

-Aby nadać drewnu klonowego srebrny kolor

- Katalizator żelazowy w reakcji Fentona

W medycynie i do wzbogacania żywności

Stosowany jest w leczeniu niedokrwistości z niedoboru żelaza, stosując dawkę 150-300 mg siarczanu żelazawego trzy razy dziennie, co powoduje zauważalny wzrost stężenia hemoglobiny w ciągu tygodnia leczenia.

Jego stosowanie polecane jest również kobietom w ciąży jako uzupełnienie ich diety. Siarczan żelazawy jest stosowany jako środek ściągający w gojeniu ran u bydła.

Inni

Służy do oczyszczania ścieków metodą flokulacji, a także do usuwania fosforanów z tych wód. Do identyfikacji rodzajów grzybów stosuje się heptahydrat siarczanu żelazawego.

Bibliografia

1. CR Scientific. (sf). Laboratoryjne przygotowanie siarczanu żelazawego. Odzyskany z: crscientific.com
2. Werner H. Baur. (1964). O krystalochemii hydratów soli. III. Określenie struktury krystalicznej FeSO ₄ .7H ₂ O (melanteryt). Acta Cryst. doi.org/10.1107/S0365110X64003000
3. PubChem. (2019). Heptahydrat siarczanu żelazawego. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Marks Lynn. (19 grudnia 2014). Co to jest siarczan żelaza (Feosol)? Każde zdrowie. Odzyskany z: dailyhealth.com
5. Wikipedia. (2019). Siarczan żelaza (II). Odzyskane z: en.wikipedia.org