Железо хлорное (железо (iii) хлорид). Гидролиз хлорида железа(III) Как развести хлорное железо

Внимание! Сам я тот способ не опробовал, просто прочитал о нём в какой-то книжке!

Для изготовления хлорного железа нужно взять железные опилки или тонкие пластины и залить их раствором соляной кислоты (HCl).

Опилки оставляются на несколько дней в открытой ёмкости. Через несколько дней раствор позеленеет.

После этого получившийся раствор сливают и черз некоторое время он готов к "работе"!

P.S. 13 июля 2007 года мы получили письмо от уважаемого Владимира Сырова, в котором он написал следующее:

Десятилетиями уже кочует по радиолюбительской литературе байка о возможности изготовления хлорного железа в домашних условиях. Вот и на этом сайте есть такое (см. выше).

Неизвестный автор честно говорит "сам я этот способ не пробовал". Но, по-видимому, не пробовал этот способ НИКТО из тех, кто когда-либо об этом писал!!! А Ваш покорный слуга пробовал в 90-х годах, и результаты такие, что лучше даже и не пытаться делать это.

Железо может быть как трех, так и двухвалентным. При соединении с хлором получаются две формулы - "феррум хлор два" и "феррум хлор три". Первое - кристаллы зеленого цвета, второе - желто-коричневого. Для травления медных печатных плат пригоден только хлорид трехвалентного железа, "феррум хлор два" не работает - установлено на опыте. Или по крайней мере плохо работает. А при описываемом кустарном способе (залить железные опилки соляной кислотой) по каким-то законам химии получается именно "феррум хлор два". В некоторых более подробных публикациях на данную тему этот факт вроде бы учитывается - пишут что-то типа "если у вас получится зеленоватый
раствор - дайте ему постоять на открытом воздухе, чтобы он стал желтовато-бурым". На опыте проверено - не получается! Стояло и неделями и месяцами... Какая-то незначительная часть двухвалентного железа доокисляется до трехвалентного, но и не более того.

Пробовал нагревать раствор, выпаривать-высушивать и оставлять на воздухе зеленоватые кристаллы.... Доокислять путем пропускания через раствор сначала кислорода, а затем и хлора.... Все бесполезно! Чуть не отравился сам и не отравил окружающих, а практически значимого результата, заметного выхода "феррум хлор три" так и не получил!

Прошу обратить внимание на то, что мы тут имеем дело с ядами! Соляная кислота есть раствор газа "аш-хлор" в воде. Она "газит", то есть "аш-хлор" из нее испаряется. Этот газ, соединяясь с водой на слизистых оболочках органов дыхания (носа, рта, трахеи и бронхов, легких) - превращается в ту же соляную кислоту! Хлор который мне удалось получить в достаточных количествах, вообще конкретный яд. Стоит подумать о том, что здоровье дороже! В настоящее время в любом крупном городе нет проблем купить хлорное железо где-нибудь на радиорынке и не мучаться с его изготовлением. Как оказалось, в промышленности хлорное (не хлористое!) железо получают совсем иным способом - сжиганием железа в атмосфере хлора. Само собой понятно, что этот способ едва ли реализуем в домашних условиях.

Даже при наличии готового хлорного железа советовал бы соблюдать осторожность - травить где-нибудь под воздушной тягой, на балконе, где-нибудь в гараже.... Чтобы поберечь здоровье не только свое, но и ближних домочадцев. Не говоря уже о свинце, который входит в состав оловянно-свинцового припоя. Совсем незначительные количества паров
свинца, попадая в организм, вызывают со временем хроническое отравление, различные болезни, в том числе разрушение зубов.... Не зря на производстве существуют очень строгие инструкции по устройству вытяжной вентиляции. Но дома, в быту, радиолюбители очень часто этим пренебрегают, а зря. На самом деле этого свинца достаточно совсем
немного. Только последствия наступают не сразу... И в хлоридах тоже хорошего мало...

Вот и автор публикации (цитируя кого-то) пишет: "через некоторое время раствор позеленеет". Это будет хлорид двухвалентного железа, а не то, что надо было получить. А насчет того, что "через некоторое время" все же будет готов к работе.... Увы. Если не верите - попробуйте проверить сами! И только тогда можно писать рецепт, когда он
лично проверен на опыте. С чужих слов писать не стоит.

Хлорид железа (III) в виде раствора можно приготовить в лаборатории или в домашних условиях. Потребуется термостойкая неметаллическая посуда и чистая горячая или дистиллированная). После растворения и отстаивания получается темно-коричневая жидкость. Есть ряд особенностей приготовления раствора хлорного железа, о которых следует узнать до того, как начинать работу с ним.

Хлорное железо

Безводное хлорное железо, выпускаемое химической промышленностью — FeCl 3 , — кристаллы темно-коричневого цвета с оттенками красного, фиолетового, темно-зеленого. Молярная масса — 162,21 г/моль. Плавится вещество при температуре 307,5 °C, при 500 °C начинает разлагаться. В 100 г воды растворяется навеска безводной соли:

74,4 г (0 °C);
99 г (25 °C);
315 г (50 °C);
536 г (100 °C).

Безводный (III) — очень гигроскопичное вещество, быстро притягивает влагу из окружающей среды. На воздухе взаимодействует с водой, превращаясь в желтые кристаллы гексагидрата FeCl 3 + 6Н 2 О. Массовая доля безводного хлорного железа в веществе, приобретенном в торговой сети, достигает 95%. Присутствует небольшое количество хлористого железа FeCl 2 и нерастворимых примесей. Торговое название — «Хлорное железо». Вещество пожаро- и взрывобезопасное, но его раствор оказывает коррозийное влияние на металлические предметы.

Гексагидрат хлорида железа (III)

Кроме безводного промышленность выпускает кристаллогидрат, в нем массовая доля хлорного железа (III) составляет 60%. Вещество представляет собой желто-бурую кристаллическую массу или рыхлые куски того же оттенка. Важная отличительная черта ионов двух- и трехвалентного железа — цвет. Для степени окисления Fe 2+ характерен зеленоватый оттенок, шестиводный кристаллогидрат хлористого железа — голубовато-зеленое вещество. В степени окисления Fe 3+ ионы приобретают цвет от желтого до коричневого. Для качественного определения на раствор хлорного железа действуют реактивами:

NaOH (появляется бурый осадок Fe(OH) 3);
K 4 (появляется осадок KFe синего цвета);
KCNS, NaCNS (образуется роданид железа Fe(CNS) 3 красного цвета).

Как развести хлорное железо

Хлорид железа (III) в виде раствора коричневого или красного цвета можно найти в торговой сети, приготовить в лаборатории или в домашних условиях. В последнем случае обязательно потребуется термостойкая неметаллическая посуда (стеклянная, пластиковая, керамическая). Воду для растворения соли можно взять из-под крана. Безопаснее — кипяченая или дистиллированная. Нагретую до 50-70 °C воду помещают в емкость, а затем малыми порциями насыпают вещество. Пропорции хлорного железа и воды — 1:3. Если готовить раствор из кристаллогидрата, то воды потребуется меньше, ведь она содержится в кристаллогидрате (40% от массы). Добавляют вещество в раствор понемногу, каждая порция — около 5-10 г. Сразу насыпать всю навеску не рекомендуется из-за бурного характера реакции гидратации. Нельзя использовать металлическую посуду (ложки, шпатели). Соль должна полностью раствориться в теплой воде, для чего кристаллы нужно хорошо перемешать с жидкостью. Ускоряет процесс добавление соляной кислоты (1/10 от массы кристаллов). После отстаивания в течение нескольких часов на дне может появиться осадок из-за присутствия в навеске и образования в ходе реакции гидроксида железа. Следует профильтровать готовый раствор темно-коричневого цвета и хранить в плотно закрытой пластиковой таре при умеренной температуре и отсутствии прямого солнечного освещения.

Применение хлорного железа в промышленности и коммунальном хозяйстве. Бытовое использование

Соли железа находят применения во многих сферах. Хлорид трехвалентного металла используется для обработки воды, металлов и закрепления красок. Вещество применяется в промышленном органическом синтезе (катализатор, окислитель). Особенно ценятся коагулирующие свойства иона Fe 3+ в очистке коммунальных и производственных стоков. Под действием хлорида железа мелкие нерастворимые частички примесей слипаются и осаждаются. Также происходит связывание части растворимых загрязнений, которые удаляют на очистных сооружениях. Кристаллогидрат и безводная соль FeCl 3 применяются в процессах травления металлических печатных форм. Добавляют вещество в бетон для укрепления его прочности.

Химические явления при травлении плат. Меры безопасности

Популярное химическое вещество для травления печатных плат — хлорное железо. Раствор для этих целей готовят из 0,150 кг соли и 0,200 л теплой воды. В нем содержатся ионы Fe 3+ , Cl - , а при гидролизе образуется соединение коричневого цвета — гидроксид трехвалентного железа. Процесс идет по схеме: FeCl 3 + 3HOH↔ Fe(OH) 3 + 3Cl - + 3H + . Недостаток метода заключается в загрязнении платы побочными продуктами реакции, которые затрудняют дальнейшее травление. Сама соль — нелетучее вещество, но в процессе взаимодействия с водой выделяет едкие пары. Работу необходимо проводить на свежем воздухе или в хорошо проветриваемой комнате. Попадание раствора на кожу и слизистые оболочки приводит к раздражению и может вызвать дерматиты. Следует использовать средства индивидуальной защиты (очки, перчатки). При соприкосновении с едким раствором необходимо промыть кожу большим количеством воды.

Хлорное железо - средняя соль трехвалентного железа и соляной кислоты. На вид это химическое сырье представляет собой мягкую кристаллическую массу ржаво-коричневато-черного цвета. Температура его кипения составляет 319°С, температура плавления - 309°С. Хлорное железо образуется в результате нагревания железа с хлором. Его можно получить также как побочный продукт при производстве хлорида титана TiCl4 и хлорида алюминия AlCl3. Еще один способ получения хлорного железа – горячее хлорирование или окисление раствора FeCl2 с последующим выпариванием раствора FeCl3.

Сфера применения хлорного железа достаточно широка. Его используют как коагулянт для очистки воды, как катализатор в органическом синтезе, как протраву в процессе окрашивания тканей, а также для приготовления железных пигментов и прочих солей железа. Еще раствор хлорного железа используют для травления печатных плат.

Достаточно широкое распространение хлорное железо получило в качестве коагулянта в процессе очистки промышленных и городских сточных вод. По сравнению с другими коагулянтами, в частности с сернокислым алюминием, этот химический продукт имеет важное преимущество – хлорид железа наделен высокой скоростью осаждения разнообразных примесей. В результате гидролиза хлорное железо образует малорастворимый гидроксид железа. В процессе его образования захватываются различные органические и неорганические примеси, образуя при этом рыхлые хлопья, которые легко удаляются из очищаемых стоков. Такие хлопья, плотностью 1001–1100 г/л и размером 0,5–3,0 миллиметров, имеют довольно большую поверхность с отличной сорбционной активностью. В процессе их образования в структуру включаются взвешенные вещества (крупные микроорганизмы, клетки планктона, ил, остатки растений), коллоидные частицы, а также часть ионов загрязнений, ассоциированных на поверхности данных частиц. При помощи данного продукта процесс осаждения шлама протекает намного быстрее и глубже. Еще одно преимущество хлорного железа - его благоприятное влияние на биохимическое разложение шлама. Для качественной очистки сточных вод на один кубический метр требуется 30 г хлорного железа. Очистка вод хлорным железом уменьшает содержание растворимых примесей до 25 процентов, а нерастворимых до 95 процентов. В процессе проведения очистки сточных промышленных и городских вод ядовитые соединения и микроорганизмы разрушаются гипохлоритом натрия.

Благодаря своим ярко выраженным кислотным свойствам хлорид железа используется как катализатор в процессах органического синтеза, при получении термостойких смол и окисления нефтяных битумов. Железо хлорное - энергичный хлорирующий агент, поэтому он применяется для избирательного извлечения некоторых компонентов руд. В частности, это химическое сырье требуется в ароматических углеводородах для реакции электрофильного замещения. Хорошо известно также применение водных растворов хлорного железа. Обладая достаточно мягкими травильными свойствами, они используются в электронной промышленности и приборостроении для травления печатных плат, металлических деталей и медной фольги. Применяется хлорное железо и в строительстве. Его используют как добавку к портландцементу для ускорения процесса схватывания. Добавка хлорного железа значительно увеличивает прочность бетона. Используется этот продукт и в других сферах жизнедеятельности человека, в частности:
с его помощью осветляются природные воды в системах водоподготовки;
удаляется масло из стоков масложировых комбинатов;
он используется при очистке сточных вод кожевенно-меховых предприятий от соединений хрома;
для смягчения хозяйственно-питьевой воды;
а также в хлорорганическом синтезе

FeCl 3 Мол. в. 162,21

FeCl 3 ·6H 2 O Мол. в. 270,30

Свойства

Безводный препарат - черно-коричневые кристаллические корки или большие пластинчатые кристаллы гексагональной системы, гранатово-красные в проходящем и зеленые с металлическим блеском в отраженном свете. Пл. 2,898 г/см 3 . При 309 °С препарат плавится в подвижную красную жидкость, кипящую при 319 °С с частичным разложением. Однако уже при 100 °С FeCl 3 заметно улетучивается. На воздухе жадно притягивает влагу и расплывается. Очень хорошо растворим в воде (47,9% при 20 °С, со значительным выделением тепла), хорошо растворим в этиловом спирте, глицерине, диэтиловом эфире и ацетоне, мало растворим в бензоле. Раствор FeCl 3 в некоторых органических растворителях на свету восстанавливается в FeCl 2 , при этом растворитель окисляется или хлорируется, например FeCl 3 и этиловый спирт образуют FeCl 2 и ацетальдегид.

Кристаллогидрат FeCl 3 ·6H 2 O - красно-коричневая влажная на ощупь, довольно мягкая кристаллическая масса. Из водных растворов кристаллизуется иногда в полушаровидных агрегатах лучисто-кристаллического строения. Во влажном воздухе быстро расплывается. Т. пл. 37 °С; улетучивается уже при 100 °С. Выше 250 °С распадается на Fe 2 O 3 , FeCl 3 , Cl 2 и HCl. Препарат очень хорошо растворим в воде, растворим в этиловом спирте, глицерине и диэтиловом эфире.

Приготовление безводного FeCl 3

В трубку 4 из тугоплавкого стекла (рис. 20) помещают 70 г не слишком тонкой железной проволоки, высушенной при 110 °С и охлажденной в эксикаторе (еще лучше использовать стружки железа Армко). Эту трубку присоединяют с помощью резиновой пробки к широкогорлой банке 5 емкостью 1 л. Другой конец трубки 4 соединяют с системой для осушки хлора, состоящей из промывалки 1 с конц. H 2 SO 4 и трубки 3 с P 2 O 5 ; склянка 2 является предохранительной на случай закупоривания трубки 4 возгоняющимся FeCl 3 . из прибора вытесняют воздух хлором и нагревают трубку 4 пламенем горелки, поддерживая ток хлора таким, чтобы в поглотительной склянке 8 с раствором NaOH проходили лишь редкие пузырьки газа.

Образующийся FeCl 3 возгоняется в банку 5. Сразу же по окончании реакции банку 5 отсоединяют и немедленно закрывают заранее приготовленной притертой пробкой.

Выход ~200 г (почти 100%). Для окончательной очистки FeCl 3 можно подвергнуть повторной возгонке в токе хлора, но и без этого препарат вполне пригоден для большинства целей.

Приготовление кристаллогидрата FeCl 3 ·6H 2 O

Сначала получают раствор FeCl 2 , растворяя металлическое железо в соляной кислоте, а затем окисляют его хлором:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 б

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

Работу следует проводить под тягой.

В коническую колбу емкостью 1 л, содержащую 740 мл 25%-ной соляной кислоты (ч. д. а.), прибавляют небольшими порциями 120 г чистых железных стружек (огнеопасно - водород !). Когда бурный период реакции закончится, раствор нагревают до 80-90 °С, фильтруют и полученный раствор FeCl 2 (около 700 мл) хлорируют в аппарате, изображенном на рис. 21.

Раствор FeCl 2 из напорной склянки 1 подают в абсорбер 3 со скоростью 5 мл/мин. Абсорбером служит колонка высотой 100 см и диаметром 4 см, заполненная обрезками стеклянных трубок диаметром 6-8 мм и длиной 3 см. Снизу в колонку пускают хлор со скоростью 6 л/мин. Газ предварительно для промывки просасывают через склянку 2 с водой. Избыток хлора через склянку Тищенко 4 уводится в тягу.

Хлорированный раствор стекает из колонки по сифону в приемник 5. Процесс должен быть отрегулирован так, чтобы окисление было полным (проба жидкости не должна давать синего осадка с раствором K 3 Fe(CN) 6).

Раствор из приемник 5 переносят в фарфоровую чашку и упаривают при 90-95 °С точно до пл. 1,659 (при 25 °С). Несоблюдение этого условия приведет к тому, что либо раствор не будет кристаллизоваться, либо произойдет выделение другого, метастабильного кристаллогидрата. Оставшийся раствор охлаждают до 4 °С, изредка перемешивая. Выделившиеся кристаллы отсасывают на воронке Бюхнера и переносят их в банку с притертой пробкой.

Выход 500 г (66% по железу). Полученный препарат обычно соответствует реактиву квалификации ч. д. а., но иногда удается получать препарат х. ч.