Темір(III) хлориді — |FeCl3(H2O)x формуласына ие инорганикалық қосылыстарды сипаттайды. Феррик хлориді деп те аталатын бұл қосылыстар темірдің ең маңызды және кең таралған қосылыстарының бірі болып табылады. Олар сусыз және гидратталған түрлерде, екеуі де гигроскопиялық қасиетке ие. Оларда темір +3 тотығу күйінде болады. Сусыз туындысы Льюис қышқылы, ал барлық түрлері — жеңіл тотықтырғыштар. Ол су тазартушы және металдарды кесу (эчтинг) үшін қолданылады.
Iron(III) chloride describes the inorganic compounds with the formula |FeCl3(H2O)x. Also called ferric chloride, these compounds are some of the most important and commonplace compounds of iron. They are available both in anhydrous and in hydrated forms which are both hygroscopic. They feature iron in its +3 oxidation state. The anhydrous derivative is a Lewis acid, while all forms are mild oxidizing agents. It is used as a water cleaner and as an etchant for metals.
Электрондық және оптикалық қасиеттері
Темір хлоридінің барлық түрлері парамагнитті, себебі 3d орбитальдарында жұптаспаған электрондар болады. Fe(III) хлориді октаэдрлік немесе тетраэдрлік (немесе екеуі де, құрылым бөлімін қараңыз) болуы мүмкін, бірақ осы формалардың барлығында бес жұпталмаған электрон бар, әрқайсысы бір d орбиталында. Жоғары спинді d5 электрондық конфигурациясы d-d электрондық өтулердің спин бойынша тыйым салынғанын қажет етеді, сонымен қатар Лапорт ережесін бұзады. Бұл екі рет тыйым салынғандықтан оның ерітінділері тек әлсіз түсті болады. Яғни, техникалық тұрғыдан айтқанда, оптикалық өтулердің қарқындылығы төмен. Сулы темір сульфаты мен темір нитраты, құрамында [Fe(H2O)6]3+ бар, дерлік түссіз, ал хлорид ерітінділері сары түсті болады. Осылайша, хлорид лигандтары темір орталығының оптикалық қасиеттеріне маңызды әсер етеді.
All forms of ferric chloride are paramagnetic, owing to the presence of unpaired electrons residing in 3d orbitals. Although Fe(III) chloride can be octahedral or tetrahedral (or both, see structure section), all of these forms have five unpaired electrons, one per d orbial. The high spin d5 electronic configuration requires that d d electronic transitions are spin forbidden, in addition to violating the Laporte Rule. This double forbidden ness results in its solutions being only pale colored. Or, stated more technically, the optical transitions are non intense. Aqueous ferric sulfate and ferric nitrate, which contain |[Fe(H2O)6](3+), are nearly colorless, whereas the chloride solutions are yellow. Thus, the chloride ligands significantly influence the optical properties of the iron center.
Құрылымы
Темір(III) хлориді сусыз түрінде де, гидраттардың бірнеше түрлерінде де кездесе алады, нәтижесінде ерекше құрылымдар пайда болады.
Iron(III) chloride can exist as an anhydrous material and a series of hydrates, which results in distinct structures.
Сусыз
Сусыз қосылыс – гигроскопиялық кристалды қатты зат, балқу температурасы 307,6 °C. Түсі көру бұрышына байланысты: шағылысқан жарықта кристалдар қою жасыл, ал өткізілген жарықта – күлгін-қызыл түсті болып көрінеді. Сусыз темір(III) хлориді |BiI3 құрылымын иеленеді, онда октаэдрлі Fe(III) орталықтары екі координаталы хлорид лигандтары арқылы байланысқан.
The anhydrous compound is a hygroscopic crystalline solid with a melting point of 307.6 °C. The colour depends on the viewing angle: by reflected light, the crystals appear dark green, but by transmitted light, they appear purple red. Anhydrous iron(III) chloride has the |BiI3 structure, with octahedral Fe(III) centres interconnected by two coordinate chloride ligands.
Гидраттар
Темір хлориді сумен әрекеттескенде гидраттар түзеді, бұл оның Льюис қышқылдығын көрсетеді. Барлық гидраттар деликвесценция танытады, яғни ауадан ылғалды сіңіріп сұйық күйге өтеді. Гидратация нәтижесінде әрқашан |[FeCl2(H2O)4]+ формуласына ие аквокомплекстердің туындылары пайда болады. Бұл катион октаэдрлік темір орталығындағы хлорид лигандтарының өзара орналасуын көрсететін транс немесе цис стереохимияны қабылдауы мүмкін. Рентгендік кристаллграфиялық зерттеулермен төрт гидрат сипатталған: дигидрат |FeCl3*2H2O, дисесквигидрат |FeCl3*2.5H2O, трисесквигидрат |FeCl3*3.5H2O және, соңында, гексагидрат |FeCl3*6H2O. Бұл түрлер октаэдрлік темір катионының стереохимиясы, аниондардың табиғаты және кристалдану суының болуы немесе болмауы тұрғысынан ерекшеленеді.
Ferric chloride form hydrates upon exposure to water, reflecting its Lewis acidity. All hydrates exhibit deliquescence, meaning that they become liquid by absorbing moisture from the air. Hydration invariably gives derivatives of aquo complexes with the formula |[FeCl2(H2O)4]+. This cation can adopt either trans or cis stereochemistry, reflecting the relative location of the chloride ligands on the octahedral Fe center. Four hydrates have been characterized by X ray crystallography: the dihydrate |FeCl3*2H2O, the disesquihydrate |FeCl3*2.5H2O, the trisesquihydrate |FeCl3*3.5H2O, and finally the hexahydrate |FeCl3*6H2O. These species differ with respect to the stereochemistry of the octahedral iron cation, the identity of the anions, and the presence or absence of water of crystallization.
Суды тазарту
Ең көп қолданылатын темір(III) хлориді – сарғыш суларды тазарту және ауыз су өндірісінде. FeO-Fe құрамындағы материалдардың жоғары дисперсиялы желілерін қалыптастыру арқылы темір(III) хлоридтері коагулянттар мен флокулянттар ретінде қолданылады. Бұл қолданыста FeCl3 сулы ерітіндісі негізбен өңделіп, темір(III) гидроксидінің (Fe(OH)3) флокуляциялық құрамын құрайды, сондай-ақ FeO(OH) (ферригидрит) түрінде де дайындалады. Бұл флокула суды тазартуға және еріген заттарды бөліп алуға мүмкіндік береді. Темір(III) хлориді сондай-ақ сарғыш судан ерітілген фосфатты алу үшін де қолданылады. Темір(III) фосфаты ерімейтін болғандықтан, қатты түрінде тұншықтырады. Суды тазартуда оның бір артықшылығы – темір(III) ионы күкірттекті сутекті тотықтырып (дезодоризациялайды).
In the largest application iron(III) chloride is in sewage treatment and drinking water production. By forming highly dispersed networks of Fe O Fe containing materials, ferric chlorides serve as coagulant and flocculants. In this application, an aqueous solution of |FeCl3 is treated with base to form a floc of iron(III) hydroxide (|Fe(OH)3), also formulated as FeO(OH) (ferrihydrite). This floc facilitates the separation of suspended materials, clarifying the water. Iron(III) chloride is also used to remove soluble phosphate from wastewater. Iron(III) phosphate is insoluble and thus precipitates as a solid. One potential advantage to its use in water treatment, ferric ion oxidizes (deodorizes) hydrogen sulfide.
Органикалық синтез зерттеулері
Темір(III) хлоридтері практикалық органикалық синтезде сирек қолданылса да, олар арзан, Жерде кең таралған және салыстырмалы түрде аз улы болғандықтан реагенттер ретінде көп назар аударады. Көптеген тәжірибелер оның тотығу-тотықсыздану активтілігін де, Льюис қышқылдығын да зерттейді. 3 Алкилтиофендер темір(III) хлоридімен өңделгенде поли(тиофен)дерге полимерленеді. Темір(III) хлориді C-C байланысын түзету реакциясын қадағалауға көмектеседі. Темір(III) хлориді негізінде бірнеше реагент әзірленді. Кремний геліндегі сусыз тұз белгілі бір дегидратация және пинакол типтес изомеризация реакцияларында қолданылады. Сол сияқты, бірақ ылғалданған реагент гидролиз немесе эпимеризация реакцияларын тудырады. Алюминий тотығында темір(III) хлориді реакцияларды жеделдетуі дәлелденді. Натрий гидридімен алдын ала өңделгенде темір(III) хлориді алкендерді алкандарға, ал кетондарды спирттерге айналдыратын гидридтік тотықсыздандырушы агенттің көзі болады.
Although iron(III) chlorides are seldom used in practical organic synthesis, they have received considerable attention as reagents because they are inexpensive, earth abundant, and relatively nontoxic. Many experiments probe both its redox activity and its Lewis acidity. 3 Alkylthiophenes are polymerized to polythiophenes upon treatment with ferric chloride. Iron(III) chloride has been shown to promote C C coupling reaction. Several reagents have been developed based on supported iron(III) chloride. On silica gel, the anhydrous salt has been applied to certain dehydration and pinacol type rearrangement reactions. A similar reagent but moistened induces hydrolysis or epimerization reactions. On alumina, ferric chloride has been shown to accelerate ene reactions. When pretreated with sodium hydride, iron(III) chloride gives a hydride reducing agent that convert alkenes and ketones into alkanes and alcohols, respectively.
Гистология
Темір(III) хлориді пайдалы бояулардың құрамына кіреді, мысалы, Карной ерітіндісі – көптеген қолданыстары бар гистологиялық бекіткіш. Сондай-ақ, ол Верхофф лағын дайындау үшін қолданылады.
Iron(III) chloride is a component of useful stains, such as Carnoy's solution, a histological fixative with many applications. Also, it is used to prepare Verhoeff's stain.
Табиғи пайда болуы
Көптеген металл галоидтары сияқты, FeCl3 табиғи түрде іздік минерал ретінде кездеседі. Сирек кездесетін молизит минералы көбінесе жанартаулар мен фумарольдермен байланысты. FeCl3 негізіндегі аэрозольдер темірге бай шаң мен теңіз тұзынан түзілген тұз қышқылының араласуынан пайда болады. Бұл темір тұзы аэрозолі метанның табиғи тотығуының шамамен 1,5% -ын қамтамасыз етеді және салқындату әсерлерінің әртүрлі диапазонына ие деп саналады; осылайша, ол атмосфералық метанды жоюға арналған катализатор ретінде ұсынылған. Венера планетасының бұлттарында күкірт қышқылында еріген шамамен 1% FeCl3 бар деген гипотеза бар.
Like many metal halides, |FeCl3 naturally occurs as a trace mineral. The rare mineral molysite is usually associated with volcanoes and fumaroles. |FeCl3 based aerosol are produced by a reaction between iron rich dust and hydrochloric acid from sea salt. This iron salt aerosol causes about 1 5% of naturally occurring oxidization of methane and is thought to have a range of cooling effects; thus, it has been proposed as a catalyst for Atmospheric Methane Removal. The clouds of Venus are hypothesized to contain approximately 1% |FeCl3 dissolved in sulfuric acid.