کلرید آهن (III) کلروفریک

آهن(III) کلرید

1-مقدمه

کلرید آهن (III)  ترکیبی غیر آلی با فرمول (FeCl3) می باشد و در دسته ی مواد معدنی جای می گیرد. این ماده همچنین به نام کلرید فریک و کلروفریک نیز شناخته می شود و ترکیبی متداول از آهن در حالت اکسیداسیون +3 است. ترکیب بی آب این نمک یک جامد کریستالی با نقطه ذوب 307.6 درجه سانتی گراد است. رنگ این محصول در طیف نورهای مختلف, متفاوت دیده می شود؛ کریستال ها  از سبز تا بنفش و قرمز به نظر می رسند. این رنگ می تواند زرد نیز باشد و در صورت تبخیر آب آن به مشکی تغییر کند.

نمک آهن III کلرید آبدار

نمک آهن III کلرید بی آب

کلرید آهن بدون آب (III) دارای ساختار BiI3 است ، با مراکز هشت وجهی Fe (III) که توسط لیگاندهای کلرید کوئوردینه شده به هم متصل شده اند. 
کلرید آهن (III) دارای نقطه ذوب نسبتاً پایینی است و در دمای 315 درجه سانتی گراد می جوشد. بخار متشکل از دیمر Fe2Cl6 (همانند کلرید آلومینیوم) است که به طور فزاینده ای در دمای بالاتر ، در رقابت با تجزیه برگشت پذیر آن برای تولید کلرید آهن (II) و گاز کلر به FeCl3 مونومر (با تقارن مولکولی گروه نقطه D3h ) تجزیه می شود.
کلرید فریک علاوه بر نوع بی آب ، چهار فرم هیدراته نیز تشکیل می دهد. 
     - هگزاهیدرات: FeCl3.6H2O دارای فرمول ساختاری trans- [Fe (H2O) 4Cl2] Cl.2H2O
     - فرم FeCl3.2.5H2O دارای فرمول ساختاری cis- [Fe (H2O) 4Cl2] [FeCl4] .H2O است.
     - دی هیدرات: FeCl3.2H2O دارای فرمول ساختاری trans- [Fe (H2O) 4Cl2] [FeCl4] است.
     - فرم FeCl3.3.5H2O دارای فرمول ساختاری cis- [FeCl2 (H2O) 4] [FeCl4] .3H2O است.

محلول های آبی کلرید فریک بر خلاف محلول های صورتی کم رنگ  [Fe (H2O) 6] 3+به رنگ زرد هستند ، بر اساس آنالیز های طیف سنجی ، گونه های اصلی موجود در محلول های آبی کلرید فریک می توانند کمپلکس اکتاهدرال FeCl2 (H2O) 4+  و تتراهدرال FeCl4 - باشند

2-تاریخچه

با این که تاریخ دقیقی از کشف این ماده در دسترس نیست اما می توان حدس زد که با توجه به سنتز کلر در سال 1774 , تهیه ی این نمک از آهن می تواند به اوایل سال 1800 و یا بعد از آن باشد.

3-کاربردها

1-3-تصفیه آب

کلرید آهن (III) در تصفیه فاضلاب و تولید آب آشامیدنی به عنوان منعقد کننده یا لخته کننده استفاده می شود. در این کاربرد ، FeCl3 در آب کمی بازی با یون هیدروکسید واکنش می دهد و یک توده هیدروکسید آهن (III) ایجاد می کند ، یا دقیق تر به عنوان FeO (OH)- فرموله می شود که می تواند مواد معلق را حذف کند.

2-3- فرایند اچینگ (etching)

یکی دیگر از کاربردهای مهم کلرید آهن ، اچینگ (etching) مس در واکنش اکسیداسیون و کاهش دو مرحله ای به کلرید مس( I) و سپس کلرید مس (II) در تولید مدارهای الکتریکی چاپی است.

3-3-کاتالیزگر

کلرید آهن (III) به عنوان کاتالیزور برای واکنش اتیلن با کلر استفاده می شود و باعث تشکیل اتیلن دی کلراید (1،2-دی کلرواتان) می شود که یک ماده شیمیایی مهم است ، که عمدتا برای تولید صنعتی مونومر وینیل کلرید جهت تولید PVC استفاده می شود. 

4-3-واکنش های آزمایشگاهی

در آزمایشگاه از کلرید آهن (III) معمولاً به عنوان اسید لوئیس برای کاتالیز شدن واکنش هایی مانند کلره کردن ترکیبات آروماتیک و واکنش فیدل -کرافتز آرومایتک استفاده می شود. قدرت آن از کلرید آلومینیوم کمتر است ، اما در برخی موارد این ملایمت منجر به بازده بالاتری می شود ، به عنوان مثال در آلکیله شدن بنزن:

4-واکنش ها

1-4-انحلال

هنگامی که این نمک در آب حل می شود ، کلرید آهن (III) محلول شدیدی اسیدی می دهد. 

2-4-حرارت دادن

هنگامی که با اکسید آهن (III) در دمای 350 درجه سانتی گراد گرم می شود ، کلرید آهن (III) اکسی کلرید آهن می دهد.

3-4-اسید و باز

نمک بی آب این محصول یک اسید لوئیس نسبتا قوی است و با بازهای لوئیس مانند تری فنیل فسفین واکنش می دهد و محصولات متنوعی می دهد. مانند، FeCl3 (OPPh3) 2 که در آن Ph فنیل است. 

4-4-نمک های کلرید

همچنین این ترکیب با سایر نمک های کلرید واکنش می دهد و یون تتراهدرالFeCl4 -  زرد رنگ را ایجاد می کند. نمک های FeCl4 -  در اسید کلریدریک را می توان با دی اتیل اتر استخراج کرد.

5-4- اکسایش کاهش

کلرید آهن (III)  یک عامل اکسید کننده ملایم است ، به عنوان مثال ، کلرید مس (I)  را به کلرید مس (II) اکسید می کند.

در واکنشی دیگر ، با آهن واکنش داده و کلرید آهن (II) را تشکیل می دهد.

سنتز سنتی کلرید آهن بدون آب از طریق کاهش FeCl3 با کلروبنزن می باشد.

6-4- آنیون های کربوکسیلات

اگزالات ها به سرعت با کلرید آهن (III) آبی واکنش می دهند و [Fe (C2O4) 3] 3−  را تولید می کنند. سایر نمک های کربوکسیلات کمپلکس هایی را تشکیل می دهند. به عنوان مثال ، سیترات و تارتارات از این جمله هستند.

7-4- آلکوکسیدهای فلز قلیایی

آلکوکسیدهای فلز قلیایی با این نمک واکنش نشان می دهند و کمپلکس های متفاوتی را به مجموعه های آلکوکسید فلزی می دهند. ترکیبات می توانند دیمری یا تریمریک باشند. در فاز جامد انواع کمپلکس های چند هسته ای برای واکنش استوکیومتری بین FeCl3 و اتوکسید سدیم شرح داده شده است:

8-4-ترکیبات آلی فلزی

کلرید آهن (III) در محلول اتر ، متیل لیتیوم LiCH3 را اکسید می کند
ابتدا محلول LiFeCl4 یعنی لیتیوم تتراکلروفرات (III) (زرد مایل به سبز) و سپس با افزودن متیل لیتیوم ، لیتیم تتراکلروفرات  Li2Fe(II)Cl4تشکیل می شود.

رادیکال های متیل با خود ترکیب شده یا با سایر اجزاء واکنش نشان می دهند و بیشتر اتان ( C2H6 ) و مقداری متان (CH4) به دست می آورند.

5-روش تولید

1-5-کلر

کلرید آهن بدون آب (III) می تواند از طریق واکنش آهن با کلر تهیه شود:

2-5-صنعتی

محلول کلرید آهن (III) به صورت صنعتی هم از آهن و هم از سنگ معدن می شود. (طبق مراحل زیر)

حل شدن سنگ آهن در اسید کلریدریک:

اکسیداسیون آهن (II) کلرید توسط کلر :

اکسیداسیون آهن (II) کلرید توسط اکسیژن:

3-5-آهن کلرید آب دار

با گرم کردن کلرید آهن هیدراته (III)  کلرید فریک بدون آب تولید نمی شود. در عوض ، جامد ما به اسید کلریدریک و اکسی کلرید آهن تجزیه می شود. کلرید آهن هیدراته (III) را می توان با تینول کلرید به حالت بدون آب تبدیل کرد. به طور مشابه ، دی هیدراسیون می تواند با تری متیل سیلیل کلراید انجام شود.

6-تحقیقات جدید

یکی از مواردی که از این ترکیب استفاده می شود, اضافه کردن آن به سایر ترکیبات جهت بهبود عملکرد می باشد.(دوپ کردن). در همین زمینه پژوهشی تحت عنوان" مطالعه عوامل موثر بر رسانایی نانوذرات پلی پیرول دوپ شده با کلرید آهن (III) تهیه شده به روش پلیمریزاسیون امولسیونی" در نشریه علوم و فناوری رنگ به چاپ رسیده است.

7-روش نگهداری

این ترکیب دارای واکنش پذیری پایین و اشتعال پذیری کم است اما برای سلامتی مضر می باشد. در نتیجه بسته بندی صحیح آن جهت پخش نشدن در محیط و برچسب گذاری و ذخیره مناسب جهت جلوگیری از بلع تصادفی یا تشخیص اشتباه از ضروریات نگهداری این ترکیب می باشد.

8-ایمنی

کلرید آهن (III) مضر، بسیار خورنده و اسیدی است. اگر این ترکیب بدون آب باشد، یک عامل خشک کننده قوی است.
اگرچه گزارش مسمومیت در انسان نادر است ، اما مصرف کلرید آهن می تواند منجر به عوارض و مرگ و میر جدی شود، تشخیص زودهنگام به ویژه در بیماران مبتلا به مسمومیت بسیار مهم است.