Сульфат железа(III)

Сульфат железа(III)
<math>\mathsf{ \Biggl[}</math><math>\mathsf{ \!\ \Biggr]_2}\mathsf{ \Biggl[}</math><math>\mathsf{ \!\ \Biggr]_3}</math>
Общие
Систематическое наименование	сульфат железа(III)
Традиционные названия	сернокислое железо(III), тетрасульфид(VI) железа(III)
Хим. формула	Fe2(SО4)3
Рац. формула	Fe2O12S3
Физические свойства
Состояние	безводный — светло-жёлтый порошок
Молярная масса	(безв.) 399.88 г/моль (пентагидрат) 489.96 г/моль
Плотность	(безв.) 3.097 г/см³ (пентагидрат) 1.898 (нонагидрат) 2.1 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	(безв.) 480 °C (с разл.) (нонагидрат) 175 °C
Т. разл.	600
Мол. теплоёмк.	271,75 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования	−2580 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	(безв.) растворим, (нонагидрат) 81,5 г/100 мл
Растворимость в этаноле	(нонагидрат) растворим
Классификация
Рег. номер CAS	[www.commonchemistry.org/ChemicalDetail.aspx?ref=10028-22-5 10028-22-5] 15244-10-7 (для всех гидратов с формулой Fe2(SО4)3·nН2О (где n=1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 12)
RTECS	NO8505000
Безопасность
ЛД50	(крысы, орально) 500 мг/кг
Токсичность	0 1 0
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Сульфат железа(III) (лат. Ferrum sulfuricum oxydatum, нем. Eisensulfat (oxyd) Ferrisulfat) — неорганическое химическое соединение, соль, химическая формула — <math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3}</math>.

Физические свойства

Безводный сульфат железа(III) — светло-желтые парамагнитные очень гигроскопичные кристаллы моноклинной сингонии, пространственная группа P2₁/m, параметры элементарной ячейки a = 0,8296 нм, b = 0,8515 нм, c = 1,160 нм, β = 90,5°, Z = 4. Есть данные, что безводный сульфат железа образовывает орторомбическую и гексагональную модификации. Растворим в воде, медленно растворяется в этаноле.

Из воды кристаллизуется в виде кристаллогидратов Fe₂(SO₄)₃·n H₂O, где n = 12, 10, 9, 7, 6, 4, 3, 1. Наиболее изученный кристаллогидрат — нонагидрат сульфата железа(III) Fe₂(SO₄)₃·9H₂O — жёлтые гексагональные кристаллы, параметры элементарной ячейки a = 1,085 нм, c = 1,703 нм, Z = 4. Хорошо растворяется в воде (440 г на 100 г воды) и этаноле (абс.). В водных растворах сульфат железа(III) из-за гидролиза приобретает красно-коричневый цвет.

При нагревании нонагидрат превращается при 98 °C в тетрагидрат, при 125 °C — в моногидрат и при 175 °C — в безводный Fe₂(SO₄)₃, который выше 600 °C разлагается на Fe₂O₃ и SO₃.

Нахождение в природе

Минералогическая форма сульфата железа(III) — микасаит (англ. mikasaite), смешанный сульфат железа-алюминия. Его химическая формула — (Fe³⁺, Al³⁺)₂(SO₄)₃. Этот минерал содержит безводную форму сульфата железа, поэтому встречается в природе очень редко. Гидратированные формы встречаются чаще, например:

• Кокимбит (англ. coquimbite) — Fe₂(SO₄)₃·9H₂O — нонагидрат — наиболее распространённая в природе форма.

• Паракокимбит (англ. paracoquimbite) — другой нонагидрат — редкая форма.
• Корнелит (англ. kornelite) — гептагидрат — и куэнстедтит (англ. quenstedtite) — декагидрат — тоже встречаются редко.
• Лаусенит (англ. lausenite) — гекса- или пентагидрат (самостоятельность этого минерала под вопросом).

Все перечисленные выше природные гидраты железа на поверхности Земли нестабильны. Но их запасы постоянно пополняются благодаря окислению других минералов (в основном пирита и марказита).

Марс

Сульфат железа и ярозит были обнаружены двумя марсоходами: «Спирит» и «Оппортьюнити». Эти вещества являются признаком сильных окислительных условий на поверхности Марса. В мае 2009 года «Спирит» застрял, когда ехал по мягкому грунту планеты и наехал на залежи сульфата железа, скрытые под слоем обычного грунта. Вследствие того, что сульфат железа имеет очень низкую плотность, марсоход застрял настолько глубоко, что часть его корпуса коснулась поверхности планеты.

Получение

В промышленности сульфат железа(III) получают прокаливанием пирита или марказита с NaCl на воздухе:

<math>\mathsf{2FeS_2 + 2NaCl + 8O_2 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + Cl_2}</math>

или растворяют оксид железа(III) в серной кислоте:

<math>\mathsf{Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O}</math>

В лабораторной практике сульфат железа(III) можно получить из гидроокиси железа(III):

<math>\mathsf{2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O}</math>

Препарат той же чистоты можно получить окислением сульфата железа(II) азотной кислотой:

<math>\mathsf{2FeSO_4 + H_2SO_4 + 2HNO_3 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 2NO_2 + 2H_2O}</math>

также окисление можно провести кислородом или оксидом серы:

<math>\mathsf{12FeSO_4 + 3O_2 \longrightarrow 4Fe_2(SO_4)_3 + 2Fe_2O_3}</math>

<math>\mathsf{2FeSO_4 + 2SO_3 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2}</math>

Концентрированные серная и азотная кислоты окисляют сульфид железа до сульфата железа(III):

<math>\mathsf{2FeS + H_2SO_4 + 18HNO_3 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 18NO_2\uparrow + 10H_2O}</math>

Дисульфид железа можно окислить концентрированной серной кислотой:

<math>\mathsf{2FeS_2 + 14H_2SO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 15SO_2\uparrow + 14H_2O}</math>

Сульфат-аммоний железа(II) (соль Мора) также можно окислить дихроматом калия. Вследствие данной реакции выделятся сразу четыре сульфата — железа(III), хрома(III), аммония и калия, и вода:

<math>\mathsf{6Fe(NH_4)_2(SO_4)_2 + 7H_2SO_4 + K_2Cr_2O_7 \longrightarrow}</math>

<math>\mathsf{ Fe_2(SO_4)_3 + Cr_2(SO_4)_3 + 6(NH_4)_2SO_4 + K_2SO_4 + 7H_2O}</math>

Сульфат железа(III) можно получить как один из продуктов термического разложения сульфата железа(II):

<math>\mathsf{6FeSO_4 \xrightarrow{~T~} Fe_2(SO_4)_3 + 2Fe_2O_3 + 3SO_2}</math>

Ферраты с разбавленной серной кислотой восстанавливаются до сульфата железа(III):

<math>\mathsf{4K_2FeO_4 + 10H_2SO_4 \xrightarrow{~~} 2Fe_2(SO_4)_3 + 3O_2\uparrow + 4K_2SO_4 + 10H_2O}</math>

При нагревании пентагидрата до температуры 70—175 °C получается безводный сульфат железа(III):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3\cdot\ 5H_2O \xrightarrow{70-175^oC} Fe_2(SO_4)_3+5H_2O}</math>

Сульфат железа(II) можно окислить триоксидом ксенона:

<math>\mathsf{XeO_3+3H_2SO_4+6FeSO_4 \longrightarrow 3Fe_2(SO_4)_3+Xe\uparrow\ +3H_2O}</math>

Химические свойства

Сульфат железа(III) в водных растворах подвергается сильному гидролизу по катиону, при этом раствор окрашивается в красновато-коричневый цвет:

<math>\mathsf{Fe[(H_2O)_6]^{3+} + H_2O \rightleftarrows Fe[(H_2O)_5(OH)]^{2+} + H_3O^+;~~~~~~p\mathit{K} = 2,17}</math>

<math>\mathsf{Fe[(H_2O)_5(OH)]^{2+} + H_2O \rightleftarrows Fe[(H_2O)_4(OH)_2]^{+} + H_3O^+;~~~~~~p\mathit{K} = 3,26}</math>

<math>\mathsf{[2Fe(H_2O)_6]^{3+} + 2H_2O \rightleftarrows [Fe_2(H_2O)_8(OH)_2]^{4+} + 2H_3O^+;~~~~~~p\mathit{K} = 2,91}</math>

Горячая вода или пар разлагают сульфат железа(III):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 2H_2O \xrightarrow{100^oC} 2 FeSO_4(OH)\downarrow + H_2SO_4}</math>

Безводный сульфат железа(III) при нагревании разлагается:

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 \xrightarrow{500-700^oC} Fe_2O_3 + 3SO_3}</math>

<math>\mathsf{2Fe_2(SO_4)_3 \xrightarrow{900-1000^oC} 2Fe_2O_3 + 6SO_2 + 3O_2}</math>

Растворы щелочей разлагают сульфат железа(III), продукты реакции зависят от концентрации щёлочи:

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 2NaOH \longrightarrow 2FeSO_4(OH)\downarrow + Na_2SO_4}</math>

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 6NaOH \longrightarrow 2FeO(OH)\downarrow + 3Na_2SO_4 + 2H_2O}</math>

Если с щёлочью взаимодействует эквимолярный раствор сульфатов железа(III) и железа(II), то в результате получится сложный оксид железа:

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + FeSO_4 + 8NaOH \longrightarrow Fe_3O_4\downarrow + 4Na_2SO_4 + 4H_2O}</math>

Активные металлы (такие как магний, цинк, кадмий, железо) восстанавливают сульфат железа(III):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + Fe \longrightarrow 3FeSO_4}</math>

Некоторые сульфиды металлов (например, меди, кальция, олова, свинца, ртути) в водном растворе восстанавливают сульфат железа(III):

<math>\mathsf{CuS + Fe_2(SO_4)_3 \longrightarrow 2FeSO_4 + CuSO_4 + S}</math>

С растворимыми солями ортофосфорной кислоты образует нерастворимый фосфат железа(III) (гетерозит):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 2NaH_2PO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + 2 H_2SO_4 + 2 FePO_4\downarrow}</math>

Использование

• Как реактив при гидрометаллургической переработке медных руд.
• Как коагулянт при очистке сточных вод, коммунальных и промышленных стоков.
• Как протрава при окраске тканей.
• При дублении кожи.
• Для декапирования нержавеющих аустенитных сталей, сплавов золота с алюминием.
• Как флотационный регулятор для уменьшения плавучести руд.
• В медицине используется в качестве вяжущего и кровоостанавливающего средства.
• В химическое промышленности как окислитель и катализатор.

См. также

• Алунит
• Ярозит

Литература

• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.

Отрывок, характеризующий Сульфат железа(III)

Не доезжая государя, Ростов, отличный ездок, два раза всадил шпоры своему Бедуину и довел его счастливо до того бешеного аллюра рыси, которою хаживал разгоряченный Бедуин. Подогнув пенящуюся морду к груди, отделив хвост и как будто летя на воздухе и не касаясь до земли, грациозно и высоко вскидывая и переменяя ноги, Бедуин, тоже чувствовавший на себе взгляд государя, прошел превосходно.
Сам Ростов, завалив назад ноги и подобрав живот и чувствуя себя одним куском с лошадью, с нахмуренным, но блаженным лицом, чортом , как говорил Денисов, проехал мимо государя.
– Молодцы павлоградцы! – проговорил государь.
«Боже мой! Как бы я счастлив был, если бы он велел мне сейчас броситься в огонь», подумал Ростов.
Когда смотр кончился, офицеры, вновь пришедшие и Кутузовские, стали сходиться группами и начали разговоры о наградах, об австрийцах и их мундирах, об их фронте, о Бонапарте и о том, как ему плохо придется теперь, особенно когда подойдет еще корпус Эссена, и Пруссия примет нашу сторону.
Но более всего во всех кружках говорили о государе Александре, передавали каждое его слово, движение и восторгались им.
Все только одного желали: под предводительством государя скорее итти против неприятеля. Под командою самого государя нельзя было не победить кого бы то ни было, так думали после смотра Ростов и большинство офицеров.
Все после смотра были уверены в победе больше, чем бы могли быть после двух выигранных сражений.


На другой день после смотра Борис, одевшись в лучший мундир и напутствуемый пожеланиями успеха от своего товарища Берга, поехал в Ольмюц к Болконскому, желая воспользоваться его лаской и устроить себе наилучшее положение, в особенности положение адъютанта при важном лице, казавшееся ему особенно заманчивым в армии. «Хорошо Ростову, которому отец присылает по 10 ти тысяч, рассуждать о том, как он никому не хочет кланяться и ни к кому не пойдет в лакеи; но мне, ничего не имеющему, кроме своей головы, надо сделать свою карьеру и не упускать случаев, а пользоваться ими».
В Ольмюце он не застал в этот день князя Андрея. Но вид Ольмюца, где стояла главная квартира, дипломатический корпус и жили оба императора с своими свитами – придворных, приближенных, только больше усилил его желание принадлежать к этому верховному миру.
Он никого не знал, и, несмотря на его щегольской гвардейский мундир, все эти высшие люди, сновавшие по улицам, в щегольских экипажах, плюмажах, лентах и орденах, придворные и военные, казалось, стояли так неизмеримо выше его, гвардейского офицерика, что не только не хотели, но и не могли признать его существование. В помещении главнокомандующего Кутузова, где он спросил Болконского, все эти адъютанты и даже денщики смотрели на него так, как будто желали внушить ему, что таких, как он, офицеров очень много сюда шляется и что они все уже очень надоели. Несмотря на это, или скорее вследствие этого, на другой день, 15 числа, он после обеда опять поехал в Ольмюц и, войдя в дом, занимаемый Кутузовым, спросил Болконского. Князь Андрей был дома, и Бориса провели в большую залу, в которой, вероятно, прежде танцовали, а теперь стояли пять кроватей, разнородная мебель: стол, стулья и клавикорды. Один адъютант, ближе к двери, в персидском халате, сидел за столом и писал. Другой, красный, толстый Несвицкий, лежал на постели, подложив руки под голову, и смеялся с присевшим к нему офицером. Третий играл на клавикордах венский вальс, четвертый лежал на этих клавикордах и подпевал ему. Болконского не было. Никто из этих господ, заметив Бориса, не изменил своего положения. Тот, который писал, и к которому обратился Борис, досадливо обернулся и сказал ему, что Болконский дежурный, и чтобы он шел налево в дверь, в приемную, коли ему нужно видеть его. Борис поблагодарил и пошел в приемную. В приемной было человек десять офицеров и генералов.
В то время, как взошел Борис, князь Андрей, презрительно прищурившись (с тем особенным видом учтивой усталости, которая ясно говорит, что, коли бы не моя обязанность, я бы минуты с вами не стал разговаривать), выслушивал старого русского генерала в орденах, который почти на цыпочках, на вытяжке, с солдатским подобострастным выражением багрового лица что то докладывал князю Андрею.
– Очень хорошо, извольте подождать, – сказал он генералу тем французским выговором по русски, которым он говорил, когда хотел говорить презрительно, и, заметив Бориса, не обращаясь более к генералу (который с мольбою бегал за ним, прося еще что то выслушать), князь Андрей с веселой улыбкой, кивая ему, обратился к Борису.
Борис в эту минуту уже ясно понял то, что он предвидел прежде, именно то, что в армии, кроме той субординации и дисциплины, которая была написана в уставе, и которую знали в полку, и он знал, была другая, более существенная субординация, та, которая заставляла этого затянутого с багровым лицом генерала почтительно дожидаться, в то время как капитан князь Андрей для своего удовольствия находил более удобным разговаривать с прапорщиком Друбецким. Больше чем когда нибудь Борис решился служить впредь не по той писанной в уставе, а по этой неписанной субординации. Он теперь чувствовал, что только вследствие того, что он был рекомендован князю Андрею, он уже стал сразу выше генерала, который в других случаях, во фронте, мог уничтожить его, гвардейского прапорщика. Князь Андрей подошел к нему и взял за руку.
– Очень жаль, что вчера вы не застали меня. Я целый день провозился с немцами. Ездили с Вейротером поверять диспозицию. Как немцы возьмутся за аккуратность – конца нет!
Борис улыбнулся, как будто он понимал то, о чем, как об общеизвестном, намекал князь Андрей. Но он в первый раз слышал и фамилию Вейротера и даже слово диспозиция.
– Ну что, мой милый, всё в адъютанты хотите? Я об вас подумал за это время.
– Да, я думал, – невольно отчего то краснея, сказал Борис, – просить главнокомандующего; к нему было письмо обо мне от князя Курагина; я хотел просить только потому, – прибавил он, как бы извиняясь, что, боюсь, гвардия не будет в деле.
– Хорошо! хорошо! мы обо всем переговорим, – сказал князь Андрей, – только дайте доложить про этого господина, и я принадлежу вам.
В то время как князь Андрей ходил докладывать про багрового генерала, генерал этот, видимо, не разделявший понятий Бориса о выгодах неписанной субординации, так уперся глазами в дерзкого прапорщика, помешавшего ему договорить с адъютантом, что Борису стало неловко. Он отвернулся и с нетерпением ожидал, когда возвратится князь Андрей из кабинета главнокомандующего.
– Вот что, мой милый, я думал о вас, – сказал князь Андрей, когда они прошли в большую залу с клавикордами. – К главнокомандующему вам ходить нечего, – говорил князь Андрей, – он наговорит вам кучу любезностей, скажет, чтобы приходили к нему обедать («это было бы еще не так плохо для службы по той субординации», подумал Борис), но из этого дальше ничего не выйдет; нас, адъютантов и ординарцев, скоро будет батальон. Но вот что мы сделаем: у меня есть хороший приятель, генерал адъютант и прекрасный человек, князь Долгоруков; и хотя вы этого можете не знать, но дело в том, что теперь Кутузов с его штабом и мы все ровно ничего не значим: всё теперь сосредоточивается у государя; так вот мы пойдемте ка к Долгорукову, мне и надо сходить к нему, я уж ему говорил про вас; так мы и посмотрим; не найдет ли он возможным пристроить вас при себе, или где нибудь там, поближе .к солнцу.
Князь Андрей всегда особенно оживлялся, когда ему приходилось руководить молодого человека и помогать ему в светском успехе. Под предлогом этой помощи другому, которую он по гордости никогда не принял бы для себя, он находился вблизи той среды, которая давала успех и которая притягивала его к себе. Он весьма охотно взялся за Бориса и пошел с ним к князю Долгорукову.
Было уже поздно вечером, когда они взошли в Ольмюцкий дворец, занимаемый императорами и их приближенными.
В этот самый день был военный совет, на котором участвовали все члены гофкригсрата и оба императора. На совете, в противность мнения стариков – Кутузова и князя Шварцернберга, было решено немедленно наступать и дать генеральное сражение Бонапарту. Военный совет только что кончился, когда князь Андрей, сопутствуемый Борисом, пришел во дворец отыскивать князя Долгорукова. Еще все лица главной квартиры находились под обаянием сегодняшнего, победоносного для партии молодых, военного совета. Голоса медлителей, советовавших ожидать еще чего то не наступая, так единодушно были заглушены и доводы их опровергнуты несомненными доказательствами выгод наступления, что то, о чем толковалось в совете, будущее сражение и, без сомнения, победа, казались уже не будущим, а прошедшим. Все выгоды были на нашей стороне. Огромные силы, без сомнения, превосходившие силы Наполеона, были стянуты в одно место; войска были одушевлены присутствием императоров и рвались в дело; стратегический пункт, на котором приходилось действовать, был до малейших подробностей известен австрийскому генералу Вейротеру, руководившему войска (как бы счастливая случайность сделала то, что австрийские войска в прошлом году были на маневрах именно на тех полях, на которых теперь предстояло сразиться с французом); до малейших подробностей была известна и передана на картах предлежащая местность, и Бонапарте, видимо, ослабленный, ничего не предпринимал.
Долгоруков, один из самых горячих сторонников наступления, только что вернулся из совета, усталый, измученный, но оживленный и гордый одержанной победой. Князь Андрей представил покровительствуемого им офицера, но князь Долгоруков, учтиво и крепко пожав ему руку, ничего не сказал Борису и, очевидно не в силах удержаться от высказывания тех мыслей, которые сильнее всего занимали его в эту минуту, по французски обратился к князю Андрею.
– Ну, мой милый, какое мы выдержали сражение! Дай Бог только, чтобы то, которое будет следствием его, было бы столь же победоносно. Однако, мой милый, – говорил он отрывочно и оживленно, – я должен признать свою вину перед австрийцами и в особенности перед Вейротером. Что за точность, что за подробность, что за знание местности, что за предвидение всех возможностей, всех условий, всех малейших подробностей! Нет, мой милый, выгодней тех условий, в которых мы находимся, нельзя ничего нарочно выдумать. Соединение австрийской отчетливости с русской храбростию – чего ж вы хотите еще?