После эксперимента коллеги Termoyad по получению металлического цинка из водного раствора решил провести аналогичный эксперимент с железом. Скажу сразу, задача получить железо в качестве реактива не стояла: слава богу, железа пока хватает. Стояла задача ответить на вопрос: можно ли выделить металлическое железо из водного раствора солей химическим способом? Цинк легко образует гидрокомплексы при растворении гидроксида цинка в щелочах, про железо такое не скажешь, поэтому придется обойтись кислыми растворами.

В качестве исходного вещества использовал соль Мора, FeSO 4 ·(NH 4) 2 SO 4 ·6H 2 O двойной сульфат железа (II) и аммония. Дальше для простоты его формула будет обозначаться как FeSO4 (т.к. сульфат аммония в данном случае практически является балластом). Казалось бы, получить железо из раствора сульфата двухвалентного железа просто, достаточно добавить более активный металл, например, магний. Помните, в школе писали реакции вроде приведенной ниже:

FeSO 4 + Mg = MgSO 4 + Fe

Так вот, это уравнение можно смело заранее перечеркнуть. Почему?

В водном растворе сульфата железа (II) находится сразу два катиона-окислителя - Fe 2+ и H + . Последний образуется в результате гидролиза. Водород расположен в электрохимическом ряду напряжений правее железа, поэтому согласно теории восстанавливаться должны, прежде всего, катионы водорода, а уже потом - катионы железа. На практике, скорее всего, эти процессы будут идти одновременно.

Чем плохо выделение водорода? Как уже отмечалось, катионы водорода присутствуют в растворе сульфата железа в результате гидролиза. Гидролиз - обратимая реакция:

Fe 2+ + H 2 O Fe(OH) + + H +

Fe(OH) + + H 2 O Fe(OH) 2 + H +

Если катионы водорода будут реагировать с магнием, то равновесие сместится вправо - гидролиз приведет к образованию осадка гидроксида железа или основных солей.

Чтобы основные соли не выпадали, нужно добавить кислоту. Решил использовать лимонную кислоту, т.к. она сравнительно слабая, и если и будет реагировать с железом, которое образуется, то не слишком быстро.

Растворил в воде 11.7 г соли Мора и 6.2 г лимонной кислоты, получился зеленоватый раствор. Довел объем до 75 мл. Взял кусочек магния массой 1.5 г. Точнее, не чистого магния, а сплава электрон. Электрон - сплав, который содержит около 90% магния, около 10% алюминия и около 1% марганца. В нашем случае он заменил чистый магний. Важно то, что все компоненты и сплав электрон в целом не обладают ферромагнитными свойствами (именно по ним легче всего обнаружить металлическое железо - если оно образуется в результате реакции). Если условно принять, что сплав электрон - чистый магний, а лимонная кислота безводная, то на 1 моль магния приходится 0.48 моль двухвалентного железа и 0.52 моль лимонной кислоты.

Поместил кусочек магния в раствор соли Мора и лимонной кислоты. Началось выделение водорода - не очень сильное, но аэрозоль раствора летел стабильно. Зеленоватый раствор быстро стал светло-серым, со временем - темно-серым, в конце - черным (при разбавлении порции темного раствора она становилась коричневой с зеленоватым оттенком). Растворение магния продолжалось примерно 2 часа - реакция шла сравнительно медленно. Раствор заметно нагрелся.

Вскоре после начала реакции стало заметно образование мелкого порошка железа, который оседал на дно или был взвешен в растворе. Поднес к стакану магнит, образовавшийся порошок железа притянулся к магниту и собрался на стенке стакана. Кусочек магния также примагнитился, т.к. на его поверхности осело железо.

По-видимому, железо было целесообразно отделять в процессе реакции с помощью магнита - по мере его образования. Я этого не сделал и дождался полного растворения кусочка магния, а потом профильтровал раствор. Жидкость фильтровалась медленно, по-видимому, какой-то коллоид забил поры бумаги. Потом промыл железо на фильтре, после сушки осталось 0.06 г черного порошка (который содержал частички не растворившегося сплава электрон). Выход очень низкий. Порошок мазал бумагу и легко притягивался магнитом.

По моему предположению, часть железа, которое образовалось в процессе реакции, затем растворилось в лимонной кислоте. Видимо, этим и объясняется черный цвет раствора на заключительной стадии эксперимента.

Читатель спросит: "Может быть, добавлять лимонную кислоту было не обязательно? - Ведь соображения насчет образования осадка основных солей (при реакции магния и сульфата железа) - только теория, зато лимонная кислота может растворять образовавшееся железо".

Ответ даст эксперимент, который описан в следующей статье.

__________________________________________________

Сульфат железа - химическое соединение, чрезвычайно распространенное в природе и широко используемое в различных сферах хозяйственной деятельности. Существуют двух- и трехвалентная модификации этого вещества. Первая разновидность, также называемая железным купоросом, является неорганическим бинарным нелетучим соединением, имеющим формулу FeSO 4 . Внешне это химическое соединение представляет собой прозрачные кристаллогидраты светлой зеленовато-голубой окраски, имеющие высокую степень гигроскопичности и растворимости в водной среде. В вакууме FeSO 4 разлагается с высокой интенсивностью, полный распад происходит при температуре около 700°C.

Двухвалентный сульфат железа служит широко употребляемым реактивом, при комнатной температуре кристаллизирующимся из растворов в виде гептагидрата FeSO 4 ∙7H 2 O, который представляет собой вещество бледно-голубой окраски. При длительном хранении оно выветривается, превращаясь в белую порошкообразную субстанцию, а на открытом воздухе постепенно желтеет вследствие окислительных процессов. Выветривание железного купороса объясняется тем, что в его структуре присутствует одна молекула внешнесферной воды, которая легко покидает кристаллическую решетку.

Трехвалентный безводный железа сульфат является светло-желтым, парамагнитным, чрезвычайно гигроскопичным моноклинной сингонии. Способен к образованию орторомбической и гексагональной структурных модификаций. Трехвалентный сульфат железа хорошо кристаллизируется из различных растворов в виде разнообразных гидратных соединений, содержащих до десяти При медленном нагревании превращается в безводную соль, которая хорошо разлагается на гематит и серный ангидрит при температуре около 650°C. Подобно множеству других солей трехзарядных катионов, сульфат железа образует квасцы, кристаллизующиеся в форме бледно-фиолетовых октаэдров. Данное вещество является хорошим восстановителем для иона Ag+, обладающего сильными окислительными свойствами. Трехвалентный сульфат железа, гидролиз которого наблюдается при кипячении раствора, в котором он содержится, в природе существует преимущественно в ярозите (минерале).

В промышленности данное вещество получают в основном как побочный продукт на металлообрабатывающих предприятиях из различных травильных растворов, используемых для удаления окалины со стальных изделий. Также это вещество может быть выделено путем прокаливания пиритов или марказитов с NaCl в воздушной среде. Еще одним способом его синтеза служит нагревание оксида железа в солях серной кислоты. В лабораторной практике данное соединение выделяют из Fe(OH) 2 .

Немалое любопытство вызывает тот факт, что сульфат железа был обнаружен на Марсе в 2009 году космическим аппаратом «Спирит», из чего ученые сделали вывод о протекании на поверхности планеты сильных окислительных процессов. Вследствие очень низкой плотности данного вещества марсоход настолько глубоко увяз в его залежах, что даже коснулся частью корпуса глубоких слоев марсианского грунта.

На Земле сульфат железа благодаря своей способности гидролизоваться наряду с алюминиевыми квасцами используется в качестве флокулянта в процессе очистки питьевой воды. Образуя хлопья гидроксида, это химическое соединение адсорбирует многие вредные примеси. Также данное вещество нашло широкое применение в медицине, где используется как лечебное и профилактическое средство при железодефицитной анемии.

В промышленности сульфат железа широко применяется в текстильной отрасли, где он служит важным компонентом чернил и различных минеральных красок. Также данное вещество является хорошим консервантом древесины. Некоторые так называемые отбросные растворы сульфата железа перерабатываются в такие как феррон и ферригипс, представляющие собой смесь гидратов данного соединения с различными наполнителями.

Брутто-формула

FeSO 4

Фармакологическая группа вещества Железа сульфат

Нозологическая классификация (МКБ-10)

Код CAS

7720-78-7

Характеристика вещества Железа сульфат

Призматические прозрачные кристаллы голубовато-зеленого цвета или кристаллический бледно-зеленый порошок. Растворим в воде с образованием зеленоватого раствора вяжущего вкуса, имеет слабокислую реакцию.

Фармакология

Фармакологическое действие - восполняющее дефицит железа, противоанемическое .

Применение вещества Железа сульфат

Профилактика и лечение железодефицитных состояний, вызванных различными причинами: кровотечения (в т.ч. полименорея, метроррагия, роды, геморрой, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, хирургические вмешательства, частые носовые кровотечения, кровопотеря при других заболеваниях); повышенная потребность в железе (беременность, период лактации, интенсивного роста, донорство, ожоги, гемодиализ); недостаточность поступления железа с пищей или нарушение его всасывания (хроническая диарея, ахлоргидрия, гастрэктомия, целиакия, болезнь Крона, энтерит, синдром мальабсорбции).

Противопоказания

Гиперчувствительность, нарушение обмена железа в организме, гемохроматоз, гемосидероз; дисфункции ЖКТ , препятствующие всасыванию железа; апластическая и гемолитическая анемия, талассемия.

Побочные действия вещества Железа сульфат

Со стороны нервной системы и органов чувств: головная боль, головокружение, слабость, раздражительность; редко — энцефалопатия с эпилептическим синдромом.

Со стороны сердечно-сосудистой системы и крови (кроветворение, гемостаз): ощущение давления за грудиной.

Со стороны органов ЖКТ : тошнота, рвота, запор/диарея, боль в животе, зубная боль.

Аллергические реакции: зуд, сыпь; редко — анафилактический шок.

Прочие: гиперемия кожи, боль в горле.

Взаимодействие

Снижает активность тетрациклинов и пеницилламина (при сочетанном применении в ЖКТ образуются плохо всасывающиеся комплексы). Антациды снижают, а аскорбиновая кислота повышает резорбцию железа.

Пути введения

Внутрь.

Меры предосторожности вещества Железа сульфат

Возможно окрашивание экскрементов в коричнево-черный цвет, стойкое потемнение зубов.

Печеночная и/или почечная недостаточность увеличивает риск кумуляции железа.

С осторожностью применять при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, энтерите и язвенном колите.

Формула:

Сульфат железа(II), железный купорос, FeSO 4 - соль серной кислоты и 2-х валентного железа. Твёрдость - 2.

В химии железным купоросом называют кристаллогидрат сульфата железа(II) . Кристаллы светло-зелёного цвета. Применяется втекстильной промышленности, в сельском хозяйстве как инсектицид, для приготовления минеральных красок.

Природный аналог - минерал мелантерит ; в природе встречается в кристаллах моноклиноэдрической системы, зелёно-жёлтого цвета, в виде примазок или натёков.

Молярная масса : 151,91 г/моль

Плотность: 1,8-1,9 г/см³

Температура плавления : 400 °C

Растворимость в воде : 25.6 г/100 мл

Сульфат 2-валентного железа выделяется при температурах от 1,82 °C до 56,8 °C из водных растворов в виде светло-зелёных кристаллов FeSO 4 · 7H 2 О, называется в технике железным купоросом (кристаллогидрат). В 100 г воды растворяется: 26,6 г безводного FeSO 4 при 20 °C и 54,4 г при 56 °C.

Растворы сульфата 2-валентного железа под действием кислорода воздуха со временем окисляются, переходя в сульфат железа (III):

12FeSO 4 + O 2 + 6H 2 O = 4Fe 2 (SO 4) 3 + 4Fe(OH) 3 ↓

При нагревании свыше 480 °C разлагается:

2FeSO 4 → Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3

Получение.

Железный купорос можно приготовить действием разбавленной серной кислоты на железный лом, обрезки кровельного железа и т. д. В промышленности его получают как побочный продукт при травлении разбавленной H 2 SO 4 железных листов, проволоки и др., для удаленияокалины.

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

Другой способ - окислительный обжиг пирита:

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

Качественный анализ.

Аналитические реакции на катион железа (II ).

1. С гексацианоферратом(III) калия K 3 с образованием тёмно-синего осадка гексацианоферрата(III) железа(II) калия (“турнбулевой сини”), нерастворимого в кислотах, разлагающегося щелочами с образованием Fe(OH) 3 (ГФ).

FeSO 4 + K 3 KFe + K 2 SO 4

Оптимальная величина рН проведения реакции составляет 2-3. Реакция дробная, высокочувствительная. Мешают высокие концентрации Fe 3+ .

2. С сульфидом аммония (NH 4 ) 2 S с образованием чёрного осадка, растворимого в сильных кислотах (ГФ).

FeSO 4 + (NH 4) 2 S FeS + (NH 4) 2 SO 4

3.2. Аналитические реакции на сульфат-ион.

1. С групповым реактивом BaCl 2 + CaCl 2 или BaCl 2 (ГФ).

Дробное открытие сульфат-иона проводят в кислой среде, что позволяет устранить мешающее влияние CO 3 2- , PO 4 3- , и др., и при кипячении исследуемого раствора с 6 моль/дм 3 HCl для удаления S 2- , SO 3 2- , S 2 O 3 2- -ионов, которые могут образовать элементную серу, осадок которой можно принять за осадок BaSO 4 . Осадок BaSO 4 способен образовывать изоморфные кристаллы с KMnO 4 и окрашиваться в розовый цвет (повышается специфичность реакции).

Методика выполнения реакции в присутствии 0,002 моль/дм 3 KMnO 4 .

К 3-5 каплям испытуемого раствора добавляют равные объёмы растворов перманганата калия, хлорида бария и хлороводородной кислоты и энергично перемешивают 2-3 мин. Дают отстояться и, не отделяя осадка от раствора, добавляют 1-2 капли 3% раствора Н 2 О 2 , перемешивают и центрифугируют. Осадок должен остаться окрашенным в розовый цвет, а раствор над осадком обесцветиться.

2. С ацетатом свинца.

SO 4 2- + Pb 2+ PbSO 4 

Методика : к 2 см 3 раствора сульфата добавляют 0,5 см 3 разбавленной хлороводородной кислоты и 0,5 см 3 раствора ацетата свинца; образуется белый осадок, растворимый в насыщенном растворе ацетата аммония или гидроксида натрия.

PbSO 4  + 4 NaOH Na 2 + Na 2 SO 4

С cолями стронция – образование белого осадка, нерастворимого в кислотах (отличие от сульфитов).

SO 4 2 - + Sr 2+ SrSO 4 

Методика : К 4-5 каплям анализируемого раствора добавляют 4-5 капель концентрированного раствора хлорида стронция, выпадает белый осадок.

С солями кальция – образование игольчатых кристаллов гипса CaSO 4  2H 2 O.

SO 4 2- + Са 2+ + 2Н 2 О СаSO 4  2Н 2 О

Методика: на предметное стекло наносят по капле анализируемого раствора и соли кальция, слегка подсушивают. Образовавшиеся кристаллы рассматривают под микроскопом.

Количественный анализ.

Перманганатометрия.

Определение массовой доли железа в образце соли Мора (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O перманганатометрическим методом

(вариант прямого титрования)

Определение основано на окислении железа(II) перманганатом калия до железа(III).

10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O

М (Fe) = 55,85 г/моль

Методика: Точную навеску соли Мора, необходимую для приготовления 100 см 3 0,1 М раствора соли Мора, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3 , растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, после полного растворения доводят водой до метки, перемешивают. Аликвотную часть полученного раствора (индивидуальное задание) помещают в колбу для титрования, прибавляют равный объём разведённой серной кислоты (1:5) и медленно титруют раствором перманганата калия до слаборозового окрашивания раствора, устойчивого в течение 30 секунд.

Применение.

Применяют в производстве чернил ;

В красильном деле (для окраски шерсти в чёрный цвет);

Для консервирования дерева.

Список литературы.

Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Москва, 1972;

Методическое указание «Инструментальные методы анализа», Пермь, 2004;

Методическое указание «Качественный химический анализ», Пермь, 2003;

Методическое указание «Количественный химический анализ», Пермь, 2004;

Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник, Ленинград, 1991;

«Большая советская энциклопедия»;

Если вы спросите у неспециалиста, что он знает про сернокислое железо, то в ответ человек просто пожмет плечами – вроде, какое-то химическое соединение, кто же его знает! Но все меняется, если обойтись без научной терминологии, задавая вопросы не про сульфат железа, а про железный купорос, хорошо знакомый садоводам, как средство для борьбы с вредителями и осенней обработки виноградной лозы. Находит этот реактив использование и в других областях – сельском хозяйстве, медицине, строительстве, даже в гальванотехнике он применяется для электролиза.

Что такое сульфат железа

Знакомый широким массам под названием железного купороса, для ученых-химиков это будет соединенная с водой соль серной кислоты, которая по научному называется гидросульфат. Для приготовления сульфата железа, необходимо чтобы разбавленная кислота начала взаимодействовать с железными опилками или стружкой, но очень часто на производстве купорос получается как побочный продукт при травлении металлического проката, проволоки, отливок.

Формула

Химическая формула купороса – «сернокислое железо закисное» очень ясно говорит о кислотной составляющей этого реактива, с молярной массой 151 г/моль. При обычных условиях это прозрачный кристаллический порошок-гидроксосульфат бледно-зеленого цвета, который хорошо растворяется в воде и обладает сравнительно низкой токсичностью. Последнее свойство нашло ему применение на уроках химии, предоставляя возможность за короткий срок вырастить причудливые кристаллы гептагидрата из раствора железного купороса.

Свойства

Обладая хорошей растворимостью, железная соль серной кислоты имеет вяжущий вкус со слабой кислотностью, и при температуре до 56 градусов выделяется из раствора в виде кристаллогидрата – того самого купороса, которым пользуются садоводы на дачных участках. При этом, железо сернокислое может встречаться и в чистом виде, например, оно хорошо знакомо геологам как минерал мелантерит.

Очень важное качество заключается в том, что он является одним из важных соединений, необходимых человеку для полноценной жизнедеятельности, выступая надежным поставщиком железа для организма человека. В естественном виде железо поступает с яблоками, гранатами, крупой гречневой, богата им печень, разные виды орехов.

Применение сульфата железа

Благодаря тому, что сернокислое железо – это простое в получении и сравнительно дешевое химическое соединение, оно имеет очень широкие возможности для использования. На бытовом уровне, это всем известный железный купорос в садоводстве, а при гораздо более крупных масштабах, выходя далеко за рамки сельского хозяйства.

В промышленности

Формула сульфата железа хорошо знакома металлургам, ведь он является сторонним продуктом многих производств, например, получения оксида титана из минерального ильменита. Гораздо рациональнее использовать этот «побочный ресурс», чем ломать голову над утилизацией, и получать дополнительную прибыль для предприятия. Для примера можно привести тот же самый железный купорос для винограда, других плодовых культур, который хорошо разбирают дачники для своих участков.

В промышленных масштабах железный купорос находит применение в текстильной промышленности – его раствор позволяет получать насыщенный черный цвет ткани. Пройдетесь по дому – вы без труда найдете тут вещи, окрашенные с помощью красителей на основе сернокислого железа. Благодаря своим красящим качествам, этот реактив успешно используется для производства чернил для авторучек.

В медицине

Находит применение сульфат железа и в лекарствах для лечения железодефицитной анемии, это таблетки и капсулы, получить которые можно без рецепта. При этом не надо забывать, что железо – это один из важных компонентных составляющих гемоглобина, вот почему такие препараты прописывают при кровопотерях в случае травмы. В этом случае врач назначит вам «Гемофер пролонгатум» или «Тардиферон». Фармацевтам хорошо известны «Сорбифер Дурулес» и «Ферроплекс» с добавлением витамина С в качестве антиоксиданта.

В сельском хозяйстве

Не обходится без героя нашей публикации и аграрная область. Особенно хорошо железный купорос зарекомендовал себя как фунгицид – эффективное средство борьбы с грибковыми заболеваниями растений, дезинфекции стен подвалов или овощехранилищ. Важно использовать раствор купороса для протравливания семян – специальная предпосевная обработка увеличивает всхожесть, вот почему к этому средству прибегают часто. Но пока огурцы и помидоры растут в теплице, железный купорос не будет сидеть без дела – ведь он может использоваться и как эффективное удобрение.

Сульфат железа в садоводстве

Немаловажным будут внесение в почву минеральной внекорневой подкормки в виде водного раствора железного купороса – 5-10 граммов на 10 литров воды благоприятно скажутся на вашей клубнике или смородине. Эффективно применение его вместе с компостом, дозировка по инструкции будет 100 граммов на каждые 10 кг органики – по осени вы получите высокий урожай, который будет отличаться от прошлогоднего, выращенного без подкормки.

Обработка винограда

На даче многие пробуют заниматься виноградарством, причем этот кустарник плодоносит и в средней полосе нашей страны, давая возможность снимать неплохие урожаи при правильном уходе. Тут есть небольшие секреты, такие как опрыскивание винограда осенью железным купоросом с помощью которого можно эффективно противостоять нашествию бактерий и других микроорганизмов. Не жалейте раствора железного купороса, опрыскивая как саму лозу, так и подвергая обработке прилегающую территорию виноградника, ведь сколько разных вредителей может скрываться в почве вокруг!