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| 名前 | |||
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| IUPAC名
塩化鉄(III)
三塩化鉄 | |||
その他の名前
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| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.028.846 | ||
| EC番号 |
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パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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| 国連番号 |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |||
| 塩化鉄3 | |||
| モル質量 |
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| 外観 | 反射光では緑黒、透過光では紫赤、六水和物では黄色の固体、水溶液では茶色 | ||
| 臭い | 微量のHCl | ||
| 密度 |
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| 融点 | 307.6 °C (585.7 °F; 580.8 K) (無水) 37 °C (99 °F; 310 K) (六水和物) [1] | ||
| 沸点 |
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| 912 g/L（無水または六水和物、25 ℃）[1] | |||
| 溶解度 |
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磁化率（χ）
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+13,450·10 −6 cm 3 /モル[2] | ||
| 粘度 | 12 c P（40％溶液） | ||
| 危険性[4] [5] [注 1] | |||
| GHSラベル: | |||
 
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| 危険 | |||
| H290、H302、H314 | |||
| P234、P260、P264、P270、P273、P280、P301+P312、P301+P330+P331、P303+P361+P353、P304+P340、P305+P351+P338、P310、P321、P363、P390、P405、P406、P501 | |||
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |||
| 引火点 | 不燃性 | ||
| NIOSH（米国健康暴露限界）： | |||
REL (推奨)
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TWA 1 mg/m3 [ 3] | ||
| 安全データシート（SDS） | の | ||
| 関連化合物 | |||
その他の陰イオン
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その他の陽イオン
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関連凝固剤
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| 構造 | |||
| 六角形、hR24 | |||
| R 3、第148号[7] | |||
a = 0.6065 nm、b = 0.6065 nm、c = 1.742 nm α＝90°、β＝90°、γ＝120°
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数式単位( Z )
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6 | ||
| 八面体 | |||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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_chloride_anhydrate.jpg/500px-Iron(III)_chloride_anhydrate.jpg)
塩化鉄(III)は、化学式Fe Cl 3 (H 2 O) xの無機化合物です。塩化鉄とも呼ばれるこれらの化合物は、鉄の最も重要で一般的な化合物の1つです。これらは無水物と水和物の両方の形で入手可能で、どちらも吸湿性があります。これらは鉄の酸化状態が +3 であるのが特徴です。無水誘導体はルイス酸ですが、すべての形態は穏やかな酸化剤です。これは水クリーナーや金属の エッチング剤として使用されます。
電子的および光学的特性
塩化鉄(III)のすべての形態は、3d軌道に存在する不対電子の存在により常磁性である。塩化鉄(III)は八面体または四面体(またはその両方、構造の項を参照)になる可能性があるが、これらの形態はすべて、 d軌道ごとに1つずつ、合計5つの不対電子を持つ。高スピンd 5電子配置では、dd電子遷移がスピン禁制であることが必要であり、さらにラポルト則に違反する。この二重禁制により、その溶液は淡い色になる。または、より技術的に言えば、光学遷移は強くない。[Fe(H 2 O) 6 ] 3+を含む硫酸鉄( III)および硝酸鉄(III )水溶液はほぼ無色であるが、塩化物溶液は黄色である。したがって、塩化物配位子は鉄中心の光学特性に大きく影響する。[8] [9]
構造
塩化鉄(III)は無水物および一連の水和物として存在することができ、異なる構造を形成します。
無水
無水化合物は吸湿性の結晶性固体で、融点は307.6℃です。色は見る角度によって異なり、反射光では結晶は濃い緑色に見えますが、透過光では赤紫色に見えます。無水塩化鉄(III)はBiI 3構造を持ち、八面体Fe(III)中心が2配位塩化物配位子によって相互接続されています。[7] [10]
塩化鉄(III)は比較的融点が低く、約315℃で沸騰します。蒸気は塩化アルミニウムと同様に二量体 Fe 2 Cl 6で構成されています。この二量体は高温で単量体FeCl 3（D 3h点群分子対称性）に解離し、可逆分解して塩化鉄(II)と塩素ガスを生成します。[11]
水和物
塩化鉄(III)は水に触れるとルイス酸性を反映して水和物を形成する。すべての水和物は潮解性を示し、空気中の水分を吸収して液体になる。水和により、必ず式[FeCl 2 (H 2 O) 4 ] +のアクア錯体の誘導体が生じる。この陽イオンは、八面体鉄中心の塩化物配位子の相対的な位置を反映して、トランスまたはシスの立体化学をとることができる。X線結晶構造解析により、二水和物FeCl 3 ·2H 2 O、二セスキ水和物FeCl 3 ·2.5H 2 O、三セスキ水和物FeCl 3 ·3.5H 2 O、そして六水和物FeCl 3 ·6H 2 Oの4つの水和物が特性評価されている。これらの種は、八面体鉄陽イオンの立体化学、陰イオンの種類、および結晶水の有無が異なっている。[9]構造式は[ trans −FeCl 2 (H 2 O) 4 ][FeCl 4 ]、[ cis −FeCl 2 (H 2 O) 4 ][FeCl 4 ]·H 2 O、[ cis −FeCl 2 (H 2 O) 4 ][FeCl 4 ]·H 2 O、[ trans −FeCl 2 (H 2 O) 4 ]Cl·2H 2 Oである。この系列の最初の3つは、四面体テトラクロロ鉄酸（[FeCl 4 ] − ）アニオンを持つ。[12]
解決
固体水和物と同様に、塩化鉄(III)の水溶液も立体化学が指定されていない八面体[FeCl 2 (H 2 O) 4 ] +で構成されています。[9]塩化鉄(III)水溶液の詳細なスペシエーションは、個々の成分が明確な分光学的特徴を持たないため困難です。高スピンd 5構成の鉄(III)錯体は運動学的に不安定であり、これは配位子が急速に解離して再結合することを意味します。さらに複雑なのは、これらの溶液が三価カチオン金属のアクア錯体で予想されるように強酸性であるという点です。鉄アクア錯体はオレーション、つまりポリマーオキソ誘導体の形成を起こしやすいです。塩化鉄(III)の希薄溶液は、分子量10 4の可溶性ナノ粒子を生成します。これは「老化」の特性、つまり数日かけて構造が変化または進化する特性を示します。[13] 塩化鉄(III)の加水分解によって形成されるポリマー種は、水処理における塩化鉄(III)の使用において重要である。
水溶液の複雑な挙動とは対照的に、ジエチルエーテルおよびテトラヒドロフラン中の塩化鉄(III)の溶液は挙動が良好である。両方のエーテルは、一般式FeCl 3 (エーテル) 2の1:2付加物を形成する。これらの錯体では、鉄は5配位である。[14]
準備
無水塩化鉄(III)は年間数百トン生産されています。主な方法は直接塩素化と呼ばれ、スクラップ鉄を原料として使用します。[10]
- 2 Fe + 3 Cl 2 → 2 FeCl 3
反応は数百度で行われ、生成物は気体となる。過剰の塩素を使用することで、中間体の塩化第一鉄が第二鉄の状態に変換されることが保証される。[10]同様の実験室規模のプロセスも報告されている。[15] [16]
塩化鉄(III)の水溶液は、鉄酸化物を含むいくつかの鉄前駆体から工業的にも生産されています。
- Fe 2 O 3 + 6 HCl + 9 H 2 O → 2 FeCl 3 (H 2 O) 6
補完的な経路として、鉄金属は塩酸で酸化され、続いて塩素化される。[10]
- Fe + 2 HCl → FeCl 2 + H 2
- FeCl 2 + 0.5 Cl 2 + 6 H 2 O → FeCl 3 (H 2 O) 6
これらのプロセスには、塩化第二鉄による鉄の酸化や中間体の水和など、多くの変数が関係する。[10] 塩化鉄(III)の水和物は、無水塩化第二鉄を容易に生成しない。加熱脱水を試みると、塩酸とオキシ塩化鉄が生成される。実験室では、水和塩化鉄(III)は、塩化チオニル[17]またはトリメチルシランクロリド[18]で処理することで無水形態に変換できる。
- FeCl 3・6H 2 O + 12 (CH 3 ) 3 SiCl → FeCl 3 + 6 ((CH 3 ) 3 Si) 2 O + 12 HCl
- FeCl 3 ·6H 2 O + 6 SOCl 2 → FeCl 3 + 6 SO 2 + 12 HCl
反応
高スピンd 5電子配置である塩化鉄(III)は不安定であり、そのCl-およびH 2 O配位子は遊離塩化物および水と急速に交換される。[9] [19]運動学的不安定性とは対照的に、塩化鉄(III)は熱力学的に堅牢であり、これは上記のようにその合成に適用される強力な方法に反映されている。
無水塩化鉄3
無水物と水和物の形態に当てはまる不安定性の他に、無水塩化鉄の反応性には2つの傾向があることが分かります。それはルイス酸であり、酸化剤でもあるということです。[20]
無水塩化鉄(III)の反応は、それが親酸素性かつ硬いルイス酸であるという説明を反映している。塩化鉄(III)の親酸素性は、無数の形で現れる。350℃で酸化鉄(III)と加熱すると、反応してオキシ塩化鉄を生成する。[21]
- FeCl 3 + Fe 2 O 3 → 3FeOCl
アルカリ金属アルコキシドは反応して鉄(III)アルコキシド錯体を与える。これらの生成物は無水塩化鉄(III)よりも複雑な構造をしている。[ 22] [23]固相では、 FeCl3とナトリウムエトキシドの間の公称化学量論反応に対して、さまざまな多核錯体が記載されている。
- FeCl 3 + 3 CH 3 CH 2 ONa → "Fe(OCH 2 CH 3 ) 3 " + 3 NaCl
塩化鉄(III)は、トリフェニルホスフィンオキシドなどのルイス塩基と1:2付加物を形成します。例えば、FeCl 3 (OP(C 6 H 5 ) 3 ) 2です。関連する1:2錯体FeCl 3 (OEt 2 ) 2 （Et = C 2 H 5 )は、エーテル溶液から結晶化されています。[14]
塩化鉄(III)もテトラエチルアンモニウム塩化物と反応して、テトラクロロ鉄酸イオンの黄色の塩（ (Et 4 N)[FeCl 4 ]）を与える。同様に、FeCl 3をNaClおよびKClと結合させると、それぞれNa[FeCl 4 ]およびK[FeCl 4 ]が得られる。[24]
これらの単純な化学量論的反応に加えて、塩化鉄(III)のルイス酸性は、有機化学のセクションで後述するように、さまざまな酸触媒反応に使用することができます。 [10]
酸化剤としては、塩化鉄(III)は鉄粉を酸化して均化反応により塩化鉄(II)を形成する。[10]
- 2 FeCl 3 + Fe → 3 FeCl 2
無水塩化鉄の伝統的な合成法は、塩化鉄(II)をクロロベンゼンで還元する方法である。[25]
- 2 FeCl 3 + C 6 H 5 Cl → 2 FeCl 2 + C 6 H 4 Cl 2 + HCl
塩化鉄(III)は160℃以上に加熱すると塩素ガスを放出し、塩化鉄( II)を生成する。[16]
- 2FeCl 3 → 2FeCl 2 + Cl 2
この反応を抑制するために、上で述べたように、塩化鉄(III)の製造には過剰の塩素化剤が必要である。[16] [10]
水和 FeCl3
無水物質とは異なり、水和塩化鉄(III)は、水配位子がFe(III)に結合してルイス酸性を失わせているため、特に強いルイス酸ではありません。
無水物と同様に、水和塩化鉄は好酸素性である。例えば、シュウ酸塩は塩化鉄(III)水溶液と急速に反応して、[Fe(C 2 O 4 ) 3 ] 3− （フェリオシュウ酸塩として知られる）を生成する。クエン酸塩や酒石酸塩などの他のカルボン酸塩源も同様に結合してカルボン酸錯体を生成する。鉄(III)の酸素配位子に対する親和性は、フェノールの定性試験の基礎であった。分光法に取って代わられたが、塩化鉄試験は伝統的な比色試験である。[26]鉄(III)のフェノールに対する親和性は、トリンダースポット試験で利用されている。[27]
水性塩化鉄(III)は、塩化銅(I)と反応して塩化銅(II)と塩化鉄(II)を 生成することからわかるように、一電子酸化剤として機能します。
- FeCl 3 + CuCl → FeCl 2 + CuCl 2
この基本的な反応は、銅のエッチングにおける塩化鉄溶液の使用に関連しています。
有機金属化学
無水塩化鉄(III)と有機リチウムおよび有機マグネシウム化合物との相互作用は、これまで何度も研究されてきました。これらの研究は、FeCl 3がエーテル溶媒に溶解するため、求核 アルキル化剤の加水分解の可能性が回避され、可能になりました。このような研究は、FeCl 3触媒によるクロスカップリング反応のメカニズムに関連している可能性があります。[28]有機鉄(III)中間体の単離には、[FeR 4 ] −中間体が分解しないように、低温反応が必要です。アルキル化剤としてメチルマグネシウム臭化物を使用すると、Fe(CH 3 ) 4 ] −の塩が単離されています。[29]これらの反応の感度を示す例として、メチルリチウム LiCH 3が塩化鉄(III)と反応して、リチウムテトラクロロ鉄酸(II) Li 2 [FeCl 4 ]を生成します。[30]
- 2 FeCl 3 + LiCH 3 → FeCl 2 + Li[FeCl 4 ] + 0.5 CH 3 CH 3
- Li[FeCl 4 ] + LiCH 3 → Li 2 [FeCl 4 ] + 0.5 CH 3 CH 3
鉄(III)アセチルアセトネートおよび関連するβ-ジケトネート錯体は、エーテル可溶性の鉄イオン源として、FeCl 3よりも広く使用されています。[ 20 ] これらのジケトネート錯体は、塩化鉄(III)とは異なり水和物を形成せず、関連する溶媒への溶解性が高いという利点があります。[28] シクロペンタジエニルマグネシウムブロミドは塩化鉄(III)と複雑な反応を起こし、フェロセンを生成します。[31]
- 3 C 5 H 5 MgBr + FeCl 3 → Fe(C 5 H 5 ) 2 + 1/n (C 5 H 5 ) n + 3 MgBrCl
この変換は実用的な価値はないものの、フェロセンが象徴する有機金属化学の歴史においては重要なものであった。 [32]
用途
水処理
塩化鉄(III)の最大の用途は、下水処理と飲料水の製造です。塩化鉄(III)は、Fe-O-Fe含有物質の高度に分散したネットワークを形成することで、凝固剤や凝集剤として機能します。[33]この用途では、 FeCl 3の水溶液を塩基で処理して、 FeO(OH) (フェリハイドライト)とも呼ばれる水酸化鉄(III) ( Fe(OH) 3 )のフロックを形成します。このフロックは懸濁物質の分離を促進し、水を浄化します。[10]
塩化鉄(III)は廃水から可溶性リン酸を除去するためにも使用されます。リン酸鉄(III)は不溶性であるため、固体として沈殿します。[34]水処理における使用の潜在的な利点の1つは、鉄(III)イオンが硫化水素を酸化（脱臭）することです。[35]
エッチングと金属洗浄
また、塩化物湿式製錬における浸出剤としても使用され、[36]例えばFeSiからSiを製造する場合（ElkemによるSilgrain法）に使用されます。[37]
別の商業用途では、塩化鉄(III)溶液は次の式に従って 銅のエッチングに有効です。
- 2 FeCl 3 + Cu → 2 FeCl 2 + CuCl 2
溶解性塩化銅(II)を洗い流すと銅パターンが残ります。この化学反応はプリント回路基板(PCB)の製造に使用されます。[19]
塩化鉄(III)は金属物を扱う他の多くの趣味にも使われている。[38] [39] [40] [41] [42]
有機化学
工業的には、塩化鉄(III)はエチレンと塩素の反応の触媒として使用され、二塩化エチレン（1,2-ジクロロエタン）を形成する。[43]
- H 2 C = CH 2 + Cl 2 → ClCH 2 CH 2 Cl
二塩化エチレンは汎用化学物質であり、主にPVCを製造するためのモノマーである塩化ビニルの工業生産に使用されます。[44]
ルイス酸としての使用例として、塩化鉄(III)は求電子芳香族置換反応および塩素化反応を触媒する。この役割において、その機能は 塩化アルミニウムの機能に似ている。場合によっては、2つの混合物が使用される。[45]
有機合成研究
塩化鉄(III)は実際の有機合成ではほとんど使用されていないが、安価で、地球上に豊富に存在し、比較的無毒であるため、試薬としてかなり注目されている。多くの実験で、その酸化還元活性とルイス酸性の両方が調べられている。 [20] 例えば、塩化鉄(III)はナフトールをナフトキノンに酸化する：[20] [46] 3-アルキルチオフェンは塩化鉄(III)で処理するとポリチオフェンに重合する。 [47]塩化鉄(III)はCCカップリング反応 を促進することが示されている。[48]
担持塩化鉄(III)をベースにした試薬がいくつか開発されている。シリカゲル上では、無水塩が特定の脱水反応やピナコール型転位反応に利用されている。同様の試薬だが湿潤させると加水分解やエピマー化反応が誘発される。[49]アルミナ上では、塩化鉄(III)がエン反応を促進することが示されている。[50]
塩化鉄(III)を水素化ナトリウムで前処理すると、アルケンとケトンをそれぞれアルカンとアルコールに変換する水素化物還元剤が得られます。 [51]
組織学
塩化鉄(III)は、カルノア溶液などの有用な染色剤の成分であり、多くの用途を持つ組織学的固定剤である。また、ヴェルホエフ染色を調製するためにも使用される。[52]
自然発生
多くの金属ハロゲン化物と同様に、FeCl3は微量鉱物として天然に存在します。希少鉱物であるモリサイトは、通常、火山や噴気孔に関連しています。[53] [54]
FeCl 3ベースのエアロゾルは、鉄分を多く含む塵と海塩の塩酸との反応によって生成されます。この鉄塩エアロゾルは、自然に発生するメタンの酸化の約1～5％を引き起こし、さまざまな冷却効果があると考えられているため、大気中のメタン除去の触媒として提案されています。[55]
金星の雲には硫酸に溶解した約1％のFeCl3が含まれていると推測されている。[56] [57]
安全性
塩化鉄(III)は飲料水の処理に広く使用されているため[ 10]、低濃度では毒物としての問題はほとんどありません。[不適切な合成？ ]しかし、無水塩化鉄(III)や濃縮Fe Cl 3水溶液は腐食性が強く、適切な保護具を使用して取り扱わなければなりません。[20]
注記
- ^ 日本のGHS関係省庁連絡会議（2006年）[6]による代替GHS分類では、 FeCl3による呼吸器刺激の可能性が指摘されており、その他の点ではここで使用されている分類とは若干異なります。
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さらに読む
ウィキメディア・コモンズには、塩化鉄(III)に関連するメディアがあります。
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