鉄酸ナトリウム

鉄酸ナトリウム

名前
IUPAC名 鉄酸ナトリウム(VI)
その他の名前 鉄酸二ナトリウム
識別子
CAS番号	13773-03-0
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像
ケムスパイダー	65791467
InChI InChI=1S/Fe.2Na.4O/q;2*+1;;;2*-1 キー: MXXNIIPUOAHREZ-UHFFFAOYSA-N
笑顔 [O-][Fe](=O)(=O)[O-].[Na+].[Na+]
プロパティ
化学式	ナトリウム2FeO4​​
モル質量	165.821
外観	赤紫色の固体
融点	分解する
沸点	分解する
水への溶解度	可溶性
危険
GHSラベル:
ピクトグラム
関連化合物
関連化合物	鉄酸カリウム 鉄酸 バリウム
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。 インフォボックス参照

鉄酸ナトリウムは、化学式Na ₂ FeO ₄の化合物です。これは、入手が非常に難しい鉄酸のナトリウム塩です。ほとんどの鉄化合物では、金属の酸化状態は +2 または +3 です。酸化状態が +6 の鉄酸は非常に不安定で、通常の状態では存在しません。したがって、鉄酸ナトリウムなどのその塩も不安定になる傾向があります。その高い酸化状態のため、FeO ₄ ^{2- は強力な}酸化剤です。^[1]

鉄酸ナトリウム(VI)の合成は、その高い酸化力に起因する鉄酸の不安定性のため、非常に繊細であると思われます。

鉄酸(VI)の合成法には、熱、化学、電気化学があります。熱法では通常、高温(約800℃)が必要で、効率は一般的に低くなります(50%)。化学法は多相で、多数の化合物が必要です。電気化学法は、他の2つの方法と比較して、製品の純度、溶媒の必要量が少ない、クリーンな酸化剤として知られる電子の使用などの利点があります。

この方法では、Fe(III)を含む溶液がNaOHの存在下で酸化され、Fe(VI)O ₄ ^2-に変換されます。しかし、この化合物は急速に分解するため、より安定した製品を得るには、「隔離」、洗浄、乾燥プロセスなどの追加の手順が必要です。^[2]

_{この方法論で遭遇するもう一つの欠点は、飽和NaOH溶液中のNa 2} FeO ₄の溶解度が高いため、対応する溶液から乾燥生成物を分離して取得することに関連しています。塩素ガスを三価鉄のNaOH飽和溶液に通す製造手順を変更することで、41.38%のNa ₂ FeO ₄を含む乾燥化合物を得ることができます。^[3]

湿式酸化法は、固体または液体の鉄酸塩、特に鉄酸ナトリウムおよび鉄酸カリウム（VI）（Na ₂ FeO ₄およびK ₂ FeO ₄）を製造するために多くの研究者によって広く使用されてきた。一般的に、鉄イオン源として第一鉄（Fe ^II）または第二鉄（Fe ^{III ）塩、酸化剤としてカルシウム、}次亜塩素酸ナトリウム（Ca(ClO) ₂、NaClO）、チオ硫酸ナトリウム（Na ₂ S ₂ O ₃）または塩素（Cl ₂ ）、最後に溶液のpHを上げるために水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム（NaOH、NaCO _{3 ）または水酸化カリウム（KOH）を使用する。} ^{[4] [5]}

電気化学的方法では、強アルカリ溶液（NaOHまたはKOH）を含む電解セルに溶解した陰イオンを使用するか、またはFe(III)溶液中の不活性電極に電流を流して鉄をFe(VI)に酸化する必要があります。^{[6] [7] [8]}基本原理は式1-4に示されています。

陽極反応:

Fe ⁰ _(s) + OH ^- _(aq) → FeO ₄ ^2- _(aq) + 4H ₂ O _(aq) + 6e ^- (1)

カソード反応:

3H ₂ O _(水溶液) → H ₂ ^O _(g) + 4H ₂ O _(水溶液) + 6e ^- (2)

全体的な反応:

Fe ⁰ _(s) + 2OH ^- _(aq) → FeO ₄ ^2- _(aq) + 3H ₂ ⁰ _(g) + 4H ₂ O _(aq) (3)

FeO ₄ ^2- _(aq) + 2Na ⁺ _(aq) → Na ₂ FeO _4(aq) (4)

鉄酸(VI)の最初の電気化学的合成は1841年頃に行われ、これは不純物のない溶液から鉄酸ナトリウムを得る最も簡単な方法の1つです。^[9]その後、研究者はさまざまなアルカリ環境で、さまざまなNaOH濃度、さまざまな電流密度、温度、電気分解間隔でいくつかの実験を行いました。温度を上げると酸化効率が上がることがわかりましたが、この動作は特定の温度（約60°C）までしか適用できません。

電流の強さ、陽極電極の材質、電解質の種類と濃度は、鉄酸塩（VI）の生成に大きく影響します。陽極電極に大量の炭素が含まれていると、鉄酸塩（VI）の生成効率も高まります。0.9％の炭素を含む鉄または銀電極を使用すると、70％を超える効率を達成できます。最良の鉄酸塩（VI）生成データは、交流（AC）を使用して約30〜60℃の温度で99.99％の純度の鉄電極を使用したときに得られました。^{[6] [7] [8]}

現在、鉄酸ナトリウムの乾式酸化には2つの方法が知られている：^[10]

• 最初の方法は、二酸化炭素の不在下で 370 °C で過酸化ナトリウムを酸化することです。この方法の結果、FeO ₅ ^4-が生成され、これは直ちに加水分解されて FeO ₄ ^2-になるか、水溶液中で四面体イオンになり、式 5 に示すように赤紫色になります。

FeO ₅ ^4- _(水溶液) + 4H ₂ O _(水溶液) → FeO ₄ ^2- _(水溶液) (5)

• 2 つ目の方法は、亜鉛メッキ処理の残留物を酸化鉄とともに炉内で最高 800 °C まで加熱することです。亜鉛メッキ残留物と酸化鉄を過酸化ナトリウムと組み合わせると溶融し、すぐに冷却されて鉄酸ナトリウム (VI) が生成されます (以下の式 6 を参照)。

Fe ₂ O _3(s) + 3Na ₂ O _2(s) → 2Na ₂ FeO _4(s) + Na ₂ O _(s) (6)

どちらの方法も高温を使用するため、爆発の危険性があり、危険で取り扱いが困難です。

この化合物の物理的性質は、水に溶けて赤紫色の溶液を形成する暗い結晶性固体である鉄酸カリウムと類似していると説明できます。ただし、鉄酸ナトリウムは鉄酸カリウムよりも粘度が低くなっています。分解しやすいため、加熱/冷却による沈殿、蒸気拡散、抗溶媒などの従来の結晶化方法では固体状態で分離することが困難です。

化学的性質に関して言えば、鉄酸ナトリウムは非常に強力な酸化剤であり、鉄酸カリウムよりも強力で反応性が高い。酸性媒体中の酸化還元電位は2.2Vに達し、これは水処理に一般的に使用されるオゾン（2.08V）、過酸化水素（1.78V）、過マンガン酸カリウム（1.68V）などの化合物よりも強力である。さらに、廃水中の不要な汚染化合物の凝固剤としても機能し、毒性化合物に分解することなく、大きな粒子として沈殿させる。^[1]

鉄酸ナトリウムは、その特性と環境に有害な副産物を生成しないという事実により、水処理プロセスで使用できます。水処理では、次のような働きをします。

• 酸化剤：金属錯体中の有機種の酸化を促進します。

• 凝集剤: 重金属、無機塩、微量元素、金属錯体などの無機汚染化合物を除去します。

• 消毒剤: ウイルス、胞子、細菌、原生動物などの人体病原体を破壊します。

さらに、鉄酸ナトリウムはポリマーやプラスチックの色、臭い、油も除去できるため、リサイクルに適した化合物であり、曝気や散布などの従来のプロセスの代替手段にもなります。

鉄酸ナトリウムとその分解生成物は無毒です。ただし、固体状態の鉄酸ナトリウムは可燃性有機化合物と接触させないでください。

固体の鉄酸ナトリウムは、空気に触れない暗い場所に保管する必要があります。理想的には、真空または不活性ガス下で保管する必要があります。その溶液は通常の条件下で取り扱うことができますが、冷蔵保存し、長期間保管しないでください。