Demir(III) klorür

Demir 3 klorür bileşiği (FeCl3) inorganik bir bileşiktir. Kristalli bir katı olmasının yanı sıra görüş açısına bağlı olarak farklı renklerle gözlemlenebilir; koyu yeşil, mor-kırmızı. Sulu formu da katı formu da fiziksel görünüm olarak koyu kahverengi rengindedir.

Demir 3 klorür ’ün susuz bileşeni nispeten düşük bir erime noktasına sahiptir. Buharı dimer haline Fe2Cl6 olarak görülmektedir.

Demir 3 klorür dört tane hidrat oluşturabilmektedir. Tüm formları ligand olarak 2 veya daha fazla klorür içermektedir.

·        heksahidrat: FeCl3.6H2O yapısal formülü trans- [Fe (H2Ö)4Cl2] Cl.2H2Ö

·        FeCl3.2.5H2O yapısal formüle sahip cis- [Fe (H2Ö)4Cl2] [FeCl4].H2Ö.

·        dihidrat: FeCl3.2H2O yapısal formüle sahip trans- [Fe (H2Ö)4Cl2] [FeCl4].

·        FeCl3.3.5H2O yapısal formüle sahip cis- [FeCl2(H2Ö)4] [FeCl4].3H2Ö.

Sulu demir 3 klorür çözeltileri sarı renkli olarak gözlenmektedir. Spektroskopik ölçümlerle incelendiğinde sulu çözeltilerindeki ana türler oktahedral komplekslidir.

Susuz demir 3 klorür aşağıdaki elementlerin reaksiyonu ile elde edilebilir.

2Fe (s) + 3Cl 2 (g)  → FeCl 3 (s)

Endüstriyel olarak demir ve cevherden kapalı döngü şeklinde elde edilebilmektedirler.

1)    Demir cevheri içerisinde hidroklorik asit çözülür.

Fe3O4 (s) + 8HCl (aq) → FeCl2 (aq) + 2FeCl3 (aq) + 4H2O

2)    Demir 2 klorürün Klor ile oksidasyonu yapılır.

2FeCl2 (aq) + Cl2 (g) → 2FeCl2 (aq)

3)    Demir 2 klorür ile Oksijen oksidasyonu yapılır.

4FeCl2 (aq) + O2 + 4HCl → 4FeCl3 (aq) + 2H2O

4)   Demir (III) Nitratın hidroklorik asit ile metatez tepkimesiyle yapılır

Fe(NO3)3(s)+3HCl(s)→FeCl3(aq)+3HNO3(s)

Hidratlı demir (III) klorürün ısıtılması susuz demir klorür vermez. Bunun yerine katı, hidroklorik asit ve demir oksiklorüre ayrışır. Hidratlı demir (III) klorür, tionil klorür ile işlenerek susuz forma dönüştürülebilir. Benzer şekilde, dehidrasyon trimetilsilil klorür ile gerçekleştirilebilir:

FeCl3.6H2O + 12Me3SiCl  → FeCl3 + 6(Me3Si)2O + 12HCl

Tepkiler 
Demir 3 klorür’ün kuvvetli asidik bir çözelti verebilmesi için hidrolize uğraması gerekmektedir.  Demir 3 oksit ile 350 ° de ısıtıldığında demir oksiklorür vermektedir.

FeCl3 + Fe2O3  → 3FeOCl

Susuz tuz orta derecede güçlü lewis asidi, trifenilfosfin oksit olarak lewis üslerine eklenmektedir. FeCl3(OPPh3)2 ‘de fenil’in bulunduğu konum buna örnektir. Ayrıca sarı tetrahedral (FeCl4)-  iyonlar vermek üzere diğer klorür tuzlari ile reaksiyona girer. (FeCl4)- tuzları HCl içerisinde dietil eter’e ekstrakte edilebilmektedir.

Saç yüzeyinde oluşan demir oksitler HCl’de çözündüğünde aşağıdaki tepkimeler olmaktadır;

Fe2O3 + Fe + 6HCl = 3 FeCl2 + 3H2O

Fe3O4 + Fe + 8HCl = 4FeCl2 + 4H2O

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

Çelik yüzeylerindeki demir oksit HCl ile reaksiyonunda, demir (II) klorür (FeCl2) ve su oluşur. Yüzey temizleme işleminin uzun sürmesi ya da işlem sıcaklıklarının yüksek olması, metal çözünmesine de yol açmaktadır. FeCl3 üretiminde en yaygın yöntem; asitleme hatlarından çıkan kirli asit yüzeyinden demir kullanımı ile FeCl3 üretimidir. Genel FeCl3 üretim reaksiyonları aşağıda verilmiştir:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

FeCl2 + HCl = FeCl3 + 1/2H2

Yukarıdaki verilen reaksiyonlar gereğince Fe+2 iyonları, Fe+3 yonlarına yükseltgenmektedir. Yükseltgenme, klor gazı, sodyum hypo klorür, hidrojen peroksit, potasyum perklorat, nitrik asit ve potasyum klorürü gibi oksitleyici maddelerle yapılmaktadır.

Redoks Tepkimeleri 

Demir 3 klorür hafif bir oksitleyici ajandır. Örneğin Bakır 1 klorürü, Bakır 2 klorüre oksitler.

FeCl3+ CuCl → FeCl2+ CuCl2

Denge reaksiyonunda, demir 2 klorür’ün oluşturulabilmesi için demir ile reaksiyona girmektedir.  

2FeCl3 + Fe → 3FeCl2

Susuz demir 2 klorürün geleneksel bir sentezi, FeCl3’ün klorobenzen ile indirgenmesidir.

2FeCl3 + C6H5Cl → 2FeCl2 + C6H4Cl2 + HCl

Karboksilat anyonları ile 

Oksalatlar sulu demir 3 klorür ile hızla reaksiyona girerek [Fe[C2O4]3]3- verir. Diğer karboksilat tuzları kompleksleri oluştur. Örneğin sitrat ve tartrat.

Alkali metal alkoksitler ile 

Alkali metal alkoksitler, değişen karmaşıklıkta metal alkoksit kompleksleri vermek üzere reaksiyona girer. Bileşikler dimer ya da trimer olabilir. Katı fazdayken FeCl2, FeCl3 ve sodyum etoksit arasında nominal stokiyometrik reaksiyon için çeşitli çok çekirdekli kompleksler tanımlanmıştır.

FeCl3 + 3[C2H5O]-Na+ → Fe(OC2H5)3 + 3NaCl

Argonametalik bileşiklerle 

Eter çözeltisi içerisindeki demir 3 klorür, metil lityum LiCH’ı ilk açık yeşilimsi sarı lityum tetrakloroferrat 3 LiFeCl’yi vermek için oksitler. Ardından metil lityum, lityum tetrakloferrat 2 Li2FeCl4 ilave edilir.

2FeCl3 + LiCH3  → FeCl2 + LiFeCl4 + .CH3

LideCl4 + LiCH3 → Li2FeCl4 + .CH3

Metil tadikalleri çoğunlukla birbirleriye birleşir ya da diğer bileşenlerle bağ yapar. Çoğunlukla Etan C2H6 ya da biraz metan CH4 elde edilir.

Kullanımı

Endüstriyel 

Demir 3 klorür, kanalizasyon artıması ve içme suyu üretiminde pıhtılaştırıcı ve topaklaştırıcı olarak kullanılmaktadır. Bu uygulamada FeCl3 hafif bazik suyun içerisinde demir 2 hidroksit oluşturmak için reaksiyon girer. Daha kesin olarak FeO(OH)- şeklinde formüle edilebilir.

[Fe(H2O)6]3- + 4HO- → [Fe[H2O)2[HO4]- + 4H2O → [Fe(H2O)O(HO)2]- + H2O

Ayrıca klorür hidrometalarjisinde liç ajanı olarak kullanılır; FeSi’den gelen Si buna örnek olarak verilebilir.

Bir diğer Demir 3 klorür uygulaması ise baskılı devre kartlarının üretiminde bakır 1 klorüre ve ardından bakır 2 klorüre iki aşamalı redoks reaksiyonunda bakırın dağlanmasıdır.

FeCl2 + Cu → FeCl2 + CuCl

FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2

Demir 3 klorür, etilenle klorür’ün reaksiyonunu katalize etmek için kullanılır. Etilen diklorür (1,2-dikloroetan), esas olarak endüstriyel vinil klorür üretimi için kullanılan önemki bir emtia kimyasalı oluşturmaktadır.

H2C=CH2 + Cl2 → ClCH2CH2Cl

Laboratuvar kullanımı 

Laboratuvarda demir 3 klorür, aromatık bileşiklerin klorlanması ve aromatiklerin friedel-Crafts reaksiyonu gibi reaksiyonları katalize etmek için lewis asidi olarak yaygın olarak kullanılır.  Alüminyum klorürden daha az güçlüdür ama bazı durumlarda daha yüksek verimlere de ulaşabilir örneğin: benzen’in alkilasyonu.

Ferrik klorür testi, fenoller için geleneksel bir kalorimetrik testidir. Bu testte hafif bir FeO(OH) çökeltisi oluşana kadar sodyum hidroksit ile nötralize edilmiş %1 demir 3 klorür çözeltisi kulanılmaktadır. Karışım kullanılmadan önce filtrelenir. Organik madde su, metanol veya etanol içinde çözülür daha sonra nötralize demir 3 klorür çözeltisi eklenir- geçici veya kalıcı bir renkleme (genellikle mor, yeşil veya mavi) bir fenol veya enolün varlığını göstermektedir.

Bu reaksiyon, bir fenolik Oh grubu içeren salisilatların özellikle salisilik asidin varlığını göstermek için kullanılan trinder spot testinde kullanılır.

Bu test, kırmızı-kahverengiye dönüşmesine neden olan gama-hidroksibutirik asit ve gama-butirolakton varlığını tespit etmek için kullanılabilir.

Klorürler
Koordinasyon bileşikleri
Kurutma maddeleri
Metal halojenürler