Eisen(III)-chlorid

Eisen(III)-chlorid ⓘ

Eisen(III)-chlorid (Hydrat)
Eisen(III)-chlorid (wasserfrei)
Bezeichnungen
IUPAC-Bezeichnungen Eisen(III)-chlorid Eisentrichlorid
Andere Bezeichnungen Eisen(III)-chlorid Molysit Flores martis
Bezeichnungen
CAS-Nummer	7705-08-0  10025-77-1 (Hexahydrat)  54862-84-9 (Dihydrat)  64333-00-2 (3,5-Hydrat)
3D-Modell (JSmol)	Interaktives Bild
ChEBI	CHEBI:30808
ChemSpider	22792
EC-Nummer	231-729-4
PubChem CID	24380
RTECS-Nummer	LJ9100000
UNII	U38V3ZVV3V  0I2XIN602U (Hexahydrat)  Y048945596 (Dihydrat)
UN-Nummer	1773 (wasserfrei) 2582 (wässrige Lösung)
InChI InChI=1S/3ClH.Fe/h3*1H;/q;;;+3/p-3  Schlüssel: RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K  InChI=1S/3ClH.Fe/h3*1H;/q;;;+3/p-3 Schlüssel: RBTARNINKXHZNM-DFZHHIFOAF Schlüssel: RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K
SMILES Cl[Fe](Cl)Cl
Eigenschaften
Chemische Formel	FeCl3
Molekulare Masse	162,204 g/mol (wasserfrei) 270,295 g/mol (Hexahydrat)
Erscheinungsbild	Grün-schwarz im Auflicht; violett-rot im Durchlicht; gelber Feststoff als Hexahydrat; braun als wässrige Lösung
Geruch	Schwach HCl
Dichte	2,90 g/cm3 (wasserfrei) 1,82 g/cm3 (Hexahydrat)
Schmelzpunkt	307,6 °C (585,7 °F; 580,8 K) (wasserfrei) 37 °C (99 °F; 310 K) (Hexahydrat)
Siedepunkt	316 °C (601 °F; 589 K) (wasserfrei, zersetzt sich) 280 °C (536 °F; 553 K) (Hexahydrat, zersetzt sich)
Löslichkeit in Wasser	912 g/L (wasserfrei oder Hexahydrat, 25 °C)
Löslichkeit in Aceton Methanol Ethanol Diethylether	630 g/L (18 °C) Gut löslich 830 g/L Gut löslich
Magnetische Suszeptibilität (χ)	+13,450-10-6 cm3/mol
Viskosität	12 cP (40%ige Lösung)
Struktur
Kristallstruktur	Sechseckig, hR24
Raumgruppe	R3, Nr. 148
Gitterkonstante	a = 0,6065 nm, b = 0,6065 nm, c = 1,742 nm α = 90°, β = 90°, γ = 120°
Formeleinheiten (Z)	6
Koordinationsgeometrie	Oktaedrisch
Gefahren
GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
Signalwort	Gefahr
Gefahrenhinweise	H290, H302, H314
Sicherheitshinweise	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 (Feuerdiamant)	2 0 0
Flammpunkt	Nicht brennbar
NIOSH (US-Grenzwerte für die gesundheitliche Belastung):
REL (Empfohlen)	TWA 1 mg/m3
Sicherheitsdatenblatt (SDS)	ICSC 1499
Verwandte Verbindungen
Andere Anionen	Eisen(III)-fluorid Eisen(III)-bromid
Sonstige Kationen	Eisen(II)-chlorid Mangan(II)-chlorid Kobalt(II)-chlorid Ruthenium(III)-chlorid
Verwandte Koagulantien	Eisen(II)-sulfat Polyaluminiumchlorid
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).  verifizieren (was ist  ?) Infobox Referenzen

Eisen(III)-chlorid ist eine anorganische Verbindung mit der Formel FeCl₃. Es wird auch als Eisen(III)-chlorid bezeichnet und ist eine häufige Verbindung von Eisen in der Oxidationsstufe +3. Die wasserfreie Verbindung ist ein kristalliner Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 307,6 °C. Die Farbe hängt vom Betrachtungswinkel ab: Im Auflicht erscheinen die Kristalle dunkelgrün, im Durchlicht dagegen violett-rot. ⓘ

Unter die Bezeichnung Eisenchlorid fällt auch die Verbindung Eisen(II)-chlorid (FeCl₂). ⓘ

Struktur und Eigenschaften

Wasserfrei

Wasserfreies Eisen(III)-chlorid hat die BiI₃-Struktur mit oktaedrischen Fe(III)-Zentren, die durch zwei koordinierte Chloridliganden miteinander verbunden sind. ⓘ

Eisen(III)-chlorid hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt und siedet bei etwa 315 °C. Der Dampf besteht aus dem Dimer Fe₂Cl₆ (wie Aluminiumchlorid), das bei höherer Temperatur zunehmend in das monomere FeCl₃ (mit der Molekülsymmetrie der D_3h-Punktgruppe) dissoziiert, das mit seiner reversiblen Zersetzung zu Eisen(II)-chlorid und Chlorgas konkurriert. ⓘ

Hydrate

Neben dem wasserfreien Stoff bildet Eisen(III)-chlorid vier Hydrate. Alle Formen von Eisen(III)-chlorid weisen zwei oder mehr Chloride als Liganden auf, und drei Hydrate weisen [FeCl₄]- auf.

• Dihydrat: FeCl₃-2H₂O hat die Strukturformel trans-[FeCl₂(H₂O)₄][FeCl₄].
• FeCl₃-2.5H₂O hat die Strukturformel cis-[FeCl₂(H₂O)₄][FeCl₄]-H₂O.
• FeCl₃-3,5H₂O hat die Strukturformel cis-[FeCl₂(H₂O)₄][FeCl₄]-3H₂O.
• Hexahydrat: FeCl₃-6H₂O hat die Strukturformel trans-[FeCl₂(H₂O)₄]Cl-2H₂O. ⓘ

Wässrige Lösung

Wässrige Lösungen von Eisenchlorid sind charakteristisch gelb, im Gegensatz zu den blassrosa Lösungen von [Fe(H₂O)₆]³⁺. Spektroskopischen Messungen zufolge sind die wichtigsten Spezies in wässrigen Lösungen von Eisenchlorid der oktaedrische Komplex [FeCl₂(H₂O)₄]⁺ (Stereochemie nicht spezifiziert) und der tetraedrische [FeCl₄]-. ⓘ

Herstellung

Wasserfreies Eisen(III)-chlorid kann durch Behandlung von Eisen mit Chlor hergestellt werden:

2 Fe + 3 Cl₂ → 2 FeCl_{3 ⓘ}

Lösungen von Eisen(III)-chlorid werden industriell sowohl aus Eisen als auch aus Erz in einem geschlossenen Kreislaufverfahren hergestellt. ⓘ

1. Auflösen von Eisenerz in Salzsäure

   Fe₃O₄ + 8 HCl → FeCl₂ + 2 FeCl₃ + 4 H₂O

2. Oxidation von Eisen(II)-chlorid mit Chlor

   2 FeCl₂ + Cl₂ → 2 FeCl₃

3. Oxidation von Eisen(II)-chlorid mit Sauerstoff und Salzsäure

   4 FeCl₂ + O₂ + 4 HCl → 4 FeCl₃ + 2 H₂O ⓘ

Beim Erhitzen von hydratisiertem Eisen(III)-chlorid entsteht kein wasserfreies Eisen(III)-chlorid. Stattdessen zersetzt sich der Feststoff in Salzsäure und Eisenoxychlorid. Hydratisiertes Eisen(III)-chlorid kann durch Behandlung mit Thionylchlorid in die wasserfreie Form überführt werden. In ähnlicher Weise kann eine Dehydratisierung mit Trimethylsilylchlorid durchgeführt werden:

FeCl₃-6H₂O + 12 (CH₃)₃SiCl → FeCl₃ + 6 ((CH₃)₃Si)₂O + 12 HCl ⓘ

Reaktionen

Eine braune, saure Lösung von Eisen(III)-chlorid ⓘ

In Wasser gelöst, ergibt Eisen(III)-chlorid eine stark saure Lösung. ⓘ

Beim Erhitzen mit Eisen(III)-oxid bei 350 °C entsteht aus Eisen(III)-chlorid Eisenoxychlorid.

FeCl₃ + Fe₂O₃ → 3FeOCl ⓘ

Das wasserfreie Salz ist eine mäßig starke Lewis-Säure und bildet Addukte mit Lewis-Basen wie Triphenylphosphinoxid, z. B. FeCl₃(OPPh₃)₂, wobei Ph Phenyl ist. Es reagiert auch mit anderen Chloridsalzen und bildet das gelbe tetraedrische [FeCl₄]-Ion. Salze von [FeCl₄]- in Salzsäure können in Diethylether extrahiert werden. ⓘ

Redox-Reaktionen

Eisen(III)-chlorid ist ein mildes Oxidationsmittel, z. B. oxidiert es Kupfer(I)-chlorid zu Kupfer(II)-chlorid.

FeCl₃ + CuCl → FeCl₂ + CuCl₂

In einer Komproportionierungsreaktion reagiert es mit Eisen unter Bildung von Eisen(II)-chlorid:

2 FeCl₃ + Fe → 3 FeCl_{2 ⓘ}

Eine traditionelle Synthese von wasserfreiem Eisen(II)-chlorid ist die Reduktion von FeCl₃ mit Chlorbenzol:

2 FeCl₃ + C₆H₅Cl → 2 FeCl₂ + C₆H₄Cl₂ + HCl ⓘ

Mit Carboxylat-Anionen

Oxalate reagieren schnell mit wässrigem Eisen(III)-chlorid und bilden [Fe(C₂O₄)₃]3-. Andere Carboxylatsalze bilden Komplexe, z. B. Citrat und Tartrat. ⓘ

Mit Alkalialkoholaten

Alkalimetallalkoxide reagieren zu Metallalkoxidkomplexen von unterschiedlicher Komplexität. Die Verbindungen können dimer oder trimer sein. In der festen Phase wurde eine Vielzahl von mehrkernigen Komplexen für die nominelle stöchiometrische Reaktion zwischen FeCl₃ und Natriumethoxid beschrieben:

FeCl₃ + 3 [CH₃CH₂O]-Na⁺ → Fe(OCH₂CH₃)₃ + 3 NaCl ⓘ

Mit metallorganischen Verbindungen

Eisen(III)-chlorid in Etherlösung oxidiert Methyllithium LiCH₃, wobei zunächst eine hellgrünlich-gelbe Lithiumtetrachloroferrat(III)-Li[FeCl₄]-Lösung und dann, bei weiterer Zugabe von Methyllithium, Lithiumtetrachloroferrat(II)-Li₂[FeCl₄] entsteht:

2 FeCl₃ + LiCH₃ → FeCl₂ + Li[FeCl₄] + -CH_{3 ⓘ}

Li[FeCl₄] + LiCH₃ → Li₂[FeCl₄] + -CH_{3 ⓘ}

Die Methylradikale verbinden sich mit sich selbst oder reagieren mit anderen Komponenten zu Ethan C₂H₆ und etwas Methan CH₄. ⓘ

Verwendungen

Industriell

Eisen(III)-chlorid wird in der Abwasseraufbereitung und der Trinkwassergewinnung als Koagulations- und Flockungsmittel verwendet. Bei dieser Anwendung reagiert FeCl₃ in leicht basischem Wasser mit dem Hydroxidion (OH-) und bildet eine Flocke aus Eisen(III)-hydroxid (Fe(OH)₃), auch als FeO(OH) (Ferrihydrit) bezeichnet, die Schwebstoffe entfernen kann. ⓘ

[Fe(H₂O)₆]³⁺ + 4 OH- → [Fe(OH)₄(H₂O)₂]- + 4 H₂O → [FeO(OH)₂(H₂O)]- + 6 H₂O ⓘ

Es wird auch als Auslaugungsmittel in der Chloridhydrometallurgie verwendet, zum Beispiel bei der Herstellung von Si aus FeSi (Silgrain-Verfahren von Elkem). ⓘ

Eine weitere wichtige Anwendung von Eisen(III)-chlorid ist das Ätzen von Kupfer in einer zweistufigen Redoxreaktion zu Kupfer(I)-chlorid und anschließend zu Kupfer(II)-chlorid bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen (PCB).

FeCl₃ + Cu → FeCl₂ + CuCl

FeCl₃ + CuCl → FeCl₂ + CuCl_{2 ⓘ}

Eisen(III)-chlorid wird als Katalysator für die Reaktion von Ethylen mit Chlor verwendet, wobei Ethylendichlorid (1,2-Dichlorethan) entsteht, ein wichtiger chemischer Grundstoff, der hauptsächlich für die industrielle Produktion von Vinylchlorid, dem Monomer für die Herstellung von PVC, verwendet wird.

H₂C=CH₂ + Cl₂ → ClCH₂CH₂Cl ⓘ

Verwendung im Labor

Im Labor wird Eisen(III)-chlorid üblicherweise als Lewis-Säure zur Katalyse von Reaktionen wie der Chlorierung aromatischer Verbindungen und der Friedel-Crafts-Reaktion von Aromaten eingesetzt. Es ist weniger stark als Aluminiumchlorid, aber in einigen Fällen führt diese Milde zu höheren Ausbeuten, zum Beispiel bei der Alkylierung von Benzol:

Der Eisen(III)-chlorid-Test ist ein traditioneller kolorimetrischer Test für Phenole, bei dem eine 1%ige Eisen(III)-chloridlösung verwendet wird, die mit Natriumhydroxid neutralisiert wurde, bis sich ein leichter Niederschlag von FeO(OH) bildet. Die Mischung wird vor der Verwendung filtriert. Die organische Substanz wird in Wasser, Methanol oder Ethanol gelöst, dann wird die neutralisierte Eisen(III)-chloridlösung zugegeben - eine vorübergehende oder dauerhafte Färbung (in der Regel violett, grün oder blau) weist auf das Vorhandensein eines Phenols oder Enols hin. ⓘ

Diese Reaktion wird im Trinder-Spot-Test ausgenutzt, der zum Nachweis von Salicylaten, insbesondere Salicylsäure, die eine phenolische OH-Gruppe enthält, verwendet wird. ⓘ

Mit diesem Test kann das Vorhandensein von Gamma-Hydroxybuttersäure und Gamma-Butyrolacton nachgewiesen werden, die eine rot-braune Färbung verursachen. ⓘ

Andere Verwendungen

• Wird in wasserfreier Form als Trocknungsreagenz bei bestimmten Reaktionen verwendet.
• Wird verwendet, um das Vorhandensein von Phenolverbindungen in der organischen Synthese nachzuweisen, z. B. bei der Prüfung der Reinheit von synthetisiertem Aspirin.
• Wird in der Wasser- und Abwasseraufbereitung zur Ausfällung von Phosphat als Eisen(III)-phosphat verwendet.
• Wird in der Abwasseraufbereitung zur Geruchskontrolle verwendet.
• Wird von amerikanischen Münzsammlern verwendet, um das Datum von Buffalo-Nickels zu identifizieren, die so stark abgenutzt sind, dass das Datum nicht mehr sichtbar ist.
• Wird von Klingenschmieden und Kunsthandwerkern beim Musterschweißen verwendet, um das Metall zu ätzen und ihm einen Kontrasteffekt zu verleihen, damit Metallschichten oder Unvollkommenheiten sichtbar werden.
• Wird zum Ätzen des Widmanstatten-Musters in Eisenmeteoriten verwendet.
• Erforderlich für das Ätzen von Tiefdruckplatten für den Druck von fotografischen und künstlerischen Bildern im Stichtiefdruck und für das Ätzen von Tiefdruckzylindern in der Druckindustrie.
• Wird zur Herstellung von Leiterplatten (PCBs) durch Ätzen von Kupfer verwendet.
• Zum Abtragen der Aluminiumbeschichtung von Spiegeln.
• Wird zum Ätzen komplizierter medizinischer Geräte verwendet.
• Wird in der Veterinärmedizin verwendet, um ein Überklettern der Krallen eines Tieres zu behandeln, insbesondere wenn das Überklettern zu Blutungen führt.
• Reagiert mit Cyclopentadienylmagnesiumbromid in einer Zubereitung von Ferrocen, einem Metall-Sandwich-Komplex.
• Wird manchmal in der Technik des Raku-Brennens verwendet, wobei das Eisen ein Töpferstück in Rosa-, Braun- und Orangetönen färbt.
• Wird zur Prüfung der Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit von nichtrostenden Stählen und anderen Legierungen verwendet.
• Wird in Verbindung mit NaI in Acetonitril zur milden Reduktion organischer Azide zu primären Aminen verwendet.
• Wird in einem Thrombosemodell für Tiere verwendet.
• Verwendung in einem experimentellen Energiespeichersystem.
• In der Vergangenheit wurde es zur Herstellung direkter positiver Blaupausen verwendet.
• Bestandteil von modifizierter Carnoy'scher Lösung für die chirurgische Behandlung von keratozystischen odontogenen Tumoren (KOT).
• Wird als Zusatz zu Natriumchlorid (NaCl) verwendet, um klare Kristalle herzustellen. ⓘ

Sicherheit

Eisen(III)-chlorid ist gesundheitsschädlich, stark ätzend und säurehaltig. Das wasserfreie Material ist ein starkes Austrocknungsmittel. ⓘ

Obwohl Berichte über Vergiftungen beim Menschen selten sind, kann das Verschlucken von Eisen(III)-chlorid zu schwerwiegenden Krankheits- und Todesfällen führen. Unsachgemäße Kennzeichnung und Lagerung führen zum versehentlichen Verschlucken oder zu Fehldiagnosen. Eine frühzeitige Diagnose ist wichtig, insbesondere bei schwer vergifteten Patienten. ⓘ

Natürliches Vorkommen

Das natürliche Gegenstück zu FeCl₃ ist das seltene Mineral Molysit, das normalerweise mit vulkanischen und anderen Fumarolen in Verbindung gebracht wird. ⓘ

FeCl₃ entsteht auch als atmosphärisches Salzaerosol durch Reaktion zwischen eisenhaltigem Staub und Salzsäure aus Meersalz. Dieses Eisensalz-Aerosol verursacht etwa 5 % der natürlichen Oxidation von Methan und hat vermutlich eine Reihe von kühlenden Wirkungen. ⓘ

Die Atmosphäre des Planeten Venus besteht zu etwa 1 % aus FeCl₃. ⓘ

Vorkommen

In der Natur kommt Eisen(III)-chlorid in Form der Minerale Molysit (Anhydrat) und Hydromolysit (Hexahydrat) vor. ⓘ

Sicherheitshinweise

Eisen(III)-chlorid ist gesundheitsschädlich beim Verschlucken und reizt die Haut. Es besteht die Gefahr ernster Augenschäden. In Verbindung mit Alkalimetallen, Allylchlorid und Ethylenoxid besteht Explosionsgefahr. ⓘ

Nachweis

Über Fe3+-Ionen

Gibt man zu Eisen(III)-chloridlösung Kaliumhexacyanidoferrat(II), entsteht ein tiefblauer Niederschlag des Pigments Berliner Blau:

$\mathrm {Fe_{(aq)}^{3+}+[Fe(CN)_{6}]_{(aq)}^{4-}+K_{(aq)}^{+}\longrightarrow KFe^{III}[Fe^{II}(CN)_{6}]_{(s)}}$. ⓘ

Ein weiterer sehr empfindlicher Nachweis geschieht mittels Thiocyanat-Ionen (SCN⁻):

$\mathrm {[Fe(H_{2}O)_{6}]_{(aq)}^{3+}+SCN_{(aq)}^{-}\longrightarrow [Fe(SCN)(H_{2}O)_{5}]_{(aq)}^{2+}+H_{2}O}$. ⓘ

Die gebildeten komplexen Pentaaquathiocyanatoeisen(III)-Ionen erscheinen intensiv rot. ⓘ

Ein weiterer Nachweis wäre der rot-braune Niederschlag von Eisen(III)-oxidhydrat ("Eisen(III)-hydroxid"), der bei Reaktion mit OH⁻-Ionen entsteht. ⓘ

Die Reaktion mit 3-Chlorsalicylsäure ergibt eine intensive violette Farbe. ⓘ