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鐵化合物

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鐵化合物和其它元素形成的化合物。鐵在化合物中存在−2到+6共9種氧化態,如右表所示。

氧化態 示例
−2 (d10) Na2[Fe(CO)4]
−1 (d9) Fe
2
(CO)2−
8
0 (d8) Fe(CO)5
1 (d7) Fe2(CO)4(cp)2
2 (d6) FeCl2
3 (d5) FeCl3
4 (d4) Fe(diars)
2
Cl2+
2
5 (d3) FeO3−
4
6 (d2) K2FeO4

無機化合物

+2和+3價鐵化合物

含鹵化合物

黃色的FeCl3·6H2O
不同濃度的FeCl3溶液(0.05 - 1.5 mol/L)

鐵可以和鹵素形成二元或多元化合物。鹵化亞鐵都可以由氫鹵酸反應得到:[1]

Fe + 2 HX → FeX2 + H2

該反應生成鹵化亞鐵的水合物。鹵素(除外)和鐵發生放熱反應,生成三價鐵的化合物:[2]

2 Fe + 3 X2 → 2 FeX3

而碘和鐵的反應只生成碘化亞鐵。在水溶液中,Fe3+可以將I氧化為單質:[2]

2 I + 2 Fe3+ → I2 + 2 Fe2+ (E0 = +0.23 V)

氟化亞鐵(FeF2)可以以無水物和四水合物的形式存在,它們都是白色晶體。[3][4]無水物由無水氯化亞鐵和氟化氫反應得到[5],四水合物由溶液結晶產生。氟化亞鐵微溶於水。氟化鐵(FeF3)也可以無水物和三水合物的形式存在,無水物是白色固體,而水合物略帶淺粉色。[6]氯化亞鐵(FeCl2)在無水時為灰棕色固體,它可以形成綠色的四水合物。鐵和氯化氫在甲醇中反應,可以得到氯化亞鐵的甲醇合物,甲醇合物在160°C分解,可以得到無水物。[7]FeCl2和兩分子的[(C2H5)4N]Cl反應,生成配合物[(C2H5)4N]2[FeCl4]。[8]氯化鐵(FeCl3)是最常見的鐵的含鹵化合物。它以黑綠色的無水物和深黃色的六水合物的形式存在,它們都容易潮解。氯化鐵和類反應,可以形成深紫色的配合物。[9]溴化亞鐵(FeBr2)易潮解,是棕黃色固體,具有CdI2層狀結構。[10]溴化鐵(FeBr3)是棕黃色固體,它是強路易斯酸,可以催化一些有機反應,如的溴化反應。[11]溴化鐵在200°C分解,生成溴化亞鐵和單質。碘化亞鐵是白色至灰白色固體,在潮濕空氣中易被氧化。[12]由於碘化亞鐵溶液中不存在Fe3+,因此它可用於製備氫氧化亞鐵(Fe(OH)2)。[13]碘化鐵(FeI3)需要在氬氣下,由Fe(CO)4I2的稀溶液與過量的正己烷溶液中反應得到。它能夠被水、吡啶等溶劑分解。[14]

高氯酸亞鐵(Fe(ClO4)2)的六水合物是淺綠色晶體,易溶於水,可溶於乙醇。[15]高氯酸鐵(Fe(ClO4)3)的水合物是略帶灰紫色的固體,易溶於水。其FeIII可以和不同的配體結合,形成配合物,如[Fe(H2O)6](ClO4)3·3H2O[16]、[Fe(bpy)3](ClO4)3·3H2O[17]等。高氯酸亞鐵和高氯酸鐵都可用於有機合成。[15][18]碘酸鐵(Fe(IO3)3)可由硝酸鐵碘酸反應得到[19],它的熱分解產物為α-Fe2O3[20]高碘酸鐵鉀(K2FeIO6)是一種分析試劑,可用於檢驗Li+[21]

Fe2O3的兩種水合物(α型為紅色,β為黃色),[22]它們可用作顏料

氧族元素化合物

氧化亞鐵(FeO)是黑色粉末,可由草酸亞鐵隔絕空氣時的熱分解反應製備:

FeC2O4 → FeO + CO + CO2

它是鹼性氧化物,溶於酸形成亞鐵鹽。[23]三氧化二鐵(Fe2O3)是紅棕色固體,草酸鐵硝酸鐵的熱分解可以得到具有順磁性的α-Fe2O3四氧化三鐵氧化可以得到具有鐵磁性的γ-Fe2O3[23]鐵鏽是氧化鐵的水合物(Fe2O3·xH2O)。四氧化三鐵(Fe3O4)是黑色固體,具有鐵磁性,是電的良導體。[23]所有鐵的氧化物在高溫下都可以被氫氣一氧化碳還原為單質鐵。

在含有Fe2+的溶液中滴加氫氧化鈉,可以得到白色的氫氧化亞鐵(Fe(OH)2),這種化合物在空氣中極易被氧化,最後生成紅棕色的氫氧化鐵。氫氧化鐵的化學式通常寫作Fe(OH)3,但它實際上是羥基氧化鐵的水合物(FeO(OH)·H2O)。氫氧化亞鐵和氫氧化鐵都具有兩性,溶於酸形成Fe2+和Fe3+,溶於濃鹼生成[Fe(OH)6]4−和[Fe(OH)6]3−[23]綠鏽是一類含Fe2+、Fe3+和OH的混合價態氫氧化物,它的組成和溶液中存在的陰離子有關,如[Fe2+
4
Fe3+
2
(OH
)12]2+ · [SO2−
4
·2H
2
O
]2−[24][25]是一種常見的組成。

硫化亞鐵(FeS)是一種黑色固體,難溶於水,可由的化合反應製備,該反應是放熱反應。[26]硫化氫和硫酸亞鐵反應,也能得到硫化亞鐵。除了FeS外,Fe2S3、Fe3S4和FeS2等多種硫化物是已知的。二硫化亞鐵(FeS2)在自然界中以黃鐵礦白鐵礦的形式存在。純的FeS2是一種半導體材料,光吸收係數較高,但光電轉換效率低。[27]硫酸亞鐵(FeSO4)以無水物和水合物的形式存在,其中最常見的是七水合物。七水合硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)是淺藍綠色晶體,俗稱綠礬,它可由鐵和稀硫酸反應製得:[28]

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

硫酸亞鐵在680°C分解,放出二氧化硫三氧化硫

2 FeSO4 → Fe2O3 + SO2 + SO3
硫酸鐵銨晶體

硫酸亞鐵銨((NH4)2Fe(SO4)2.6H2O)俗稱莫爾鹽,它是淺綠色的單斜晶體,較一般的亞鐵鹽穩定,不易在空氣中氧化,可由硫酸亞鐵和硫酸銨的混合溶液結晶得到。[29]硫酸鐵(Fe2(SO4)3)是灰白色粉末,可由硫酸亞鐵在硫酸溶液中用過氧化氫氧化製得。[30]硫酸鐵銨(NH4Fe(SO4)2·12H2O)中含有未水解的鐵離子,其晶體顯淡紫色。由硫酸亞鐵氧化後和硫酸銨結晶製得。[31]它可用作酯化反應的催化劑。[32]

高氧化態鐵化合物

高鐵酸鹽是含+6價鐵的含氧酸鹽,以Na2FeO4、K2FeO4和BaFeO4最為常見。它們可以通過化學氧化或電化學氧化法製得。[33]高鐵酸鹽的穩定性較差,在水中會緩慢分解,對其加熱也會分解。[34]

低氧化態鐵化合物

五羰基鐵一氧化氮反應,生成黑色的四亞硝基鐵(Fe(NO)4)晶體。它在液氨中,一個亞硝基配體可以被氨取代。[35]五(三氟化磷)合鐵是黃色低熔點(44°C)的固體,可溶於惰性溶劑中。[35]

鐵的負價化合物通常出現在鐵的金屬有機化合物中。

有機化合物

二茂鐵晶體

二茂鐵(Fe(C5H5)2)是鐵的環戊二烯配合物,也是最早發現的夾心配合物[36]它可由環戊二烯基鈉環戊二烯基溴化鎂氯化亞鐵反應得到:[37]

2 NaC5H5 + FeCl2 → Fe(C5H5)2 + 2 NaCl
2 C5H5MgBr + FeCl2 → Fe(C5H5)2 + 2 MgBrCl

二茂鐵的化學性質穩定,在不破壞結構的情況下其茂環可以發生一些取代反應。它在酸性溶液中可以被氧化,生產二茂鐵鎓離子。[38]

Fe(CO)5(左)和Fe2(CO)9(右)

鐵的羰基配合物是另一類重要的有機鐵化合物。五羰基鐵(Fe(CO)5)是草黃色的液體,可由一氧化碳於150°C和175大氣壓下反應得到。[39]它在光照下顏色變深,分解為橙色的九羰基二鐵固體。[40]

溶劑五羰基鐵可以被金屬鈉還原,生成含有-2價鐵的四羰基鐵酸二鈉(Na2[Fe(CO)4])[41]它可用於的合成。[42]

參考文獻

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來源

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參見