Cloruro Férrico

El cloruro férrico, también conocido como cloruro de hierro (III), es una sal inorgánica utilizada como catalizador o intermedio en la industria química. También se utiliza en el tratamiento de residuos.

¿Qué es el Cloruro férrico?

El cloruro férrico (FeCl3) es un compuesto químico que consta de dos elementos: hierro (Fe) y cloro (Cl). “Fe” viene de la palabra latina para hierro que es ferrum. El pequeño “3” junto a Cl en la fórmula química significa que por cada átomo de hierro, hay tres átomos de cloro.

Es un sólido de color naranja a marrón-negro, es ligeramente soluble en agua y es incombustible. Cuando el cloruro férrico se encuentra húmedo es corrosivo para el aluminio y la mayoría de los metales.

cloruro férrico usos

El cloruro férrico se utiliza para el tratamiento de aguas residuales, residuos industriales, para purificar el agua, como agente de grabado para placas de circuitos impresos y en la fabricación de otros productos químicos.

Fórmula y estructura

La fórmula de cloruro férrico anhidro es FeCl3. Sin embargo, hay dos estructuras adicionales que pueden representar el cloruro férrico que se encuentra en la naturaleza y en la industria;

La forma hexahidratada, que tiene la fórmula química FeCl3.6H2O, y la forma de tetra-acuadicloruro de hierro (III) o rans con la fórmula química[Fe(H2O)4Cl2]Cl.2H2O.

Nomenclatura del Cloruro Férrico

El descriptor hidratado o anhidro se utiliza cuando se hace referencia al cloruro de hierro (III), para distinguir entre las dos formas comunes. El hexahidrato se da generalmente como la fórmula empírica simplificada FeCl3⋅H2O.

También puede darse como trans-[Fe(H2O)4Cl2]Cl⋅H2O y el nombre sistemático tetraaquadicloruro de hierro(III) cloruro de dihidrato, que representa más claramente su estructura.

Caracteristicas del Cloruro Férrico

Las masas molares de cloruro férrico anhidro y hexahidratado son 162,2 g mol-1 y 270 g mol-1, respectivamente. La sal anhidra de cloruro férrico tiene una geometría octaédrica, con iones de Fe+3 unidos a dos ligandos de cloruro.

Las estructuras químicas del cloruro férrico anhidro y hexahidratado pueden escribirse como se indica a continuación, en las representaciones comunes utilizadas para las moléculas orgánicas.

Ocurrencia

El cloruro férrico rara vez se encuentra como compuesto libre en la naturaleza. Se puede encontrar en algunos minerales como la molysite, que está presente en zonas de actividad volcánica. Algunas veces, el cloruro férrico también se llama molysite.

Preparación

Existen varios procedimientos para preparar cloruro férrico en su configuración anhidra o hexahidratada. El proceso más sencillo es la cloración directa por reacción de hierro y cloro en su configuración elemental.

  • 2 Fe(s) + 3 Cl2(g) → 2 FeCl3(s)

Además, existen otros métodos como la oxidación del cloruro de hierro (II) (reacción I) o la reacción del óxido férrico con ácido clorhídrico (reacción II):

  • 2FeCl2(s) + Cl2(g) → 2 FeCl3(aq) (reacción I)
  • Fe3O4(S) + 8 HCl(aq) → FeCl2(aq) + 2FeCl3(aq) + 4 H2O (reacción II)

Propiedades del Cloruro Ferrico

Propiedades físicas: el cloruro férrico anhidro es una sal, que en general presenta un color marrón anaranjado. A veces, el cristal de cloruro férrico puede tener un color verde oscuro.

Su punto de fusión es de 304 ºC y su densidad es de 2,8 g mL-1. Es soluble en agua pero reacciona exotérmicamente y la solución resultante es muy corrosiva. Es soluble en disolventes orgánicos.

Más propiedades del Cloruro Ferrico:

  • Cristales hexagonales de color marrón oscuro;
  • higroscópico; densidad 2.898g/cm3; se funde a 306°C;
  • se descompone a 315°C; muy soluble en agua (74.4g/100g agua a 0°C);
  • muy soluble en alcohol, éter y acetona.
  • El hexahidrato es una masa cristalina de color amarillo parduzco;
  • se funde a 37°C;
  • se vaporiza alrededor de 280°C;
  • altamente soluble en agua (92g/100g de agua a 20°C);
  • muy soluble en solventes orgánicos como etanol, éter y acetona.

Propiedades químicas: el cloruro férrico está formado por el catión Fe+3, que es un elemento de transición metálica con d-orbital disponible para aceptar electrones, por lo que el cloruro férrico es un ácido débil de Lewis y se puede utilizar como catalizador en la síntesis orgánica.

El Fe+3 es un catión de pequeño tamaño y muy cargado, por lo que es rápidamente hidrolizado por moléculas de agua para formar el complejo hexahidratado.

Usos del Cloruro Ferrico

El cloruro férrico es un tratamiento de agua usado debido a su capacidad de reaccionar en el agua a una solución corrosiva y ácida. Se utiliza en la industria electrónica para imprimir circuitos impresos debido a que el cloruro férrico puede grabar el cobre promoviendo la oxidación del cobre (I) a (II).

El cloruro férrico es parte del proceso químico para producir PVC mediante la catalización de la obtención del dicloruro de etileno intermedio.

Cloruro de hierro (III) se produce naturalmente como el molysite mineral. El compuesto es ampliamente utilizado para preparar un número de sales de hierro (III). También se aplica en procesos de tratamiento de aguas residuales y residuos industriales.

También se utiliza en la fabricación de tintes, pigmentos y tintas; como agente de cloración; y como catalizador en reacciones de cloración de aromáticos.

Otros usos

El 60 por ciento de todo el cloruro férrico se utiliza para el tratamiento de aguas residuales. El agua residual es el agua que fluye por nuestros desagües después de usarla para lavar, bañarse y enjuagar.

Antes de que se libere a los ríos, lagos y océanos, las aguas residuales se desvían por su cuenta hacia la planta de tratamiento de aguas residuales. Allí, el cloruro férrico se utiliza para limpiar el agua de partículas. Y el cloro y otros desinfectantes destruyen los gérmenes dañinos.

Más usos del cloruro ferrico

  • Utilizado en forma anhidra como reactivo de secado en ciertas reacciones.
  • Se utiliza para detectar la presencia de compuestos fenólicos en la síntesis orgánica; por ejemplo, examinando la pureza de la Aspirina sintetizada.
  • Usado en el tratamiento de aguas y aguas residuales para precipitar fosfato como fosfato de hierro (III).
  • Empleado por los coleccionistas de monedas americanos para identificar las fechas de los níqueles Buffalo que están tan desgastados que la fecha ya no es visible.
  • Utilizado por cuchilleros y artesanos en la soldadura de patrones para grabar el metal, dándole un efecto de contraste, para ver las capas de metal o imperfecciones.
  • Se usa para grabar el patrón widmanstatten en meteoritos de hierro.
  • Necesario para el grabado de planchas de huecograbado para la impresión de imágenes fotográficas y de bellas artes en calcografía y para el grabado de cilindros de huecograbado utilizados en la industria de la impresión.
  • Se utiliza para hacer placas de circuito impreso (PCBs).
  • Se utiliza en la práctica veterinaria para tratar el sobrepastoreo de las uñas de un animal, particularmente cuando el sobrepastoreo resulta en sangrado.

Cloruro Férrico en la Industria:

El cloruro de hierro(III) se utiliza en el tratamiento de aguas residuales y en la producción de agua potable. En esta aplicación, el FeCl3 en agua ligeramente básica reacciona con el ión hidróxido para formar un flóculo de hidróxido de hierro(III), o más precisamente formulado como FeO(OH)-, que puede eliminar los materiales suspendidos.

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

También se utiliza como agente lixiviante en la hidrometalurgia del cloruro, por ejemplo en la producción de Si a partir de FeSi (proceso del silicio).

Otra aplicación importante del cloruro de hierro(III)

Es el grabado del cobre en una reacción redox de dos pasos al cloruro de cobre(I) y luego al cloruro de cobre(II) en la producción de placas de circuitos impresos.

  • FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl
    FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2

El cloruro de hierro(III) se utiliza como catalizador para la reacción del etileno con el cloro, formando dicloruro de etileno (1,2-dicloroetano), un importante producto químico básico, que se utiliza principalmente para la producción industrial de cloruro de vinilo, el monómero para la fabricación de PVC.

  • H2C=CH2 + Cl2 → ClCH2CH2Cl

Cloruro Férrico en el Laboratorio

En el laboratorio, el cloruro de hierro(III) se emplea comúnmente como ácido de Lewis para catalizar reacciones como la cloración de compuestos aromáticos.

  • H2C=CH2 + Cl2 → ClCH2CH2C

En el laboratorio, el cloruro de hierro(III) se emplea comúnmente como ácido de Lewis para catalizar reacciones como la cloración de compuestos aromáticos y la reacción de los aromáticos de Friedel-Crafts Es menos potente que el cloruro de aluminio, pero en algunos casos esta suavidad conduce a rendimientos más altos, por ejemplo en la alquilación del benceno:

Cloruro de hierro (III) como catalizador

El ensayo de cloruro férrico es un ensayo colorimétrico tradicional para fenoles, que utiliza una solución de cloruro de hierro (III) al 1% neutralizada con hidróxido de sodio hasta que se forma un ligero precipitado de FeO(OH).

La mezcla se filtra antes de su uso, la sustancia orgánica se disuelve en agua, metanol o etanol, y luego se añade la solución de cloruro de hierro(III) neutralizado – una coloración transitoria o permanente (generalmente púrpura, verde o azul) indica la presencia de un fenol o enol.

Esta reacción se aprovecha en la prueba Trinder spot, que se utiliza para indicar la presencia de salicilatos, en particular ácido salicílico, que contiene un grupo OH fenólico.

Este ensayo puede utilizarse para detectar la presencia de ácido gamma-hidroxibutírico y gamma-butirolactona, que causan que se torne marrón rojizo.

Peligros del Cloruro Ferrico

Efectos sobre la salud/peligros para la seguridad: el cloruro férrico es muy tóxico y corrosivo para la piel, los ojos y otras mucosas. Puede causar la muerte por ingestión. Cuando se calienta, el cloruro férrico puede producir gases tóxicos.

La inhalación de polvo puede irritar la nariz y la garganta. La ingestión causa irritación de la boca y el estómago, el polvo irrita los ojos, el contacto prolongado con la piel causa irritación y quemaduras.

Aunque los reportes de envenenamiento en humanos son raros, la ingestión de cloruro férrico puede resultar en morbilidad y mortalidad graves. El etiquetado y almacenamiento inapropiados conducen a la deglución accidental o a diagnósticos erróneos.

El diagnóstico temprano es importante, especialmente en pacientes gravemente envenenados.

Métodos de producción del Cloruro Ferrico

El cloruro de hierro (III) se forma al pasar el cloro gas sobre las limaduras de hierro a 350°C:

  • 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

También forma óxido de hierro (III) de calentamiento con HCl a temperaturas elevadas:

  • Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

El producto puede sublimarse en una corriente de cloro para obtener cloruro de hierro(III) de alta pureza.

El cloruro anhidro también puede fabricarse calentando el hexahidrato, FeCl3-6H2O, con cloruro de tionilo:

  • FeCl3-6H2O + 6SOCl2 → FeCl3 + 12HCl + SO2

Perfil de reactividad del Cloruro Férrico

Reacciones del Cloruro Ferrico al aire y al agua

Muy higroscópico, ligeramente soluble en agua, donde una solución de 0.1M tiene un pH de 2.0.

Los hidróxidos de metales alcalinos, los ácidos, los cloruros anhidros de hierro, estaño y aluminio, los óxidos puros de hierro y aluminio y el potasio metálico son algunos de los catalizadores que pueden hacer que el óxido de etileno se reorganice y polimerice, liberando calor.

Las explosiones ocurren, aunque con poca frecuencia, por la combinación de óxido de etileno y alcoholes o mercaptanos. El cloruro de alilo puede polimerizarse violentamente bajo condiciones que involucren un catalizador ácido, como ácido sulfúrico, cloruro férrico, como cloruro de aluminio, ácidos de Lewis y catalizadores tipo Ziegler (iniciadores).

Cloruro Ferrico para potabilizar agua

Cuando se trata de hacer que el agua potable esté libre de gérmenes, ciertos compuestos desinfectantes del cloro, incluyendo el gas cloro, el hipoclorito de sodio y el hipoclorito de calcio, son campeones de la salud pública.

Pero hay otro compuesto de cloro que merece reconocimiento por su papel en ayudar a hacer que el agua sea limpia y clara. Ese compuesto es cloruro férrico (FeCl3).

Cuando el agua se canaliza por primera vez desde embalses, lagos y ríos, no sólo está llena de gérmenes, sino también de: hojas, suciedad, insectos, excrementos de animales, lo que sea.

Cloruro de hierro: Reciclado del decapado de acero

El acero es una mezcla de hierro y otros metales (una aleación) que es muy fuerte; se utiliza para construir edificios, puentes, camiones y automóviles.

Gran parte del cloruro férrico que se utiliza hoy en día se recicla a partir de un líquido sobrante de la fabricación de acero. Durante un proceso llamado decapado del acero, se utiliza ácido clorhídrico líquido (HCl) para eliminar el óxido de la superficie del acero. La eliminación del óxido prepara la superficie para una capa protectora.

Si se piensa en el acero como el “pepinillo” y en el ácido clorhídrico como el “zumo de pepinillos”, es en el zumo de pepinillos donde se forma el cloruro férrico.

Ahí es donde el hierro (Fe) en la herrumbre se combina con el cloro en el HCl, produciendo FeCl3. En lugar de desechar este producto, hoy más del 40 por ciento de las acerías lo reciclan.

Estructura y propiedades del cloruro de hierro III o ferrico

El cloruro de hierro anhidro (III) adopta la estructura BiI3, que presenta centros octaédricos de Fe (III) interconectados por ligandos de cloruro de dos coordenadas.

El cloruro de hierro(III) hexahidratado consiste en complejos catiónicos trans-[Fe(H2O)4Cl2]+ y aniones de cloruro, con las dos moléculas restantes de H2O incrustadas dentro de la estructura cristalina monoclínica.

El cloruro de hierro (III) tiene un punto de fusión relativamente bajo y hierve a unos 315 °C. El vapor consiste en el dímero Fe2Cl6 (cloruro de aluminio c.f.) que se disocia cada vez más en el monómero FeCl3 (simetría molecular del grupo de puntos D3h) a mayor temperatura, en competencia con su descomposición reversible para dar cloruro de hierro(II) y cloro gas.

Preparación del cloruro ferrico

El cloruro de hierro anhidro (III) puede prepararse por unión de los elementos:

  • 2 Fe(s) + 3 Cl2(g) → 2 FeCl3(s)

Las soluciones de cloruro de hierro (III) se producen industrialmente tanto a partir del hierro como del mineral, en un proceso de ciclo cerrado.

Disolución del mineral de hierro en ácido clorhídrico

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

Oxidación de cloruro de hierro (II) con cloro

  • 2 FeCl2(aq) + Cl2(g) → 2 FeCl3(aq)

Oxidación de cloruro de hierro (II) con oxígeno

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

Se pueden producir pequeñas cantidades reaccionando el hierro con ácido clorhídrico y luego con peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno es el oxidante que convierte el cloruro ferroso en cloruro férrico.

Al igual que muchos otros cloruros metálicos hidratados, el cloruro de hierro (III) hidratado puede convertirse en sal anhidra mediante el tratamiento con cloruro de tionilo.

Reacciones del cloruro férrico

El cloruro de hierro (III) se somete a hidrólisis para dar una solución ácida. Cuando se calienta con óxido de hierro(III) a 350 °C, el cloruro de hierro(III) da oxicloruro de hierro, un sólido estratificado y un huésped de intercalación.

  • FeCl3 + Fe2O3 → 3 FeOCl

Es un ácido de Lewis moderadamente fuerte, que forma aductos con bases de Lewis como el óxido de trifenilfosfina; por ejemplo, FeCl3(OPPh3)2 donde Ph es fenil. También reacciona con otras sales de cloruro para dar a la tetraédrica amarilla[FeCl4]−ion. Sales de[FeCl4]−en ácido clorhídrico puede extraerse en éter dietílico.

Oxidación del cloruro férrico

El cloruro de hierro(III) es un agente oxidante suave, por ejemplo, es capaz de oxidar cloruro de cobre(I) a cloruro de cobre(II).

  • FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2

También reacciona con el hierro para formar cloruro de hierro (II):

  • 2 FeCl3 + Fe → 3 FeCl2

Los agentes reductores como la hidracina convierten el cloruro de hierro (III) en complejos de hierro (II).

Descomposición del cloruro férrico

El FeCl3 puede descomponerse por electrólisis:

  • 2FeCl3 – 3H2O → 6HCl + Fe2O3

Cloruro de hierro (III) granulado hexahidratado.

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