鉄酸ナトリウム
鉄酸ナトリウム
名前
IUPAC名
鉄(VI)酸ナトリウム
その他の名前
鉄酸二ナトリウム
識別子
  • 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=1S/Fe.2Na.4O/q;2*+1;;;2*-1
    キー: MXXNIIPUOAHREZ-UHFFFAOYSA-N
  • [O-][Fe](=O)(=O)[O-].[Na+].[Na+]
プロパティ
ナトリウム2鉄4
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
可溶性
危険
GHSラベル：
GHS02: 可燃性
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）における材料のものです。
化合物

鉄酸ナトリウムは、化学式Na 2 FeO 4で表される化合物です。これは鉄酸のナトリウム塩であり、入手が非常に困難です。ほとんどの鉄化合物において、鉄の酸化状態は+2または+3です。鉄酸は+6の酸化状態にあり、非常に不安定で、通常の条件下では存在しません。そのため、鉄酸ナトリウムなどのその塩も不安定になりがちです。高い酸化状態のため、FeO 4 2-は強力な酸化剤です。[1]

合成

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塩の不安定性のため、非常に繊細であると思われます。

鉄(VI)酸エステルの合成法には、熱法、化学法、電気化学法があります。熱法は通常、高温（約800℃）を必要とし、一般的に効率が低く（50%）、化学法は多相反応であり、多くの化合物を必要とします。電気化学法は、他の2つの方法と比較して、生成物の純度、溶媒使用量の少なさ、クリーンな酸化剤として知られている電子の使用などの利点があります。

湿式化学酸化

この方法では、Fe(III)を含む溶液をNaOH存在下で酸化し、Fe(VI)O 4 2-に変換します。しかし、この化合物は急速に分解するため、より安定した生成物を得るためには、「隔離」、洗浄、乾燥などの追加工程が必要となります。[2]

この方法論のもう一つの欠点は、Na 2 FeO 4が飽和NaOH溶液に高い溶解度を示すため、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あります。製造手順を改良し、塩素ガスを三価鉄のNaOH飽和溶液に通すことで、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（Na 2 FeO 4 ）および鉄酸カリウム（VI）（Na 2 FeO 4およびK 2 FeO 4）の製造に、多くの研究者によって広く用いられてきました。一般的には、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）、そして最後に溶液の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）が用いられます。[4] [5]

電気化学

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、Fe(III)溶液中の不活性電極に電流を流して鉄をFe(VI)に酸化します。[6] [7] [8]基本原理は式1-4に示されています。

20M NaOH溶液中のNa 2 FeO 4の電気合成

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 (aq) → H 2 0 (g) + 4H 2 O (aq) + 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(VI)酸ナトリウム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(VI)酸ナトリウムを得る最も容易な方法の一つでした。[9]その後、研究者たちは様々なアルカリ環境下において、様々なNaOH濃度、電流密度、温度、電気分解間隔を用いて複数の実験を行いました。温度を上げると酸化効率が向上することがわかりましたが、この挙動は特定の温度（約60℃）までしか当てはまりませんでした。

電流の強さ、陽極電極の材質、電解液の種類と濃度は、鉄酸塩（VI）の生成に大きな影響を与えます。陽極電極に大量の炭素を添加すると、鉄酸塩（VI）の生成効率も向上します。0.9%の炭素を含む鉄または銀電極を使用することで、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、99.99%の純度を持つ鉄電極を使用し、交流（AC）を用いて30～60℃の温度で得られたものです。[6] [7] [8]

乾式酸化

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：[引用が必要]

  • 1つ目は、二酸化炭素の不在下で370℃で過酸化ナトリウムを酸化する方法です。この方法では、FeO 5 4-が生成されます。これは直ちに加水分解されてFeO 4 2-となり、水溶液中では四面体イオンとなり、式5に示すように赤紫色を呈します。

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、亜鉛メッキ工程の残渣と酸化鉄を800℃までの炉で加熱する方法です。亜鉛メッキ残渣と酸化鉄は過酸化ナトリウムと混合され、溶融後すぐに冷却されて鉄酸ナトリウム（VI）が生成されます。これは以下の式6で示されます。

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。

プロパティ

この化合物の物理的性質は、鉄酸カリウムと類似しています。すなわち、暗色の結晶性固体で、水に溶解すると赤紫色の溶液となります。しかし、鉄酸ナトリウムは鉄酸カリウムよりも粘度が低いです。分解しやすいため、加熱・冷却沈殿、蒸気拡散、貧溶媒など、従来の結晶化方法では固体状態で単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。酸性媒体中での酸化還元電位は2.2 Vに達し、これは水処理に一般的に用いられるオゾン（2.08 V）、過酸化水素（1.78 V）、過マンガン酸カリウム（1.68 V）などの化合物よりも高い。さらに、鉄酸ナトリウムは廃水中の不要な汚染物質を凝集剤として処理し、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]

アプリケーション

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から、水処理プロセスに使用することができます。水処理において、鉄酸ナトリウムは以下のような作用を発揮します。

  • 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。

取り扱い

鉄酸ナトリウムおよび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、空気に触れない暗所に保管してください。理想的には、真空または不活性ガス雰囲気下で保管してください。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。

参考文献

  1. ^ 「Ferr-tech.com」より。
  2. ^ Parande, AK; Ramsamy, PL; Ethirajan, S.; Rao, CRK; Palanisamy, N. (2006). 「下水道環境における鉄筋コンクリートの劣化」. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Municipal Engineer . 159 (1): 11– 20. doi :10.1680/muen.2006.159.1.11.
  3. ^ Hvitved-Jacobsen, T.; Vollertsen, J.; Tanaka, N. (2000). 「下水道における硫化物生成予測のための好気性／嫌気性統合アプローチ」『水科学技術』41 (6): 107– 115. doi :10.2166/wst.2000.0099.
  4. ^ White, DA; Franklin, GS (1998). 「水処理における鉄酸ナトリウムの使用に関する予備調査」.環境技術. 19 (11): 1157– 1161. Bibcode :1998EnvTe..19.1157W. doi :10.1080/09593331908616776.
  5. ^ Munyengabe, Alexis; Zvinowanda, Caliphs (2019). 「水および廃水処理における鉄(VI)酸塩の製造、特性評価および応用」. Brazilian Journal of Analytical Chemistry . 6 (25). doi : 10.30744/brjac.2179-3425.RV-19-2019 .
  6. ^ ab 「水処理」.
  7. ^ ab Samimi-Sedeh, Sina; Saebnoori, Ehsan; Hassanzadeh, Ali (2020). 「電気化学的方法による鉄酸ナトリウム製造の最適化と特性評価研究」Journal of Advanced Materials and Processing . 7 (4): 3– 15.
  8. ^ ab カスタニェダ・フアレス、モンセラート;マルティネス・ミランダ、ベロニカ。アルマサン・サンチェス、ペルラ・タチアナ。リナレス・エルナンデス、イヴォンヌ。バスケス・メヒア、グアダルーペ（2020）。 「インディゴブルー水溶液およびデニム廃水の処理のための鉄酸ナトリウムおよび鉄酸カリウムの電気合成」。Revista Internacional de Contaminación Ambiental。36 (3): 607–633。土井: 10.20937/rica.53381。
  9. ^ ポッゲンドルフ、JG (1841)。 「コンスタンター・ガルヴァニッシャーにおける電気自動車のクラフトの定量的方法」。ケッテ。ポッグ。アン。54 : 161-191 .
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