염화 철(III)

3. 전자 및 광학적 특성

모든 형태의 염화 철(III)은 3d 오비탈에 있는 홀전자의 존재로 인해 상자성을 띤다. Fe(III) 염화물은 팔면체 또는 사면체일 수 있지만, 이러한 모든 형태는 d 오비탈당 하나씩 5개의 홀전자를 가지고 있다. 고 스핀 d⁵ 전자 배치는 스핀 금지 규칙을 위반하는 것 외에도 d-d 전자 전이가 스핀 금지되도록 요구한다. 이러한 이중 금지성은 용액이 옅은 색을 띠게 한다. 더 기술적으로 말하면, 광학 전이가 강하지 않다는 것이다. Fe|(Fe)^영어(H2O|H₂O^영어)₆³⁺를 포함하는 수용액인 황산 철(III)과 질산 철(III)은 거의 무색인 반면, 염화물 용액은 노란색이다. 따라서 염화물 리간드는 철 중심의 광학적 특성에 상당한 영향을 미친다.^[8][9]

4. 생성

무수 염화 철(III)는 주로 철 스크랩을 염소와 반응시키는 '직접 염소화' 방법으로 생산된다.^[31] 이와 유사한 방법이 실험실 규모에서도 사용된다.^[13][14]

산업 현장에서는 철 산화물 등 다양한 철 전구체를 염산과 반응시켜 염화 철(III) 수용액을 만들기도 한다. 철 금속을 염산으로 산화시킨 후 염소화하는 방법도 사용된다.^[31]

실험실에서는 수화된 염화 철(III)을 염화 티오닐^[15] 또는 트리메틸실릴 클로라이드^[16]로 처리하여 무수 염화 철(III)을 얻는다. 수화물을 가열하여 탈수하는 방법은 염산과 산염화 철이 생성되어 적합하지 않다.

4. 1. 직접 염소화 (산업적 방법)

4. 2. 산화물 반응 (산업적 방법)

4. 3. 염화 철(II) 산화

4. 4. 수화물 탈수 (실험실적 방법)

5. 반응

고 스핀 d⁵ 전자 배치를 갖는 염화 철(III)은 래빌이며, 이는 Cl^- 및 H₂O 리간드가 자유 염화물 및 물과 빠르게 교환됨을 의미한다.^[9][36] 염화 철(III)는 열역학적으로 강건하다.

무수 염화 철(III)의 반응성은 루이스 산이자 산화제라는 두 가지 경향을 보인다.^[57]

무수 염화 철(III)은 산소 친화성과 경성 루이스 산으로서의 특징을 보인다. 염화 철(III)의 산소 친화성은 알칼리 금속 알콕사이드와 반응하여 철(III) 알콕사이드 착물을 생성하는 것에서 나타난다. 이 생성물들은 무수 염화 철(III)보다 더 복잡한 구조를 갖는다.^[18][19] 고체 상태에서 에톡시화 나트륨 간의 명목상 화학량론적 반응에 대해 다양한 다핵 착물이 설명되어 있다.

염화 철(III)는 트리페닐포스핀옥사이드와 같은 루이스 염기와 1:2 부착물을 형성한다. 예를 들어, FeCl₃(OP(C₆H₅)₃)₂와 같은 형태이다. 관련 1:2 착물 FeCl₃(OEt₂)₂, where Et = C₂H₅는 에테르 용액에서 결정화되었다.^[20]

염화 철(III)는 또한 테트라에틸암모늄 클로라이드와 반응하여 테트라클로로페레이트 이온 (Et₄N)[FeCl₄]의 노란색 염을 생성한다. 유사하게, FeCl₃를 NaCl 및 KCl과 결합하면 각각 Na[FeCl₄] 및 K[FeCl₄]를 얻는다.^[21]

무수 염화 제일철의 전통적인 합성은 FeCl₃를 클로로벤젠으로 환원시키는 것이다.^[22]

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

염화 철(III)는 160 °C 이상으로 가열하면 염소 가스를 방출하여 염화 제일철을 생성한다.^[14]

:2FeCl₃ → 2FeCl₂ + Cl₂

이 반응을 억제하기 위해 염화 철(III)의 제조에는 과량의 염소화제가 필요하다.^[14][31]

무수 물질과 달리 수화된 염화 철(III)는 특히 강한 루이스 산이 아닌데, 그 이유는 물 리간드가 Fe(III)에 결합하여 루이스 산성을 약화시켰기 때문이다.

무수 물질과 마찬가지로 수화된 염화 철(III)도 산소를 좋아한다. 예를 들어, 옥살산 염은 수성 염화 철(III)와 빠르게 반응하여 페리오살레이트로 알려진 [Fe(C₂O₄)₃]^3-를 생성한다. 다른 카복실산염 공급원, 예를 들어 구연산과 타르타르산 역시 결합하여 카복실산염 착물을 생성한다. 철(III)의 산소 리간드에 대한 친화성은 페놀에 대한 정성적 시험의 기초였다. 분광학적 방법에 의해 대체되었지만, 염화 철(III) 시험은 전통적인 색도계 시험이다.^[23] 철(III)의 페놀에 대한 친화성은 트린더 점 시험에서 활용된다.^[24]

5. 1. 옥시염화 철 생성

5. 2. 루이스 산 촉매

5. 3. 산화제

5. 4. 유기금속 화학

6. 응용

염화 철(III)은 다양한 분야에서 널리 응용된다. 하수 처리 및 식수 생산에 응집제 및 플록 형성제로 사용되어 부유 물질을 제거하고, 폐수에서 인산염을 제거하며, 황화수소를 산화시켜 악취를 제거한다.^{[30][31][32][33]} 염화물 습식 침출제로도 사용되며, FeSi에서 Si를 생산하는 Elkem의 Silgrain 공정에 사용된다.^[34][35] 또한 구리 에칭을 통해 인쇄 회로 기판(PCB) 생산에 사용되고, 금속 물체 관련 취미 활동에도 사용된다.^{[36][37][38][39][40][41]} 유기 화학에서는 에틸렌과 염소 반응의 촉매로 사용되어 1,2-디클로로에탄을 형성하고, 이는 PVC 제조에 사용되는 염화 비닐 생산에 사용된다.^[42][43] 루이스 산 촉매로 친전자성 방향족 치환 반응과 염소화 반응을 촉진한다.^[44] 조직학에서는 카르노액 성분, 조직학적 고정액, 베르호프 염색법 준비에 사용된다.^[51]

6. 1. 수처리

6. 2. 에칭 및 금속 세정

6. 3. 유기 화학

6. 4. 조직학

7. 자연 발생

화산과 푸마롤과 관련된 희귀 광물인 '''몰리사이트''' 형태로 자연에서 미량 발견된다.^[52][53]

철이 풍부한 먼지와 염산의 반응으로 염화 철(III) 기반의 에어로졸이 생성되는데, 이는 바닷소금에서 발생한다. 이 철염 에어로졸은 자연적으로 발생하는 메탄 산화의 약 1~5%를 차지하며, 다양한 냉각 효과를 가지고 있는 것으로 여겨진다. 따라서 대기 중 메탄 제거를 위한 촉매제로 제안되었다.^[54]

8. 안전

염화 철(III)은 유해하며 매우 부식성이 강한 산성이다. 무수 염화 철(III)은 강력한 탈수제 역할을 한다.^[57]

인간에게 미치는 독성이 희귀하다는 보고가 있긴 하지만 염화 철을 섭취하면 치명적이며 사망에 이를 수 있다. 염화 철(III)는 수질 정화에 널리 사용되므로, 낮은 농도에서는 독성 문제가 거의 없다.^[31] 그럼에도 불구하고, 무수 염화 철(III)과 농축된 FeCl|FeCl^영어3 수용액은 매우 부식성이 있으므로, 적절한 보호 장비를 사용하여 취급해야 한다.^[57]

참조

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