Cloruro de hierro (III)
El cloruro de hierro(III) o tricloruro de hierro (tradicionalmente llamado cloruro férrico) es un compuesto químico utilizado a escala industrial perteneciente al grupo de los haluros metálicos, cuya fórmula es FeCl3. También se le denomina equivocadamente percloruro de hierro e incluso percloruro férrico. El color de los cristales de cloruro de hierro(III) dependen del ángulo de visión: cuando reflejan la luz los cristales tienen un color verde oscuro, pero cuando transmiten la luz su color es rojo purpúreo. Por otra parte, el hexahidrato (FeCl3·6 H2O) es de color amarillo o amarillo anaranjado. El cloruro de hierro(III) anhidro es delicuescente y forma una neblina de cloruro de hidrógeno en presencia de aire húmedo. Se observa muy raramente en su forma natural, el mineral molisita, que puede hallarse en algunas fumarolas. El cloruro férrico en solución al 40% se utiliza como coagulante para tratamiento de aguas y efluentes, se comercializa habitualmente a granel.
Es un sólido, bastante volátil pues su enlace es principalmente iónico y por tanto direccional. Forma cristales moleculares de tipo laminar por lo que presenta un aspecto de escamas brillantes de color verde oscuro o rojo púrpura dependiendo del ángulo con el que se mire. Tiene una presión de vapor alta por lo que sus puntos de fusión, ebullición, y sublimación son relativamente bajos debido a que solo hay que romper fuerzas de Van der Waals para pasar de un estado a otro. Si se calienta suavemente, sublima a 280 °C. Si el calentamiento es más rápido, funde a 306 °C. Si no se controla la temperatura, se descompone formando dicloruro de hierro.
El porcentaje de enlace covalente es grande por el poder polarizante del catión. Los cationes de mayor carga, menor tamaño y menor índice de coordinación presentan mayor poder polarizante y mayor tendencia a la hidrólisis). El catión Fe(III) es pequeño y posee gran carga por lo que se hidroliza fácilmente con el agua formando un complejo de coordinación con 6 moléculas de agua, Fe(H2O)63+, de color amarillo; por tanto se deberá tener precaución para la síntesis del tricloruro de hierro de que no entre en contacto con aire o agua.
Por su carácter covalente, es soluble en disolventes orgánicos. En disolución alcohólica se lo conoce como tintura de hierro.
Cuando se disuelve en agua, el cloruro de hierro(III) sufre hidrólisis y libera calor en una reacción exotérmica. De ello resulta una solución ácida y corrosiva de color marrón que se utiliza como coagulante en el tratamiento de aguas residuales, para la potabilización del agua, y en la industria electrónica para el grabado químico de placas de circuito impreso. Al disolverse en agua, debería precipitar formando hidróxido de hierro(III), Fe(OH)3, insoluble; sin embargo, forma una disolución coloidal de ese compuesto, que presenta el típico color pardo de las disoluciones de sales de hierro(III).
El cloruro de hierro(III) anhidro es un ácido de Lewis bastante débil, y se emplea como catalizador en síntesis orgánica.
Esta síntesis de laboratorio es directa y se procede al montaje de un aparato donde se lleven a cabo los siguientes procedimientos:
se quiere que reaccione con el cloro gas y se calienta para favorecer su reacción y que sea más rápida.
asegurarse de que si entra algo de aire en el montaje, este no hidrolize al tricloruro.
poniéndolo en contacto con hidróxido de sodio, NaOH. El (Cl2) dismuta (se oxida y se reduce) en medio ácido a cloruro y a hipoclorito. La especie más estable en ese medio es el cloruro, que formará cloruro de sodio, NaCl.
Para calcular el rendimiento de la síntesis se puede proceder de varias formas:
El cloruro de hierro(III), es un ácido de Lewis moderadamente fuerte, formando aductos con bases de Lewis tales como óxido de trifenilfosfina:
Reacciona con otros cloruros para dar el ion tetraédrico FeCl4−, de color amarillo.
Calentado con óxido de hierro(III) a 350 °C, se transforma en oxicloruro de hierro(III):
En medio básico, reacciona con alcoholes para dar complejos dímeros de alcóxidos:
Los oxalatos reaccionan rápidamente con el cloruro de hierro(III) disuelto para dar [Fe(C2O4)3]3−.
El cloruro de hierro(III) es un oxidante suave, capaz de oxidar el cloruro de cobre(I) a cloruro de cobre(II). Agentes reductores como hidrazina convierten el cloruro de hierro(III) en complejos de hierro(II).
Se utiliza como coagulante para:
FeCl3 en medio acuoso ligeramente básico reacciona con el ion hidróxido para formar flóculos de FeO(OH)-, que puede eliminar los materiales en suspensión.
Otro uso importante del FeCl3 es para grabar o decapar el cobre en una reacción redox que oxida el cobre a cloruro de cobre(I) y luego a cloruro de cobre(II) en la producción de circuito impreso.
El cloruro de hierro(III) se usa como catalizador de la reacción de adición de etileno con cloro, formando (1,2-dicloroetano), una materia prima importante para producir industrialmente cloruro de vinilo, el monómero para fabricar PVC.
El cloruro de hierro(III) se usa en el laboratorio como ácido de Lewis para reacciones de catálisis tales como cloración y reacción de Friedel-Crafts de compuestos aromáticos. Es menos potente que cloruro de aluminio, pero esta menor fortaleza conduce a veces a rendimientos más altos, como en la alquilación de benceno:
La prueba del cloruro férrico es una prueba colorimétrica tradicional para fenoles, que usa una disolución al 1% de cloruro de hierro(III) que ha sido neutralizada con hidróxido de sodio hasta que se forme una pequeña precipitación de FeO(OH). La mezcla se filtra antes de ser usada. La sustancia orgánica se disuelve en agua, metanol o etanol, luego se añade la disolución neutra de cloruro: —una coloración transitoria o permanente (normalmente púrpura, verde o azul) indica la presencia de un fenol o enol.
Una de sus más importantes aplicaciones es en electrónica para producir placas de circuito impreso en bajas cantidades. El cloruro férrico reacciona con el cobre dando cloruro ferroso y cloruro cúprico como lo muestra la siguiente ecuación :
Tenemos que :
Hay dos procedimientos para esto:
Para el primer procedimiento se utilizan placas con capa de cobre comunes, mientras que para el segundo se utilizan placas fotosensibilizadas.
De preferencia se calienta la solución a 25 °C previamente, o simultáneamente a través de un baño calefactor. La plaqueta debería flotar sobre la solución si ésta se encuentra en buen estado. Es altamente recomendable, aunque no obligatorio, utilizar una fuente de aire en el recipiente donde vaya la solución, de esta manera se oxigena y el ataque del Cloruro Férrico es más efectivo, además de ayudar a eliminar el residuo de cobre de la placa.
El cloruro de hierro(III) anhidro se usa a veces como reactivo deshidratante en ciertas reacciones.
También se utiliza en modelos de trombosis animal.
Lo usan los fabricantes de cuchillos y espadas artesanales para teñir las hojas y para dar un efecto de contraste al metal y para ver las imperfecciones del mismo.
También se usa para el fotograbado de láminas de cobre para imprimir imágenes fotográficas al aguafuerte o por intaglio y para grabar los cilindros de rotograbado usados en la industria de artes gráficas.
El cloruro de hierro(III) es corrosivo para los metales ferrosos y algunos metales no ferrosos como el cobre y sus aleaciones. Evite el contacto con metales.
El material anhidro es un poderoso agente deshidratante pudiendo provocar quemaduras en la piel, en solución mancha la piel y puede provocar irritación. Use guantes.
Provoca quemaduras por contacto con los ojos. Use gafas de protección.
Las sales de hierro son moderadamente tóxicas por inhalación. NIOSH REL: TWA 1 mg/m3 como Fe. cuando trabaja con sales de hierro en polvo use la campana del laboratorio o use mascara con filtro para polvos.