Ферраты

Раствор феррата натрия (слева) в сравнении с перманганатом калия (справа)

Ферраты — соли, содержащие феррат-анион FeO₄^2- (Fe(VI)). Соответствуют железной кислоте H₂FeO₄, которая в свободном виде не существует. Как правило, окрашены в фиолетовый цвет.

Свойства

Ферраты являются сильными окислителями. При восстановлении железо проходит через промежуточные степени окисления +5 и +4, которые очень нестабильны. Окислительно-восстановительный потенциал феррат-иона:

$\mathsf{F}\mathsf{e}{O}_{\mathsf{4}}^{\mathsf{2}\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{8}{\mathsf{H}}^{\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{e}}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }\mathsf{F}{\mathsf{e}}^{\mathsf{3}\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}{\mathsf{E}}^{\mathsf{0}}\mathsf{=}\mathsf{+}\mathsf{2},\mathsf{2}\mathsf{B}$

$\mathsf{F}\mathsf{e}{O}_{\mathsf{4}}^{\mathsf{2}\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{e}}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{O}{\mathsf{H}}^{\mathsf{-}}{\mathsf{E}}^{\mathsf{0}}\mathsf{=}\mathsf{+}\mathsf{0},\mathsf{7}\mathsf{2}\mathsf{B}$

В кислой среде ферраты разлагаются с выделением кислорода::

$\mathsf{4}\mathsf{F}\mathsf{e}{O}_{\mathsf{4}}^{\mathsf{2}\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{0}{\mathsf{H}}^{\mathsf{+}}\mathsf{\to }\mathsf{4}\mathsf{F}{\mathsf{e}}^{\mathsf{3}\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{1}\mathsf{0}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Также ферраты медленно разлагаются в нейтральной среде:

$\mathsf{4}\mathsf{F}\mathsf{e}{O}_{\mathsf{4}}^{\mathsf{2}\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{1}\mathsf{0}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{\to }\mathsf{4}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{8}\mathsf{O}{\mathsf{H}}^{\mathsf{-}}$

Окисляют аммиак даже на холоде:

$\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{F}\mathsf{e}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{⟶}\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{\cdot }{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{K}\mathsf{O}\mathsf{H}$

Растворимость ферратов близка к растворимости сульфатов. Так, феррат калия растворим довольно хорошо, а феррат бария — нерастворим, что используется для осаждения и последующего отделения соли:

${\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{F}\mathsf{e}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{B}\mathsf{a}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\mathsf{⟶}\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}\mathsf{B}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{e}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{\downarrow }$

Применение

Будучи сильными окислителями, ферраты легко окисляют органические загрязняющие вещества и обладают антисептическим действием. При этом они, в отличие от хлора, не образуют ядовитых продуктов. Поэтому ферраты всё активнее и активнее используют при водоочистке и водоподготовке.

Получение

Существует несколько способов синтеза ферратов^,.

Первый способ — окисление соединений железа (III) хлором или гипохлоритом в сильнощелочной среде:

$\mathsf{2}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{1}\mathsf{0}\mathsf{O}{\mathsf{H}}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }\mathsf{2}\mathsf{F}\mathsf{e}{O}_{\mathsf{4}}^{\mathsf{2}\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{C}{\mathsf{l}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{8}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

$\mathsf{2}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{C}\mathsf{l}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{O}{\mathsf{H}}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }\mathsf{2}\mathsf{F}\mathsf{e}{O}_{\mathsf{4}}^{\mathsf{2}\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{C}{\mathsf{l}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{5}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Второй способ — электролиз концентрированного раствора щелочи на железном аноде:

$\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{\to }{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{F}\mathsf{e}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}$

Также существует способ получения при помощи нагрева смеси, например, K202 и Fe2O3 в атмосфере кислорода или в присутствии KNO3.

Ссылки

• Sharma V.K. Ferrates. Synthesis, Properties, and Applications in Water and Wastewater Treatment. American Chemical Society, 2008.