Залізо хлорне 6-ти водне. Травлення металів

Заліза хлорид (хлорне залізо, феруму хлорид гексагідрат) - гігроскопічна сіль жовто-червоного кольору. З водних розчинів хлорид заліза виділяють у вигляді кристалогідрату FeCl₃∙6H₂O. Добре розчиняється також у ацетоні, метанолі, етанолі, діетиловому етері. Проявляє токсичні властивості, є висококорозійним та кислотним агентом. Використовують для селективного розчинення міді та хрому. Ферум(ІІІ) хлорид у суміші з алюміній хлоридом виступає каталізатором для алкілювання ароматичних сполук.

Хімічні властивості

Залізо (ІІІ) окиснює аніон солі, наприклад:

2FeCl₃ + 3Na₂S = 2FeS + S¯ + 6NaCl

2FeCl₃ + 6KI = 2FeI₂ + I₂ + 6KCl

У таких реакціях залізо (ІІІ) виступає як м’який окисник, стан рівноваги Fe³⁺ +1е^- « Fe²⁺ відповідає значення стандартного електродного потенціалу Е₀=0,77 В.
Реакцію 2FeCl₃ + Cu = 2FeCl₂ + CuCl₂ використовують для селективного розчинення міді під час виготовлення плат друкованого монтажу для радіотехнічних виробів.

Аквайон Fe3+ забарвлює водні розчини солей феруму (+3) у червоно-бурий колір, що змінює свою інтенсивність у залежності від ступеня гідролізу.
Сполуки феруму(+3) піддаються гідролізу значно більшою мірою, ніж сполуки феруму (+2) у таких же умовах. Це пов'язано з більш сильною поляризуючою дією іона Fe3+ на молекули води у аквайоні у порівнянні з Fe2+. Внаслідок гідролізу водні розчини солей Fe (+3) мають сильнокислу реакцію, у залежності від концентрації їх рН складає близько 2-3. Тільки в сильнокислих розчинах (рН<1) гідроліз солей Fe(+3) не відбувається. Навпаки, додаванням лугу (або кип'ятінням) гідроліз солей Fe(+3) можна довести до кінця, тобто до утворення осаду (гелю) або колоїдного розчину гідроксиду Fe(OH)3: FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3HCl.

Йони феруму (+2) і (+3) є гарними комплексоутворювачами. Добре відомі їх комплексні солі: жовта K4[Fe(CN)6] і червона K3lFe(CN)6] кров'яні солі названі так тому, що ці сполуки одержували раніше на бойнях, прожарюючи в земляних ямах залишки від переробки туш худоби з добавкою поташу й обрізків феруму. Сучасні назви: гексаціаноферит і гексаціаноферат калію відповідно.
Їх одержують дією надлишку ціаніду на солі феруму (+2) чи (+3):

FeSO₄ + 6KCN = K₄[Fe(CN)₆] + K₂SO₄,

FeCl₃ + 6KCN = K₃[Fe(CN)₆] + 3KCl.
Для феруму (+3) у сильнокислих середовищах характерне утворення хлоридних комплексів: FeCl₃ + HCl = H[FeCl₄].

Виявлення феруму хлориду - реакції на йони Fe³⁺

• До 2 мл розчину солі тривалентного феруму (близько 0,02 г іона феруму) додають 0,5 мл розведеної хлороводневої кислоти та 1—2 краплі розчину калію фероціаніду; утворюється синій осад: 4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4– → Fe₄[Fe(CN)₆]₃.. Осад розкладається лугами: Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12OH^– →4Fe(OH)₃ + 3[Fe(CN)₆]^4–
  Можливе також утворення осаду KFe[Fe(CN)₆].
• До 2 мл розчину солі тривалентного феруму (близько 0,001 г іона феруму) додають 0,5 мл розведеної хлороводневої кислоти та 1—2 краплі розчину амонію роданіду; з’являється червоне забарвлення: Fe³⁺ + 3SCN^– → Fe(SCN)₃.
• До розчину солі тривалентного феруму (близько 0,001 г іона феруму) додають розчин амонію сульфіду; утворюється чорний осад, розчинний у розведених мінеральних кислотах: 2Fe³⁺ + 3S^2– → Fe₂S₃.
• До 2 мл нейтрального розчину ацетату (0,02—0,06 г іона ацетату) додають 0,2 мл розчину феруму (III) хлориду; з’являється червоно-буре забарвлення, яке зникає від додавання розведених мінеральних кислот: 6CH₃COO^– + 3Fe³⁺ + 2H₂O → [Fe₃(CH₃COO)₆(OH)₂]⁺ + 2H⁺.

Травлення - поглиблення ділянок копії на формовому матеріалі розчинами солей, кислот або лугів (залежно від природи матеріалу) в процесі виготовлення друкарських форм.

Травлення мідного дроту

Виготовляли шліфи за наступною технологією: зразки дроту розміщували в алюмінієвих оправках, які заливали епоксидною смолою, після затвердіння зразки шліфували на абразивному папері різної зернистості та полірували за допомогою алмазної пасти. Якісну поверхню шліфа протравлювали нанесенням на поверхню травника: ферум (ІІІ) хлорид гексагідрат 10 г, хлоридна кислота 25 мл, вода 100 мл.

Видалення хрому з пластику

Для травлення (розчинення) хрому готують розчин хлорного заліза у теплій воді (50-60 °С) у співвідношенні 1:3, 1 кг хлориду заліза на 3 л води. Занурити деталь, з якої потрібно зняти хром, у розчин хлорного заліза на декілька годин. Час замочування можна збільшити до 12 годин до повного видалення хрому з пластику.

Травлення металів

У технології виробництва виробів точної механіки, оптики, радіоелектроніки та інших суміжних областях, де необхідно створення тонких і надтонких поверхневих структур, технології прецизійного травлення, нанесення малюнка, поєднання шарів тощо. Тверді двокомпонентні металеві розчини можуть брати участь у реакціях анодного окиснення таким чином, що іонізація стосується або двох компонентів, або вибірково одного з них. Практичне здійснення механізмів розчинення гомогенних сплавів – рівномірного, псевдоселективного і селективного визначають ймовірністю утворення зародків нової фази на поверхні сплаву, який розчиняється, а також кінетичними параметрами реакцій іонізації і зворотного осадження іонів менш активного компонента. Вирішальну роль у фазоутворенні відіграє сполучення парціальних реакцій іонізації компонентів, тому, пригнічуючи його, можна впливати на схильність сплавів до селективного розчинення. При вивченні хімічного травлення двокомпонентних сплавів особливий інтерес із практичної точки зору представляє питання селективності розчинення компонентів. Селективне розчинення сплавів – ефективний спосіб отримання нанопоруватих матеріалів. Вибіркового розчинення можна досягнути не тільки легуванням, а також введенням у розчин комплексоутворювачів і поверхнево-активних добавок. Отже, не менш важливим є дослідження хімічного розчинення мідних сплавів у розчинах різного складу з урахуванням процесів комплексоутворення, що дасть можливість оптимізувати технологічний процес травлення сплавів за рахунок підбору оптимального складу травильного розчину.

На більшості виробництв електронної апаратури використовують фольгу з міді та її сплавів. Потреба у гнучких платах високої щільності підштовхує виробників мідної фольги до розробки оригінальних рішень, наприклад застосування мідно-берилієвих сплавів. Берилієву бронзу марки БрБ2 в основному використовують для виготовлення електронних пристроїв.
Крім того, за механічною міцністю, зносостійкістю та корозійною тривкістю берилієву бронзу вважають одним із найліпших матеріалів для опор ковзання, а також для виготовлення опор і втулок шасі літаків та іншого устаткування і машин. Саме завдяки унікальному поєднанню властивостей цей сплав є одним зі стандартних у виробництві електричних роз’ємів. Звичайно, під час механічної обробки необхідно добре контролювати виділення токсичного пилу, але цю проблему успішно вирішують під час розмірної обробки мідно-берилієвого сплаву операцією хімічного травлення.

Здійснено експеримент по розчиненню сплаву БрБ2 у розчинах на основі FeCl3 за високої швидкості обертань ОДЕ (ω=74 rot·sec–1), що дозволяє імітувати гідродинамічні умови. На підставі результатів первинних досліджень по визначенню швидкості іонізації сплаву можна стверджувати, що розчинення сплаву БрБ2 в розчинах FeCl3 значно вище, ніж в інших досліджуваних розчинах травлення. Це зумовлено високою окиснюваною здатністю Fe3+. Високої швидкості розчинення берилієвої бронзи можна досягти не тільки підвищенням концентрації іона-окиснювача Fe3+, а і введенням різних добавок, які утворюють стійкі комплекси з компонентами сплаву. Добавками до БрБ2 у різних електролітах за основний склад травильного розчину обраний розчин FeCl3, основного електроліту були обрані KNO3, Fe(NO3)3. Підбір складу травильних розчинів здійснювали на основі аналізу літературних даних щодо комплексоутворення берилію і міді. В якості третьої речовини були введені HCl, H2SO4, HNO3, які знижують рН розчину для збільшення розчинення берилію.

На підставі аналізу значення швидкості розчинення сплаву БрБ2 (табл. 1) обрано низку складів травильних розчинів із високою швидкістю іонізації сплаву, в яких досліджено селективність розчинення компонентів берилієвої бронзи (табл. 1). Коефіцієнти селективності по компонентах сплаву розраховано на підставі результатів атомно-абсорбційної спектрометрії. Високошвидкісне та рівномірне розчинення сплаву спостерігали в розчинах складу 1, 7 і 8 (табл. 1). Швидкість розчинення БрБ2 у розчині 0,5 М FeCl3+ 1,5 М KNO3 + 0,5 М HCl у декілька вища, ніж швидкість травлення у розчинах 0,5 М FeCl3 і 0,5 М FeCl3 + 0,5 М Fe(NO3)3 + 0,25 М H2SO4. Це можна пояснити тим, що розчинення мідної компоненти забезпечується взаємодією з іонами окиснювача Fe3+ і утворенням хлоридних комплексів Cu(I), але по мірі виснаження травильного розчину їх концентрація зменшується, і розчинення сповільнюватиметься. Отже, хлоридна добавка необхідна для підтримки розчинення мідної компоненти, в якості якої було застосовано HCl. Найвища швидкість травлення БрБ2 у розчині з хлоридною кислотою. Для берилію основним чинником, що забезпечує розчинення, є кислотність розчинів, яку також підтримує додавання HCl.

Таблиця 1. Результати дослідження швидкості і селективності розчинення берилієвої бронзи у розчинах на основі FeCl3 (час травлення – 20 хв., ω=74 об·с–1)

Розглянувши співвідношення коефіцієнтів селективності компонентів сплаву (табл.1) видно, що вибіркове розчинення по мідній компоненті сплаву БрБ2 відбувається в розчинах складу: 0,5 М FeCl3 + 1,5 М KNO3 + 0,5 М HCl; 0,5 M FeCl3 + 1,5 M KNO3.

Швидкість травлення залежить від концентрації іонів міді в розчині. За занадто малого та занадто великого вмісту іонів міді в розчині відбувається різка зміна швидкості травлення. У розчині після травлення найбільші і найменші значення швидкості іонізації берилієвої бронзи за достатньо великого вмісту іонів міді(ІІ) у розчинах № 2 і 8. Можна виділити два чинники, які сприяють збільшенню швидкості розчинення сплаву БрБ2: збільшення концентрації лігандів (Cl-) для утворення комплексів іонів міді і збільшення концентрації іонів-окиснювачів (Fe3+). Для розчинення другого компонента сплаву Be дуже важливим чинником є зниження кислотності середовища. На підставі цього подальші дослідження виконували у розчинах на основі 0,5 М FeCl3 (даний склад однокомпонентний, але забезпечує рівномірне травлення і з досить високою швидкістю, див. табл.1) з додатком HCl різної концентрації (табл. 2).

Таблиця 2. Результати дослідження швидкості іонізації сплаву БрБ2 і селективності розчинення компонентів сплаву в розчинах на основі 0,5 М FeCl3

Як видно із результатів визначення швидкості травлення берилієвої бронзи, її значення несуттєво відрізняються в усіх досліджуваних розчинах, а коефіцієнти селективності розчинення компонентів сплаву найбільш близькі в розчині складу 0,5 М FeCl3, що свідчить про рівномірне травлення. Отже, даний склад розчину забезпечує не тільки високу швидкість, але і рівномірність травлення берилієвої бронзи.

Висновки

Вивчено процес хімічної іонізації сплаву БрБ2 у розчинах різного складу на основі FeCl3. Визначені швидкість травлення БрБ2 і селективність розчинення компонентів сплаву з урахуванням процесів комплексоутворення і кислотності середовища в розчинах на основі FeCl3. Високу швидкість травлення, рівномірність процесу розчинення і берилієвої, і мідної компонентів сплаву забезпечує наявність у складі травильного розчину іонів-окиснювача Fe3+, іонів хлору та кисле середовище. Обрані такі склади розчинів, які забезпечують високошвидкісне і рівномірне травлення сплаву БрБ2: 1) 0,5 М FeCl3; 2) 0,5 М FeCl3 + 0,5 М Fe(NO3)3 + 0,25 М H2SO4; 3) 0,5 М FeCl3 + 0,5 М Fe(NO3)3 + 0,5 М HCl. З урахуванням факторів простоти і дешевизни складу при високих показниках швидкості травлення і рівномірності розчинення обох компонентів берилієвої бронзи БрБ2 в якості оптимального травника запропоновано склад 0,5 М (135 г на 1 л) FeCl3.

Хлорид феруму в аналізі

Реакція на фенольний гідроксил (ідентифікація метилсаліцилату) з розчином феруму (III) хлориду - поява фіолетового забарвлення.

Наявність естерного угрупування в структурі бензокаїну можна довести реакцією утворення солей гідроксаматних кислот

Гідроксамову пробу (згідно ДФУ) використовують для ідентифікації лікарських засобів, що містять складноефірну (естерну) групу. Взаємодія лікарських засобів, похідних естерів, з солянокислим гідроксиламіном в лужному середовищі супроводжується утворенням гідроксамових кислот, які при взаємодії з розчином феруму (III) хлориду утворюють забарвлений продукт – гідроксамати феруму (III):

Ідентифікувати бензоат-іон у кофеїн-бензоаті натрію можна за реакцією з розчином феруму (III) хлориду.

Реакцією ідентифікації на бензоат-іон є реакція з розчином FeCl3, при цьому утворюється рожево-жовтий осад комплексної солі основного бензоату феруму (III), який розчинний в ефірі:

При ідентифікації парацетамолу можна підтвердити наявність в його структурі фенольного гідроксилу дією феруму (ІІІ) хлориду
Наявність фенольного гідроксилу зумовлює появу синьо-фіолетового забарвлення з розчином феруму (ІІІ) хлориду:

Експрес-аналiз морфiну гiдрохлориду. Наявнiсть фенольного гiдроксилу пiдтверджується реакцiєю з розчином FeCl3
Морфіну гідрохлорид містить у своїй структурі вільний фенольний гідроксил, а кодеїн і етилморфіну гідрохлорид є його метильованим і етильованим аналогами відповідно.
Фенольний гідроксил виявляють реакцією з розчином феруму (ІІІ) хлориду; спостерігається синьо-фіолетове забарвлення:

Утворення азобарвника - реакція ідентифікації тетрацикліну завдяки наявності фенольного гідроксилу в положенні 10

Наявність фенольного гідроксилу в положенні 10 обумовлює можливість ідентифікації тетрациклінів з використанням розчинів солей важких металів. Розчин феруму (III) хлориду забарвлює етанольні розчини препаратів у коричневий або червоно-коричневий колір.

Реакція на бензоати
До 2 мл нейтрального розчину бензоату (0,01—0,02 г іона бензоату) додають 0,2 мл розчину феруму (III) хлориду; утворюється рожево-жовтий осад, розчинний в ефірі:

Реакцію проводять у нейтральному середовищі, бо в лужному феруму (III) хлорид утворює бурий осад феруму (III) гідроксиду, а в кислому комплексна сіль розчиняється.