硫酸亞鐵()或稱亞鐵硫酸鹽(),指的是一系列化學式為FeSO4·xH2O的鹽類。這些化合物最常見的是七水合物(x=7),但也存在其他水合程度的變體。水合物形式在醫學上用於治療或預防缺鐵,並廣泛應用於工業領域。
自古以來,它就被稱為「綠礬」(copperas或green vitriol,礬(Vitriol)是涵蓋一類金屬硫酸鹽化合物的通用化學名稱,最初指的是鐵或銅的硫酸鹽)。藍綠色的七水合物(含有7個水分子)是這種物質最常見的形式。所有硫酸亞鐵都能溶於水,形成相同的六水合亞鐵離子(水錯合物) [Fe(H2O)6]2+,其具有八面體形分子構型並呈順磁性。
「綠礬」這個名稱源於過去硫酸銅被稱為「藍綠礬」(blue copperas),或許是類比於此,硫酸亞鐵和硫酸鋅分別被稱為「綠綠礬」和「白綠礬」。
硫酸亞鐵已列入世界衛生組織基本藥物標準清單之中。於2022年,它在美國最常使用處方藥中排名第107位,開立的處方箋數量超過600萬份。
用途
硫酸亞鐵在工業上的主要用途是作為其他鐵化合物的前驅物。它是一種還原劑,可將水泥中的鉻酸鹽還原為毒性較低的三價鉻化合物。在過往數百年,硫酸亞鐵在紡織工業中被用作(主要用途是將染料固定在纖維或組織上)。它在史上也被用於鞣黑皮革,並作為鐵膽墨水的成分。透過蒸餾綠礬(硫酸亞鐵)製備硫酸(「礬油」)的技術,至少已有700年的歷史。
醫學用途
植物生長
硫酸亞鐵是一種土壤改良劑,用於降低高鹼性土壤的pH值,讓植物能吸收土壤中的養分。
它在園藝的用途為治療缺綠病。雖然硫酸亞鐵的作用不如快速,但效果更持久。它可與堆肥混合後埋入土壤中,形成一個能維持多年的鐵質儲存。硫酸亞鐵可用作草坪調理劑。
顏料和工藝
硫酸亞鐵可用於將混凝土和一些石灰石及砂岩染成黃鏽色。
木工使用硫酸亞鐵溶液將楓木染成銀色色調。
綠礬也可作為鑑定蘑菇的有效試劑。
史上用途
硫酸亞鐵曾被用於製造墨水,其中最著名的是鐵膽墨水,這種墨水從中世紀一直使用到18世紀末。對(約公元前588-586年)進行的化學測試,顯示其中可能含有鐵。推測可能是橡樹癭和綠礬被用於製作這些信件所用的墨水。它還被用作羊毛染色的媒染劑。自17世紀以來,及中使用的材料)也用到硫酸亞鐵。
英國於18世紀時開發兩種直接應用靛藍染料的方法,一直沿用到19世紀。其中一種稱為「中國藍」(china blue),用到硫酸亞鐵。在將不溶性形式的靛藍印在織物上後,靛藍在硫酸亞鐵的一系列浸泡中被還原為還原靛藍(在浸泡之間,於空氣中重新氧化為靛藍)。中國藍工藝可製出清晰的圖案,但無法產生其他靛藍染色法那樣的深色調。
硫酸亞鐵於1850年代後半葉被用作的攝影顯影劑。
水合物
硫酸亞鐵有多種水合形式,這些形式有些在自然界中存在,有些則是人工合成。
- FeSO4·H2O(礦物:,相對稀有,單斜晶系)
- FeSO4·H2O(一種在壓力超過6.2吉帕時仍能保持穩定的合成化合物,三斜晶系,呈白色,相對常見,可能是水綠礬(melanterite)的脫水產物,屬於單斜晶系)
- FeSO4·5H2O(礦物:鐵礬,相對稀有,三斜晶系)
- FeSO4·6H2O(礦物:,很稀有,單斜晶系,藍綠色,相對常見,單斜晶系)
當水溶液溫度達到56.6°C(133.9°F)時,四水合物會趨於穩定。當溫度達到64.8°C(148.6°F)時,這些溶液會同時產生四水合物和一水合物。
這些礦物形態常見於含鐵礦床的氧化帶,例如黃鐵礦、白鐵礦、黃銅礦等。它們也存在於相關環境,像是煤炭燃燒地點。許多礦物會快速脫水,有時也會氧化。在這些環境中,還存在許多其他更複雜的含鐵(II)硫酸鹽(可能是鹼性、水合,或含有額外的陽離子),就是一個常見例子。
生產與反應
在鋼材鍍層或塗層前的精整過程中,鋼板或鋼棒會通過硫酸的酸洗槽。這種處理會產生大量的副產品——硫酸亞鐵。
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另一大量來源是透過硫酸鹽法由鈦鐵礦生產二氧化鈦的過程中。
硫酸亞鐵也可透過黃鐵礦的氧化作用進行商業製備:
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它也可透過從其硫酸鹽溶液中置換活性低於鐵的金屬來生產:
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反應
波里的,堆積在一間二氧化鈦工廠外面的硫酸亞鐵(二價鐵)。]]
硫酸亞鐵溶於水後,會形成水錯合物[Fe(H2O)6]2+,此離子近乎無色且具順磁性。
當硫酸亞鐵受熱時,會先失去結晶水,原本的綠色晶體會轉變為白色的固體無水物。繼續加熱,此無水物質會分解成二氧化硫和三氧化硫,並留下紅棕色的氧化鐵(III)。硫酸亞鐵的熱分解約在680°C(1,256°F)時開始。
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硫酸亞鐵與其他亞鐵鹽相同,具有還原性。舉例來說,它可將硝酸還原成一氧化氮,並將氯還原成氯離子:
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硫酸亞鐵的溫和還原性在有機合成中相當有用。它也是芬頓試劑中鐵催化劑的成分。
硫酸亞鐵可利用進行檢測,此為的官方用法。此方法使用試亞鐵靈溶液,在滴定過程中,顏色會呈現由紅轉淺綠的變化。
參見
*硫酸鐵,是鐵(III)的硫酸鹽
*硫酸銅
*硫酸亞鐵銨, 一種藍綠色的無機複鹽,俗名為莫爾鹽
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*,一位18世紀的德國裔瑞典化學家和藥劑師,以製造硫酸亞鐵(green vitriol)而知名。
參考文獻
外部連結
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