Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat

[Vanadium]

Herstellung von Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat


Eisen lässt sich als unedles Metall in Mineralsäuren leicht unter Wasserstoffentwicklung lösen. Neben dem häufig verwendeten und günstig zu erwerbenden Eisen(III)-chlorid wird auch das Eisen(II)-sulfat oft als Edukt (zum Beispiel zur Synthese von Eisen(II)-Komplexen) benötigt. Zudem kann es als Reduktionsmittel fungieren.


Geräte: 1000 mL Rundkolben, Tropftrichter, Filterzubehör, Erlenmeyerkolben 500 mL, Heizplatte, Vakuumpumpe.


Chemikalien:

Schwefelsäure 96%
Eisen-Pulver
Aceton

---

Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat


Hinweis: Konzentrierte Schwefelsäure ist stark ätzend und verkohlt organisches Gewebe! Beim Verdünnen der Säure muss die Säure in das Wasser gegossen werden und nicht anders herum, sonst droht ein Überkochen/Spritzen der Mischung. Das Verdünnen der Säure muss langsam erfolgen. Eisen ist in feinverteilter Form entzündlich. Aceton ist brennbar und reizt die Haut. Bei der Reaktion entsteht Wasserstoff-Gas, keine offenen Flammen oder Zündmöglichkeiten in der Nähe haben!


Durchführung:

In einen 1000 mL Rundkolben werden 25 g Eisenpulver vorgelegt. Separat wird aus 20 mL konz. Schwefelsäure und ca. 80 mL dest. Wasser eine verdünnte Säure hergestellt. Diese wird in einen Tropftrichter gefüllt, aus dem sie langsam und gleichmäßig zum Eisenpulver gegeben wird (1-2 Tropfen/ Sekunde). Dabei entsteht Wasserstoff und das Gemisch erhitzt sich stark. Nach vollständiger Zugabe lässt man die Mischung noch 15 Minunten reagieren und filtriert dann heiß. Beim Abkühlen des Filtrats (Kühlschrank!) fallen blau-grüne Kristalle aus. Diese werden abfiltriert, mit 3 x 25 mL eiskaltem Wasser gewaschen, zweimal mit 25 mL Aceton gewaschen und im Vakuum getrocknet. Ab diesem Zeitpunkt ist jeglicher unnötiger Luftkontakt zu vermeiden, da Eisen(II)-Verbindungen durch Luftsauerstoff zügig zu Eisen(III)-Verbindungen oxidiert werden.

Ausbeute: 42.5 g (38 % d. Th.) des Heptahydrats.


Entsorgung:

Sämtliche Lösungen, Filterkuchen und Abfälle werden dem anorganischen, wässrigen Müll zugeführt. Kleine Mengen können bedenkenlos im Abfluss entsorgt werden.


Erklärung:

Eisen reagiert mit verdünnten Säuren unter Wasserstoffentwicklung und Bildung von Fe(II)-Salzen, so auch mit verdünnter Schwefelsäure.

Fe + H₂SO₄ -----> FeSO₄ + H₂


Bilder:


Die verwendeten Edukte


Das Eisenpulver


Der simple Versuchsaufbau


Schäumende Reaktionsmischung


Erste Eisen(II)-sulfat-Kristalle beim Abkühlen (oben links Siedesteine)


Vollständig ausgefallenes Eisensulfat


Fertiges (noch leicht feuchtes) Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat

[Pok]

Sieht sehr gut aus. Nur was Formelles: Zwischen die Oxidationszahl und das Anion kommt ein Bindestrich: Eisen(II)-sulfat.

[lemmi]

Gefällt mir sehr gut! Solche Versuche sind hier im Forum eindeutig unterrepräsentiert.

Ich hatte immer mal wieder überlegt, diese einfache Darstellung zu posten. Erstens weil sie einfach ist (Thema: Chemische Versuche mit einfachen Mitteln ) und zweitens weil sie nicht ganz so banal ist, wie es auf den ersten Blick scheint. Reines Eisen(II)-sulfat darzustellen, ohne dass sich das Produkt weiteroxidiert, ist gar nicht so ohne. Das Trocknen im Vakuum ist ein guter Trick - aber ... geht das nicht auch anders? Mit einfacheren Mitteln?

Jetzt musst du noch eine Probe aufs Exempel machen, etwas von deinem Produkt in abgekochtem Wasser lösen und mit Kaliumhexacyanoferrat(II)-Lösung versetzen! Wenn es wirklich frei von Eisen(III) ist muß ein weißer Niederschlag entstehen, der sich erst allmählich blau färbt!

Anmerkungen:
1. Eisenpulver als selbstentzündlich zu bezeichnen ist übertrieben. Das trifft allenfalls auf pyrophores Eisen zu. Nicht mal Ferrum reductum ist selbstentzündlich.
2. Deine Vorgehensweise ist mir meu. Ich kenne es so, daß man kleine Nägel mit verdünnter Schwefelsäure erhitzt. Woher hast du die Anleitung (nur aus interesse - daß es funktioniert, daran besteht kein Zweifel). Hat die Verwendung von Eisenpulver Vorteile?
3. auch Eisenpulver enthält üblicherweise Kohlenstoff. Hast du eine Abscheidung von Kohlenstoff beobachtet? Es kann sein, daß diese bei Verwendung von Eisenpulver in der trüb-grauen Mischung nicht so auffällt. Wenn man Nägel verwendet sieht man die schwarzen Flocken in der Reaktionsmischung recht gut.
4. Die Reaktionsgleichung beschreibt offensichtlich die Reaktion in wässriger Umgebung. Dabei dann gleich das Hydrat als Produkt aufzuführen ist nicht üblich, weil es in der Lösung nicht als solches vorliegt (frag Alfred Werner! ). Wenn du ganz konsequent sein willst behalte die Ionenschreibweise bei. Ansonsten schreib einfach: H₂SO₄ und Fe ergeben H₂ und FeSO₄

Schön wäre noch, auch die Darstellung von Mohr'schem Salz (Ammoniumeisen(II)-sulfat) zu beschreiben.

[Vanadium]

@Pok: Danke, wird auch ausgebessert!

@lemmi: Ich habe von einem Freund 1kg Eisenpulver geschenkt bekommen, wir jonglieren nämlich in der Freizeit und in einer Gruppe von uns wird das Pulver für Show-Effekte verwendet. Da hab ich mir dann natürlich gleich gedacht, ab ins Labor damit. Die Herstellung von reinem Eisen(II)-sulfat ist wirklich nicht sooo einfach, überall wo sich Reste befanden, kam es nach ca. 15-30 min. schon zur Bildung eins gelben Rands und Schlieren, was dann Eisen(III) ist. In verdünnterer Form war es eine Sachen von Sekunden, kein Witz. Das ist auch der Grund, warum ich das Salz nicht umkristallisieren will. In dem Zustand, in dem es sich jetzt befindet, sind noch Spuren von Schwefelsäure enthalten und das ist auch gut so, sonst würde es schon beim Umfüllen oxidieren.

Wenn man ohne Vakuum trocknen will, würde ich einen (mit Schutzgas gefluteten) Exsikkator nehmen und Trockenmittel, das könnte klappen.

Zu den Anmerkungen: Ich hab nur geschrieben dass Eisen in feinverteilter Form entzündlich sein kann, nicht dass es sich selbst entzündet... Die Verwendung von Eisenpulver hat keine direkten Vorteile, denke ich, war wie gesagt einfach nur Zufall dass ich an einen kg gekommen bin. Die Sache mit dem Tropftrichter hab ich mir als Vorsichtsmaßnahme einfallen lassen, das Pulver auf einmal mit der Säure reagieren zu lassen würde kein gutes Ende nehmen... Ob Kohlenstoff enthalten ist, weiß ich nicht, das Eisen habe ich mehr oder weniger im Überschuss eingesetzt, daher war die Mischung vor dem Filtrieren noch total schwärzlich.
Wegen der Formel: Ich bleib bei der Ionenschreibweise!

Schön wäre noch, auch die Darstellung von Mohr'schem Salz (Ammoniumeisen(II)-sulfat) zu beschreiben.

Wird hiermit offiziell in Betracht gezogen!


Hier übrigens mal die Reaktion von Eisen(II)-hydroxid/carbonat (mit Natriumcarbonat gefällt) zu Eisen(III)etc:


Frisch gefällt mit Natriumcarbonat-Lösung


Nach einigen Minuten

Nach dem Abfiltrieren des Niederschlags in der Anleitung enthält das Filtrat übrigens noch große Mengen FeII, deswegen hab ich mir gedacht, es wäre schade, es wegzuschütten und habe es stattdessen mit einer Lösung von Oxalsäure als Eisen(II)-oxalat gefällt. Richtig schönes Zeug!

[lemmi]

Wegen der Formel: Ich bleib bei der Ionenschreibweise!

Ist okay, aber deine erste Reaktionsgleichung ist trotzdem nicht ausgeglichen ...

Hast du dein Präparat auf Eisen(III) geprüft (siehe meinen letzten post)?

Umkristallisieren würde ich es auch nicht. Aber vielleicht nochmal waschen, mit Ethanol 80% (laut Hager) oder mit Aceton, wie du es gemacht hast? Ich erinnere auch, daß man Eisen(II)-sulfat aus der abgekühlten, konzentrierten Lösung sehr schön durch Eingießen in die gleiche Menge Ethanol 8Bennspiritus) fällen kann. villeicht wäre das auch eine möglichkeit, den Luftkontakt (beim auskristallisieren) zu minimieren.

Eisen(II)-carbonat war im DAB 6 in Mischung mit Zucker als Ferrum carbonicum cum Saccharo offizinell und wurde zur oralen Eisentherapie verwendet. Ich habe das Präparat früher mal hergestellt. Damals wusste man schon, dass Eisen(II)-ionen viel besser enteral resorbiert werden als Eisen(III)-ionen. Deshalb wird Eisen(II)-sulfatlösung in eine Natriuhydrogencarbonatlösung gegossen. Es ensteht Eisencarbonat und es entweicht Kohlendioxid, das über der Reaktionsmischung eine Schutzschicht bildet, und Luftsauerstoff fernhält. Natürlich klappt das nur teilweise und der anfangs rein weiße Niederschlag wird rasch grüngrau, vor allem, weil man dann abfiltrieren, waschen und mit Zucker verreiben muss.

Was rauskommt, wenn man Eisen(II) mit Oxalat fällt ist mir nie ganz klar geworden. Ist das wirlich nur simples Eisen(II)-oxalat oder nicht doch ein Komplexsalz (Natriumoxalatoferrat(II)). Früher wurde der Niederschlag aus Klessalz und Eisenvitriol als Kaliumeisenoxalat angesprochen. Wie auch immer, das kann man schön zu pyrophorem Eisen verglühen!

[Vanadium]

Ist okay, aber deine erste Reaktionsgleichung ist trotzdem nicht ausgeglichen ... Wink

Wasser wurde ergänzt!

Hast du dein Präparat auf Eisen(III) geprüft (siehe meinen letzten post)?

Noch nicht, da ich es noch an der Vakuumpumpe trockne, wird aber heute noch gemacht! Dazu aber noch eine Frage: Das Wasser muss vorher kurz gekocht werden, um Kohlenstoffdioxid und damit Kohlensäure/Carbonate, die das Fe(II) fällen könnten, auszutreiben oder?

Umkristallisieren würde ich es auch nicht. Aber vielleicht nochmal waschen, mit Ethanol 80% (laut Hager) oder mit Aceton, wie du es gemacht hast? Ich erinnere auch, daß man Eisen(II)-sulfat aus der abgekühlten, konzentrierten Lösung sehr schön durch Eingießen in die gleiche Menge Ethanol 8Bennspiritus) fällen kann. villeicht wäre das auch eine möglichkeit, den Luftkontakt (beim auskristallisieren) zu minimieren.

Nochmal mit Aceton waschen wäre vllt. nicht schlecht. Direkt damit ausfällen wollte ich nicht, weil dann ganz feines Pulver entstanden wäre, was erstens nicht so schön ist und zweitens auch immer überall schmiert. Die kleinen Kristalle kann man viel besser handhaben/umfüllen.

Wurde die Eisen(II)-Carbonat/Zucker-Mischung wohl direkt so gegessen oder warum sonst ist Zucker mit enthalten?

Ist das wirlich nur simples Eisen(II)-oxalat oder nicht doch ein Komplexsalz (Natriumoxalatoferrat(II))?

Es kristallisiert unterm Strich als Eisen(II)oxalat-Dihydrat aus. Als Natrium- oder Kaliumsalz kann nichts auskristallisieren, da ja keine Na/K-Salze eingesetzt wurden (freie Oxalsäure). Die genaue Struktur besteht anscheinend aus einer Kette, in der die Fe(II)-Zentren in der äquatorialen Ebene von den Oxalat-Sauerstoffen komplexiert werden und axial von einem Wasser jeweils oben und unten.



Quellen:

J. Braz. Chem. Soc. vol.20 no.3 São Paulo 2009, Spectroscopic investigations of iron(II) and iron(III) oxalates, Maria C. D'Antonio; Alejandra Wladimirsky; Daniel Palacios; Liliana Coggiolaa; Ana C. González-Baró; Enrique J. Baran; Roberto C. Mercader.

Echigo, Takuya; Kimata, Mitsuyoshi (2008). "Single-crystal X-ray diffraction and spectroscopic studies on humboldtine and lindbergite: weak Jahn–Teller effect of Fe2+ ion". Phys. Chem. Minerals. 35: 467–475.

[Uranylacetat]

Das gefällt mir sehr gut, weil dieser Klassiker in nahezu jedem "historischen" Experimentierbuch vorkommt. Weswegen auch ich schon überlegte, dazu einen Artikel zu schreiben....

ich kenne es wie lemmi auch nur mit Eisennägeln oder Eisenfeilsopäne als Edukt. Eisenpulver hat sicher den Vorteil, schneller vollständig mit der Schwefelsäure zu reagieren bei relativ stürmischer Gasentwicklung....

Pyrophores Eisen ist sehr interessant: http://www.m.chemicum.com/videos/Pyrophoric%20Iron

[Glaskocher]

Das aufkochen des Wassers soll den gelösten Sauerstoff austreiben. Im Wasser gelöster Sauerstoff würde sonst ein falsch-positives Ergebnis beim Test auf Eisen(III) bringen. Man sollte das Wasser in einer vollständig gefüllten verschlossenen Flasche abkühlen lassen, falls es nicht sofort heiß verwendet werden soll.


Wenn man das Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat zu scharf im Vakuum trocknet, kann es Anteile Kristallwasser verlieren und dadurch "verwittern". Dann wird es deutlich empfindlicher gegen Luftsauerstoff.



Um aus Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat das "Mohr'sche Salz" zu machen löst man das Eisensulfat, unter leichtem Ansäuern mit Schwefelsäure warm auf und vereinigte die Lösung mit einer heiß gesättigten Lösung der stöchiometrisch benörigten Menge Ammoniumsulfat (plus wenige % Überschuß). Es wird möglichst unter Luftabschluß erkalten gelassen, wobei sich blassgrüne Kristalle bilden. Nach dem Abfiltrieren wird mit Alkohol gewaschen, kurz trocken gesaugt und im Vakuum etwas nachgetrocknet. Wenn die Mutterlauge und das Waschfiltrat vereinigt werden fällt eine weitere Kristallfraktion aus.

Das Mohr'sche Salz ist der bekannteste Vertreter einer Reihe von Doppelsalzen, den Tutton'schen Salzen. Ihre allgemeine Formel ist M^I₂M^II(SO₄)₂ · 6 H₂O (wobei M^I für ein einwertiges und M^II für ein zweiwertiges Kation steht). Statt des Sulfates sinmd noch andere Anionen wie Selenat oder Chromat möglich. Diese Salze wachsen heteroepitaktisch auf anderen Vertretern dieser Gruppe auf, sodaß sich gestreifte Kristalle züchten lassen.

Tipp: Mit Kupfer, Cobalt und Zink lassen sich dem Mohr'schen Salz homologe Verbindungen darstellen.
Wikipedia-Artikel

[lemmi]

Es kristallisiert unterm Strich als Eisen(II)oxalat-Dihydrat aus. Als Natrium- oder Kaliumsalz kann nichts auskristallisieren, da ja keine Na/K-Salze eingesetzt wurden (freie Oxalsäure).

Wenn ich recht verstanden habe, hast du mit Oxalsäure aus einer Lösung gefällt, zu der du vorher Natriumcarbonat gegeben hattest (Filtrat der FeCO₃-Darstellung). Da wird noch reichlich Natrium drin sein.

Das Eisencarbonat wurde mit Zucker verrieben, um einen standardisierten Eisengehalt des Präparates (10 Gewichts-% Fe) zu erreichen. Ausserdem war Zucker damals sowieso ein üblicher Trägerstoff (Remedium constituens) einer üblichen Arzneiform, nämlich der Schachtelpulver. Das waren pulverige Gemische arzneilich wirksamer Substanzen in einem Träger, die in Schachteln abgegeben wurden und nicht scharf dosiert werden mussten, also Messerspitzen- bis Teelöffelweise eingenommen wurden.

[Vanadium]

Glaskocher danke für die Aufklärung hab nicht an das offensichtliche gedacht... Und beim Vakuumtrocknen sollte man tatsächlich aufpassen, über Nacht würde ich das ganze nicht laufen lassen. Ich habe alle 2 Stunden gut durchgeschüttelt, dass der Kristallhaufen von allen Seiten gleichmäßig trocknet. Dennoch lagert sich weiter oben an den Wänden ein komplett weißes feines Pulver ab, ich denke da wird das Heptahydrat schon teilweise dehydratisiert worden sein. Am Schluss habe ich aber nur die türkisen, trockenen kleinen Kristalle abgefüllt (das weiße Pulver blieb zum Großteil an der Kolbenwand kleben), das waren 42.5g, also 34% der Theorie.

Das ist ja echt interessant, dass es so viele und variable Tutton's-Salze gibt, schön wäre es noch wenn in dem Wikipedia-Artikel die jeweiligen Farben stehen würden.

Lemmi, das hast du falsch verstanden, die Oxalsäurelösung wurde direkt zu dem Filtrat gegeben, das beim Abfiltrieren des eigentlichen Eisen(II)-sulfat Produkts übrig geblieben ist. Und da die Löslichkeit des Eisen(II)-Sulfat ja doch so 20g/100 mL beträgt, dachte ich mir, das will ich nicht einfach wegschütten

Okay das klingt ja interessant mit den Schachtelpulvern, macht aber Sinn die Wirkstoffe so zu verdünnen, sonst hätten sich bestimmt einige Leute mehr selbst vergiftet, wenn mit Messerspitzen und Teelöffeln gemessen wird.

Und sorry übrigens dass ich den Test nicht mehr gemacht habe mit dem Blutlaugensalz, ich musste mich auf den Weg in meine 2.Wohnung machen, mein Bachelorzeugnis abholen.

[Vanadium]

Habe den Test jetzt durchgeführt. Nach der Zugabe der Eisen(II)-Sulfat Lösung zu der des gelben Blutlaugensalzes trat direkt beim Zusammenschütten nur eine ganz schwache blaue Färbung auf, nach ca. 5 Sekunden begann die Mischung sich immer stärker blau zu färben. Nach 30 Sekunden tiefblau.
Ich hab die noch warmen Lösungen benutzt. Ich denke wenn nennenswerte Mengen Eisen(III) enthalten gewesen wären, hätte sich die Mischung doch schlagartig blau färben müssen oder?

[Glaskocher]

Wenn man nach rechts scrollt, dann stehen die meisten Farben in der zehnten Spalte der recht breiten Tabelle.

Unter den genannten Bedingungen erscheint mir das Eisensulfat im Test als relativ rein, da es an der Luft verarbeitet wurde. Wären größere Anteile Eisen(III) drin gewesen, dann wäre die Fällung sofort dunkelblau geworden.

[Vanadium]

Wenn man nach rechts scrollt, dann stehen die meisten Farben in der zehnten Spalte der recht breiten Tabelle.

Ok, hab es jetzt auch entdeckt... Weiß auch nicht, warum ich es vorher nicht gesehen hab, kann sein dass ich da am Handy war und es das Format verzogen hat..

Unter den genannten Bedingungen erscheint mir das Eisensulfat im Test als relativ rein, da es an der Luft verarbeitet wurde. Wären größere Anteile Eisen(III) drin gewesen, dann wäre die Fällung sofort dunkelblau geworden.

Das klingt ja schon einmal gut!

[lemmi]

[Edit: durchgesehen und verschoben]

[aliquis]

Selbsthergestelltes oder heutzutage käufliches Eisenvitriol wird manchmal schon binnen weniger Monate zu bräunlichem Eisen-III-sulfat oxidiert (weswegen ich meine Vorräte mittlerweile komplett zu stabilerem Mohrschem Salz umgesetzt habe).
Das in über 40 Jahre alten Kosmos-Chemiebaukästen enthaltene Vitriol sieht dagegen oft immer noch taufrisch aus. Ich frage mich, wie das möglich ist.
https://www.ebay.de/itm/276401694491?it ... R-7r_pjaYw