Сульфид железа: виды, свойства, получение, применение

Сульфид железа — это неорганическое соединение, относящееся к классу сульфидов. Вещество широко применяется преимущественно в химической промышленности, благодаря разнообразию формул железа сульфид он используется в органическом и неорганическом синтезе. В большом количестве соединение находится в природе.

Cульфид железа (II)

Что такое сульфид железа, формула, виды

Сульфид железа представляет собой сложное вещество, состоящее из атома железы и серы, которая находится в степени окисления -2. Это условный заряд элемента, отражающий его способность отдавать или забирать электроны. Химическая формула железа сульфида (II) – FeS. В зависимости от валентности железа выделяют несколько разновидностей сульфидов:

формула железа сульфида (III) – Fe2S3; формула железа сульфида (II, III) – Fe3S4; формула железа дисульфида (II) – FeS2.

В окружающей среде сульфид обнаруживают в различных минералах. Самый распространённый из них – пирит, схожий по внешним качествам с золотом, его формула FeS2. В период активной золотодобычи золотоискатели путали его с настоящим драгоценным металлом, за что пирит получит название «золото дураков». Кубические кристаллы с выраженным металлическим блеском соломенно-жёлтого цвета с раковистым изломом образуют скопления в области гидротермальных источников, содержат примеси магнитных металлов, таких как марганец, никель, кобальт.

Сульфид железа зачастую встречается как марказит, располагающийся возле залежей пирита. Описывается формулой FeS2. Формирует непараллельно сросшиеся двойниковые кристаллы, блестящие, непрозрачные, средней твёрдости (твёрдость по шкале Мооса 6-6,5). Главное отличие от схожего серного колчедана – уплощённость нарастания.

Сульфид железа находят в пирротине – полиморфном минерале с формулой FenSn+1, где n – любое число от 6 до 11. Более хрупкий, характеризуется радужными разводами (лёгкая побежалость), блеск тусклый, практически не выражен, цветовая палитра от бронзового до серовато-чёрного.

Огромная масса сульфид железа составляет основу минерала грейгита – аналога магнетита с заменённым кислородом на серу. Розоватые, сине-чёрные зернистые агрегаты грейгита сильно магнитят, состоят из мельчайших зёрен, не блестят: матовые, землянистые. Обилен в местах осадочных пород, илистых почв, отложений горячих источников и озёр. Формула – Fe3S4.

Физические свойства, внешний вид

Порошок сульфида железа (II)

Сульфид железа (II) — это мелкий чёрный кристаллический порошок без запаха. В условиях вакуума разлагается. При увлажнении окисляется кислородом воздуха. Не смешивается с водой и органическими растворителями, спиртами, эфирами. Растворяется в кислоте. Плотность составляет 4,84 г/см3. Характерно образование взвеси, в осадок не выпадает. Не притягивается магнитом. Плавится при температурном режиме, достигающем 1194°С.

Масса сульфида железа (III) неустойчива, быстро распадаются, слабо растворим в воде. Оттенок зеленовато-желтоватый. При открытом притоке воздуха и особенно при высокой влажности вещество подвержено разложению.

Сульфид железа (II, III) – растворимость в воде не выражена, характеризуется сильным ферромагнетизмом.

Дисульфид существует в двух формах:

α-разновидность: светло-жёлтый порошок, плотность 4,9 г/см3, температура плавления 743 °С, β-форма – тёмно-желтые кристаллы, 5,02 г/см3, плавится при 1171 °С.

Вещество-альфа переходит в бета при нагревании от 365 до 444 °С. Плохо смешивается с водными растворами.

Химические свойства

Формула и структура сульфида железа (II)

Свойства железа сульфида сходны с другими бескислородными солями. Взаимодействует газами, концентрированными и разбавленными кислотами, другими солями, окисляется, проявляет себя как восстановитель, подвержен термолизу.

Реакции с сульфидом железа и его соединения, уравнение

Сульфид железа реагирует со смесью кислот:

2FeS + H2SO4 + 18HNO3 → Fe2(SO4)3 + 18NO2↑ + 10H2O

Возможно полное растворение в хлориде водорода, сульфид железа реагирует с ним при нормальных условиях:

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑

Сульфид железа реагирует с азотной кислотой:

3FeS + 30HNO3 → Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + 27NO2↑ + 15H2O

Характерна реакция обжига при прогревании:

4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2↑

Успешно протекает реакция обмена:

FeS + H2SO4 → FeSO4 + H2S

При повышении температуры до 200°С вещество распадается:

Fe2S3 → FeS + FeS2

При повышенной влажности реакция распада идёт быстрее и несколькими способами:

2Fe2S3 → Fe3S4 + FeS2

2Fe2S3 + O2 → 2Fe2O3 + 6S

При прокаливании (до 1170 °С) запускается реакция термолиза, в ходе чего из сульфида железа сера отделяется:

FeS2 → FeS + S

Масса сульфида железа реагирует со смесью горячих кислот:

2FeS2 + 14H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 15SO2↑ + 14H2O

2FeS2 + 18HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2↑ + 7H2O

Сульфид железа реагирует с кислородом, начинается реакция окисления, протекающая при 800 °С:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2↑

Производство и получение

Сульфид железа (II) в лабораторных условиях получают через непосредственное взаимодействие элементов:

Fe + S → FeS

Синтез возможен через окислительно-восстановительную реакцию:

2FeCl3 + 3Na2S → 2FeS + S + 6NaCl

Ещё один путь – восстановление оксида железа:

Fe2O3 + 3H2S → 2FeS + S + 3H2O

Добывают также с помощью взвеси гидроксида железа:

2Fe(OH)3 + 3H2S → FeS2 + FeS + 6H2O

Применение сульфида железа

Сульфид железа активно применяется в химпроме, металлургии, медицине. Основная сфера применения – получение серы и серосодержащих соединений, создание сплавов, стальных деталей. Из-за специфических физико-химических свойств железа сульфида и его доступности распространён как ценный реагент, краситель.

Применение железа сульфида в химии, металлургии

Сульфид железа – это восстановитель. Это важное звено для выработки газообразного сероводорода. Он необходим для обработки органики, обладает каталитической активностью. Сульфид железа – агент для реакции десульфурации – удаление серы из расплавленного металла. Это необходимо для повышения механической прочности и свариваемости, предотвращения коррозии, образования металлических плёнок. Применение обессеривания обеспечивает производство твёрдых сплавов железа.

Сульфид железа востребован для выпуска кованных чугунных изделий. Применение железа сульфида в этой области, наоборот, помогает обогатить их серой для улучшения их качеств, спайности. Добавляют его в комплексе с кремнием и ферромарганцем.

Применение железа сульфида в медицине и других сферах

Сульфид железа – это компонент лечебных грязей.  Использование грязевых купаний и обёртываний улучшает состояние кожных покровов, способствует избавлению от атопического дерматита, себореи. Применение сульфида в составе помогает насытить кожу влагой и минеральными элементами, отбеливает лицо, избавляет от воспалений, угревой сыпи.

Сульфид железа часто применяется для очистки воды, составов выхлопных газов, гомогенизации смазок, удаления различных тяжёлых примесей. В косметологии ценятся окрашивающие свойства серы железа сульфида, его вносят в краски для волос.

Класс опасности, хранение, транспортировка

Сульфид железа относится к 4 классу – малоопасные вещества. Однако при проглатывании развивается отравления, возникает тошнота, рвота, сильные режущие боли живота, несварение, диарея.  При первых симптомах рекомендуется выпить больше жидкости и обратиться к специалисту. При попадании на кожу возникает местное покраснение, раздражение. Следует обращаться с сульфидами железа осторожно, работать в защитной одежде: респираторе, перчатках, очках.

Где купить и сколько стоит

Сульфид железа продают заводы-производители, оптовая цена составляет от 100 руб/кг. Его можно приобрести как реагент в специализированных интернет-магазинах. Стоимость 100 грамм – 400 рублей.

Заключение

Сульфид железа – это бескислородное вещество, характеризующееся разнообразием свойств железа, востребованное при изготовлении металлических сплавов, чугунов. Он незаменим в реакциях добычи серосодержащих веществ, для окрашивания и улучшения спайности, твёрдости сплавов и чугунов.

Читайте также:

Азотная кислота: свойства, применение, реакции Хлорид меди: свойства, получение, применение, инструкция Нитрат алюминия: свойства, реакции, применение Гидроксид магния: описание, реакции, применение, инструкция