Eisen(III)-sulfat

Strukturformel
${\displaystyle \mathrm {\ {\Biggl [}} }$${\displaystyle \mathrm {\ \!\ {\Biggr ]}_{2}} \mathrm {\ {\Biggl [}} }$${\displaystyle \mathrm {\ \!\ {\Biggr ]}_{3}} }$
Allgemeines
Name	Eisen(III)-sulfat
Andere Namen	FERRIC SULFATE (INCI)[1]
Summenformel	Fe2(SO4)3
Kurzbeschreibung	farb- und geruchloses, hygroskopisches, feuchtigkeits- und lichtempfindliches Pulver[2]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 10028-22-5 15244-10-7 (unspez. Hydrat) 43059-01-4 (Monohydrat) EG-Nummer 233-072-9 ECHA-InfoCard 100.030.054 PubChem 24826 Wikidata Q409021
Eigenschaften
Molare Masse	399,88 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	3,10 g·cm−3 (Anhydrat)[3] 2,1 g·cm−3 (Nonahydrat)[3]
Schmelzpunkt	480 °C (Zersetzung zu Schwefel- und Eisenoxiden)[2] Abspaltung des Kristallwassers des Nonahydrates bei 175 °C[2]
Löslichkeit	sehr gut in Wasser (4400 g·l−1, Nonahydrat)[2] schwer in Wasser (wasserfreies Anhydrat)[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[2] Gefahr H- und P-Sätze H: 302​‐​315​‐​318 P: 280​‐​301+330+331​‐​302+352​‐​332+313​‐​305+351+338​‐​310[2]
Toxikologische Daten	500 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[4]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Eisen(III)-sulfat ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Sulfate.

Eisen(III)-sulfat fällt als Abfallprodukt der chemischen Industrie an.

In der Natur ist Eisen(III)-sulfat in Form verschiedener kristallwasserhaltiger (hydratisierter) Minerale bekannt, die typischerweise durch die Verwitterung von Pyrit entstehen. Reine Fe₂(SO₄)₃-Verbindungen sind dabei Kornelit (Heptahydrat, Fe₂(SO₄)₃·7H₂O), Lausenit (Pentahydrat Fe₂(SO₄)₃·5H₂O), Paracoquimbit (Nonahydrat, vereinfacht Fe₂(SO₄)₃·9H₂O) und Quenstedtit (Hendekahydrat, Fe₂(SO₄)₃·11H₂O).

Hinzu kommen weitere Minerale, bei denen ein bis zwei Sulfatmoleküle durch komplexfremde Anionen ersetzt sind, namentlich Amarantit (Fe₂O(SO₄)₂·7H₂O), Butlerit (Fe(SO₄)(OH)·2H₂O), Ferricopiapit (vereinfacht Fe₅(SO₄)₆(OH)₂·20H₂O), Fibroferrit (Fe(SO₄)(OH)·5H₂O), Hohmannit (Fe₂O(SO₄)₂·8H₂O), Metahohmannit (Fe₂O(SO₄)₂·4H₂O), Parabutlerit (Fe(SO₄)(OH)·2H₂O), Schwertmannit (Fe₁₆O₁₆(OH)_9.6(SO₄)_3.2·10H₂O) und Volaschioit (Fe₄(SO₄)O₂(OH)₆·2H₂O).^[5]

Im weiteren Sinne Eisensulfate, bei denen komplexfremde Kationen ein bis zwei Sulfatkomplexe ersetzen, sind unter anderem Aluminocoquimbit (Al₂Fe₂(SO₄)₆(H₂O)₁₂·6H₂O), Amarillit (NaFe(SO₄)₂·6H₂O) Coquimbit (AlFe₃(SO₄)₆(H₂O)₁₂⋅6H₂O), Hydroniumjarosit ((H₃O)Fe₃(SO₄)₂(OH)₆) und Rhomboklas ((H₅O₂)Fe(SO₄)₂·2H₂O).^[6]

Eisen(II)-sulfat-Monohydrat FeSO₄·H₂O zerfällt bei starkem Erhitzen ab etwa 400 °C zu basischem Eisen(III)-sulfat und Schwefeldioxid. Es entsteht auch bei der Zersetzung von Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat FeSO₄·7 H₂O an Luft.^[7]

Großtechnisch wird Eisen(III)-sulfat durch die Neutralisationsreaktion von Schwefelsäure mit Eisen(III)-oxid gewonnen. Das entstandene Wasser kann dabei vollständig verdampft werden, um das Anhydrat zu gewinnen.^[8]

${\displaystyle {\ce {Fe2O3 + 3 H2SO4 -> Fe2(SO4)3 + 3 H2O}}}$

Es entsteht auch als Zwischenprodukt beim Copperas-Prozess.^[9]

${\displaystyle {\ce {6 FeSO4*H2O + 3/2 O2 -> Fe2O3 + 2 Fe2(SO4)3 + 6 H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {2 Fe2(SO4)3 -> 2 Fe2O3 + 6 SO3}}}$

In Wasser löst sich Eisen(III)-sulfat unter starker Hydrolyse mit gelbbrauner Farbe (Bildung u. a. von [Fe(OH)(H₂O)₅]²⁺). Beim Kochen wässriger Lösungen fallen demgemäß basische Sulfate aus. Bei niedrigen pH-Werten lässt es sich in Form fast farbloser Hydrate (n = 3, 6, 7, 9, 10, 12) auskristallisieren. Mit Alkalisulfaten oder Ammoniumsulfat bildet es Eisenalaune, z. B.: Ammoniumeisen(III)-sulfat (NH₄)Fe(SO₄)₂·12 H₂O, welcher in der Argentometrie als Indikator verwendet wird.^[8]

Eisen(III)-sulfat ist thermisch nicht stabil und zerfällt beim Erhitzen stufenweise. Moderne Untersuchungen mittels ⁵⁷Fe-Mössbauer-Spektroskopie zeigen, dass die Desulfonierung nicht durch eine einfache Abspaltung von SO₃ erfolgt, sondern über zwei klar unterscheidbare Zwischenstufen verläuft. Die thermische Zersetzung von Eisen(III)-sulfat folgt dabei den in der Studie identifizierten Reaktionsschritten: ^[10]

${\displaystyle {\ce {2Fe2(SO4)3 -> Fe2O3 + Fe2O(SO4)2 + 4SO3}}}$

${\displaystyle {\ce {Fe2O(SO4)2 -> Fe2O3 + 2SO3}}}$

Die beiden endothermen Peaks bei etwa 510 °C und 541 °C (DTA/DTG) entsprechen diesen zwei Desulfonierungsstufen. Es entsteht bei der Zersetzung immer auch SO₂ und O₂, welche mit SO₃ im Gleichgewicht stehen.

Eisen(III)-sulfat wird in Großkläranlagen^[11] zur Deodorierung und zur Ausfällung von Phosphat (u. a. bei der Trinkwasseraufbereitung und der Industriewasserentsorgung als Flockungsmittel)^[8] sowie in der Hüttenindustrie als Beizmittel (z. B. für Aluminium und Stahl) eingesetzt. In der Medizin ist eine blutstillende und adstringierende Wirkung bekannt.

Eisen(III)-sulfat wurde 2015 von der EU gemäß der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH) im Rahmen der Stoffbewertung in den fortlaufenden Aktionsplan der Gemeinschaft (CoRAP) aufgenommen. Hierbei werden die Auswirkungen des Stoffs auf die menschliche Gesundheit bzw. die Umwelt neu bewertet und ggf. Folgemaßnahmen eingeleitet. Ursächlich für die Aufnahme von Eisen(III)-sulfat waren die Besorgnisse bezüglich Verbraucherverwendung, Exposition von Arbeitnehmern, hoher (aggregierter) Tonnage und weit verbreiteter Verwendung sowie der möglichen Gefahr durch sensibilisierende Eigenschaften. Die Neubewertung sollte von Litauen durchgeführt werden, jedoch wurde die Neubewertung des Stoffs 2019 zurückgezogen, weil die Gefahren als gering eingeschätzt wurden.^[12][13]

1. ↑ Eintrag zu FERRIC SULFATE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 11. Dezember 2021.
2. ↑ ^{a b c d e f g} Eintrag zu Eisen(III)-sulfat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2021. (JavaScript erforderlich)
3. ↑ ^{a b} David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-69.
4. ↑ MSDS von MartinBaker (Memento vom 9. Juli 2008 im Internet Archive)
5. ↑ Daniela Mauro, Cristian Biagioni, Marco Pasero, Henrik Skogby, Federica Zaccarini: Redefinition of coquimbite, AlFe³⁺₃(SO₄)₆(H₂O)₁₂⋅6H₂O. In: Mineralogical Magazine. Band 84, 2020, S. 275–282, doi:10.1180/mgm.2020.15 (englisch). 
6. ↑ Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: May 2022. (PDF; 3,7 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Mai 2022, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 2. Juli 2022; abgerufen am 9. Mai 2022 (englisch). 
7. ↑ Richard P. Pohanish: HazMat Data For First Response, Transportation, Storage, and Security. John Wiley & Sons, 2005, ISBN 0-471-72610-9, S. 549 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
8. ↑ ^{a b c} Holleman/Wiberg: Band 2: Nebengruppenelemente, Lanthanoide, Actinoide, Transactinoide. In: Anorganische Chemie. 103. Auflage. Band 2. Walter de Gruyter GmbH & Co KG, Berlin 2016, ISBN 978-3-11-049590-4, S. 1958 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
9. ↑ Rochelle M. Cornell, Udo Schwertmann: The Iron Oxides Structure, Properties, Reactions, Occurrences and Uses. John Wiley & Sons, 2003, ISBN 3-527-30274-3, S. 526 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
10. ↑ Wei Wang, Yan Fu, Feng Xie, Yongfeng Chang, Yuexin Han: Thermal Decomposition Behavior and Kinetic Analysis of Ammonium Jarosite. In: Metals. Band 13, Nr. 2, 2023, S. 261, doi:10.3390/met13020261. 
11. ↑ Patent DE60002011T2: Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Eisen(III)-Sulfat-Lösung und ihre Verwendung als Wasserbehandlungsreagenz. Angemeldet am 20. Juni 2000, veröffentlicht am 29. Januar 2004, Anmelder: Taki Chemical Co. Ltd, Erfinder: Toshihiko Kakio, Tatsuo Tsukamoto.‌
12. ↑ Community Rolling Action Plan (CoRAP) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA): diiron tris(sulphate), abgerufen am 6. März 2022.Vorlage:CoRAP-Status/-
13. ↑ ECHA: Withdrawal, 19. März 2019.