硫化亞鐵 硫化亞鐵(ferrous sulfide) 化學式FeS,分子量為87.91,一種無機化合物,含雜質(zhì)硫化亞鐵為灰色至棕色固體,純品為無色六方晶體。 其比重為4.74,熔點1194 ℃,不溶于氨,難溶于水,密度為4. 74g/cm 。 硫化亞鐵有低毒性,大鼠經(jīng)口以Fe計的LD 50 為279~558mg/kg(bw)。 硫化亞鐵溶于酸時會產(chǎn)生硫化氫氣體,在熱水中分解。硫化亞鐵在潮濕空氣中逐漸氧化成 四氧化三鐵 和硫,可由鐵和硫在高真空石英封管內(nèi)共熔制得。硫化亞鐵主要用于硫化氫和陶瓷的制備以及可用作油漆顏料 等方面。
環(huán)境分布 硫化亞鐵形成于含硫酸根還原菌的還原環(huán)境中。硫酸根還原菌可以利用環(huán)境中的有機質(zhì)作為碳源和代謝能量,將硫酸根(SO 4 )還原為S 后與離子態(tài)Fe 或者鐵氧化物反應(yīng)形成FeS。其廣泛存在于含有機質(zhì)和硫酸根還原菌的還原環(huán)境中,如較深層土壤,地下水和江海河口沉積物等。 黃鐵礦 是分布范圍最廣的硫化物,可以用來提取硫和制造硫酸, 多存在于 巖漿巖 、 沉積巖 、變質(zhì)巖的副礦物中,含有鉆、鎳、鋅等物質(zhì)。
物質(zhì)結(jié)構(gòu) 硫化亞鐵屬于P4/nmm 空間群,有一個特殊的由四面體結(jié)合在一起的層狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)層沿c 軸方向延伸并通過范德華力結(jié)合在一起,如圖1所示,
在硫化亞鐵結(jié)構(gòu)層中,每個Fe 原子與四個 S 原子通過配位作用形成共邊四面體。四個Fe原子之間又分別以 0.26 nm 的距離連接成一個 正四邊形 ,這種短的距離可能導(dǎo)致Fe的d軌道電子在基面中廣泛地離域,進而使FeS具有金屬導(dǎo)電性。FeS具有的納米級粒徑和較大的比表面積使其表現(xiàn)出更強的吸附性能和反應(yīng)活性,其表面活性位點決定它在水溶液的表面電荷。當FeS溶于水時,其晶體邊緣的Fe原子和S原子可以通過水解作用形成羥基和巰基兩種官能團。根據(jù)溶液的pH值,兩種官能團都存在質(zhì)子 化和去質(zhì)子化兩種形態(tài)。當溶液pH低于FeS表面零點電荷pH值時,表面主要是≡Fe OH 和≡FeSH 官能團,而當溶液 pH 高于零點電荷 pH 值時則主要是≡FeOH 和≡FeS ,但是不同研究測出來的FeS表面零點電荷pH值相差較大。
理化性質(zhì) 含雜質(zhì)的硫化亞鐵為灰色至棕色固體,純品為無色六方晶體,比重為4.74,熔點1194℃,不溶于氧,難溶于水,密度為4.74g/cm 。 溶于無機酸,同時放出有毒和可燃性之硫化氫氣體。其反應(yīng)如下:
在空氣中加熱容易被氧化,其反應(yīng)為
此外,硫化亞鐵在潮濕空氣中可以逐漸被氧化而分解成硫和四氧化三鐵。
硫化亞鐵及鐵的其它硫化物在空氣中受熱或光照時,會發(fā)生如下反應(yīng) :
制備 可通過 硫磺 與鐵直接反應(yīng)可制得硫化亞鐵,其反應(yīng)如下: 氧化鐵 加熱到950—1050 ℃,通入硫化氫和過量 氫氣 的混合氣體反應(yīng)可制得硫化亞鐵。 將 硫化銻 或堿金屬硫化物加入到亞鐵鹽溶液中反應(yīng)可制得硫化亞鐵。 加黃鐵礦或其富集物于水或無水的FeSO 4 ,F(xiàn)e 2 (SO 4 ) 3 或它們的混合物中,加熱至1000℃以上(或同時用煤或 焦炭 處理)即生成FeS和SO 2 。 微乳液法:通過選擇 合適的微乳液體系 ,使用 氯化亞鐵 和 硫化鈉 可制備出圓球狀的FeS 粒 子。
測定 不同樣品中硫化亞鐵的測定方法
各種 爐渣 中FeS的測定方法則基于在浸取金屬鐵后的殘渣中,用溴— 甲醇 溶液選擇溶解FeS,鐵的氧化物留于殘渣中;也可用溴—甲醇溶液同時浸取金屬鐵和FeS,測定二者鐵的合量,然后減去金屬鐵量可得硫化亞鐵的鐵含量。 試樣中硫化亞鐵與非氧化性酸反應(yīng)生成硫化氫氣體,用 乙酸鎘 和 乙酸鋅 混合溶液吸收后產(chǎn)生 硫化鎘 和 硫化鋅 沉淀。加入過量碘標準溶液與硫化鎘和硫化鋅發(fā)生定量反應(yīng),剩余的碘以淀粉為指示劑,用 硫代硫酸鈉 標準溶液滴定。根據(jù)實際消耗的碘量,即可求得硫化亞鐵含量。
應(yīng)用領(lǐng)域 實驗室用作分析試劑和制作硫化氫的原料
工業(yè)上用于油漆、顏料和陶瓷的生產(chǎn),還可用來制取其他 亞鐵鹽 。 鋼鐵部件的 固體潤滑劑
安全事宜
健康危害 硫化亞鐵有低毒性,大鼠經(jīng)口以Fe計的LD 50 為279~558mg/kg(bw)。 人長期吸入該粉塵,可能引起 塵肺 改變;若不慎觸及皮膚和眼睛會引起刺激癥狀;誤服可引起胃腸刺激癥狀,并可能導(dǎo)致十二指腸假性黑變病。
急救措施
吸入 誤吸入硫化亞鐵后,應(yīng)該保持呼吸道通暢,必要時輔助通氣。當出現(xiàn)出血性胃腸炎引起的休克時應(yīng)用靜脈注射晶體液進行治療,必要時更換血液,并且時刻監(jiān)測休克情況。
眼睛 當眼睛接觸到硫化亞鐵時,應(yīng)立即用水或 生理鹽水 沖洗眼睛。
攝入 當攝入硫化亞鐵時,如果患者可以吞咽、有強烈的嘔吐反應(yīng)并且不流口水,應(yīng)進行漱口稀釋。
中毒措施 患者發(fā)生輕度中毒時,會出現(xiàn)明顯的低血容量,嚴重中毒時(例如休克、嚴重酸中毒和/或 血清鐵 > 500-600 mcg/dL)應(yīng)給予 去鐵胺 進行治療。應(yīng)時刻監(jiān)測患者尿液中去鐵胺-鐵復(fù)合物的情況。當尿液恢復(fù)正常或血清鐵水平升高則可停止治療。
環(huán)境 當加熱分解時,它會散發(fā)出硫氧化物的有毒煙霧, 其氧化是一種重要的地球化學過程,不僅導(dǎo)致酸性礦山廢水的形成還會影響環(huán)境污染物的釋放,遷移,降解和或化學形態(tài)的轉(zhuǎn)化。
消防 硫化亞鐵自燃的過程中如果沒有一定的可燃物支持,將產(chǎn)生白色的SO 2 氣體,常被誤認為水蒸汽,伴有刺激性氣味,同時放出大量的熱。當周圍有其它可燃物(如油品)存在時,會冒出濃煙,并引發(fā)火災(zāi)和爆炸。
預(yù)防自然的措施
鈍化法:用 鈍化劑 進行設(shè)備處理,將易自燃的硫化亞鐵轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的化合物。但缺點是純粹的鈍化法成本較高,且由于含有油垢,使附著在設(shè)備上的硫化亞鐵不容易去除。 春村