Chlorure de fer(III)

Le chlorure de fer(III), également appelé chlorure ferrique ou perchlorure de fer, est un sel de fer de formule chimique FeCl3. C'est un composé très hygroscopique, qui émet des vapeurs dans l'air humide sous l'effet de l'hydrolyse. La réaction de dissolution dans l'eau est très exothermique et forme une solution acide marron. Ce liquide corrosif est utilisé pour traiter les eaux usées et les eaux d'adduction. Il est également utilisé pour des attaques métallographiques sur des cuivreux (notamment ceux présents dans les circuits imprimés) ainsi que l'acier inoxydable.

Pour les articles homonymes, voir Chlorure de fer.

chlorure de fer(III)
Identification
Synonymes

chlorure ferrique
trichlorure de fer
perchlorure de fer
flores martis
molysite
No CAS 7705-08-0 (anhydre),

10025-77-1 (hexahydrate)
No ECHA 100.028.846
No CE 231-729-4
Apparence cristaux noirs à bruns, hygroscopiques[1].,
hexahydrate : solide jaune
en solution : marron
Propriétés chimiques
Formule Cl3FeFeCl3
Masse molaire[2] 162,204 ± 0,008 g/mol
Cl 65,57 %, Fe 34,43 %,
Propriétés physiques
T° fusion 579 K (306 °C);
Déshydratation à 37 °C[3].
T° ébullition 588 K (315 °C)
décomposition partielle en FeCl2+Cl2
Solubilité dans l'eau : 920 g·l-1 (20 °C).
acétone : 630 g·l-1 (18 °C)
méthanol : très soluble
éthanol : 830 g·l-1.
éther : très soluble
Masse volumique 2,80×103 kg·m-3
en solution à 40 % : 1,4 g·ml-1
Viscosité dynamique solution à 40 % : 12 cP
Cristallographie
Système cristallin hexagonal
Précautions
SIMDUT[4]

E,
Directive 67/548/EEC

Xn
Transport
80
   1773   

80
   2582   
[3]
Composés apparentés
Autres cations Chlorure de fer(II)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le chlorure de fer(III) anhydre est un acide de Lewis assez puissant, utilisé comme catalyseur dans des réactions de chimie organique. La forme hexahydratée, jaune, est la forme commerciale la plus courante du chlorure ferrique. Sa structure est [FeCl2(H2O)4]Cl,2H2O (similaire à celle du chlorure de chrome(III)).

Sous l'effet de la chaleur, FeCl3 fond, puis bout au voisinage de 315 °C. La vapeur produite est constituée de dimères de Fe2Cl6 (à comparer au chlorure d'aluminium), qui se décomposent lentement pour former du chlorure ferreux FeCl2 et du dichlore Cl2.

Propriétés chimiques

Le chlorure de fer(III) est un acide de Lewis assez fort, qui réagit avec les bases de Lewis pour former des composés stables. Par exemple, l'addition de chlorure ferrique et d'oxyde de triphénylphosphine forme le composé stable FeCl3(OPPh3)2 (où Ph est un groupement phényl). Plusieurs complexes anioniques existent, le plus stable contenant la forme tétraédrique jaune FeCl4-. Il est possible d'extraire une solution de FeCl4- dans l'acide chlorhydrique utilisant de l'éther.

Lorsque le chlorure ferrique est chauffé en présence d'oxyde ferrique à 350 °C, il se forme l'oxychlorure FeOCl. En présence d'une base, les atomes de chlore du chlorure ferrique peuvent être substitués, par exemple pour former un alkoxide :

FeCl3 + 3 C2H5OH + 3 NH3 → Fe(OC2H5)3 + 3 NH4Cl

Les sels de carboxylates, comme les oxalates, les citrates et les tartrates, réagissent avec le chlorure ferrique en solution aqueuse pour former les complexes stables comme [Fe(C2O4)3]3-.

Le chlorure de fer(III) est également un agent oxydant modéré, capable par exemple d'oxyder le chlorure de cuivre(I) en chlorure de cuivre(II). Les agents réducteurs comme l'hydrazine permettent la réduction de FeCl3 en complexes de fer (II).

Fabrication

Le chlorure de fer(III) anhydre peut être préparé en faisant réagir directement le fer et le chlore suivant :

2 Fe(s) + 3 Cl2(g) → 2 FeCl3 (s)

À l'échelle industrielle, le chlorure ferrique est produit en solution aqueuse par deux techniques, à partir de fer ou de minerai de fer (oxyde) dans un procédé en boucle :

  • Dissolution du minerai de fer dans l'acide chlorhydrique :
    Fe3O4(s) + 8 HCl(aq) → FeCl2(aq) + 2 FeCl3(aq) + 4 H2O
  • Transformation du chlorure ferreux à l'aide de dichlore :
    2FeCl2(aq) + Cl2(g) → 2FeCl3(aq)
  • Dissolution du fer pur dans une solution de chlorure ferrique :
    Fe(s) + 2 FeCl3(aq) → 3 FeCl2(aq)

Le chlorure ferrique hydraté peut être déshydraté pour obtenir la forme anhydre en chauffant en présence de chlorure de thionyle.

Utilisations

Le chlorure ferrique est l'un des réactifs les plus utilisés pour l'attaque des métaux. Il est notamment très utilisé pour attaquer le cuivre dans l'industrie des circuits imprimés. Cette attaque met en œuvre une réaction d'oxydo-réduction :

FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl
suivi de : FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2

Il est également utilisé comme catalyseur pour la réaction de l'éthylène et du dichlore, mise en œuvre dans la production industrielle de chlorure de vinyle, le monomère de base pour la fabrication du PVC. Une réaction du même type est utilisée pour la fabrication du 1,2-dichloroéthane, un composé chimique largement utilisé dans l'industrie.

Le chlorure ferrique est aussi utilisé comme alternative au sulfate de fer(III) pour le traitement de l'eau. Il est alors traité avec un ion hydroxyde pour former un floc d'hydroxyde de fer(III) (de formule FeO(OH)) qui permet d'éliminer les particules en suspension.

En laboratoire, le chlorure ferrique est couramment utilisé en tant qu'acide de Lewis pour catalyser des réactions telles que la chloration de composés aromatiques ou la réaction de Friedel et Crafts sur des aromatiques. C'est un acide de Lewis moins puissant que le chlorure d'aluminium, mais dans certains cas ce caractère plus modéré permet d'obtenir de meilleurs rendements, comme pour l'alkylation du benzène :

Le « test du chlorure ferrique » est un test colorimétrique de reconnaissance du phénol et des énols, qui met en œuvre une solution de 1 % de chlorure ferrique préalablement neutralisée par de la soude jusqu'à l'apparition d'un précipité de FeO(OH). Cette solution est filtrée avant utilisation. La substance organique est alors dissoute dans l'eau, le méthanol ou l'éthanol. La solution de chlorure ferrique est ajoutée à la solution organique obtenue, et une coloration (transitoire ou permanente) généralement violette, verte ou bleue apparaît en présence de phénol ou d'un énol.

Le chlorure ferrique est parfois utilisé par les numismates américains pour déterminer la date de pièces de 10 cents « Buffalo » (émises entre 1913 et 1938) dont la date n'est plus lisible.

En électronique, le perchlorure de fer est utilisé pour graver les circuits imprimés.

Variante à usage médical

Le chlorure ferrique peut également être employé en préparation à usage pharmaceutique externe comme excellent hémostatique en lieu et place de la traditionnelle « eau oxygénée ».

Cette préparation qui est relativement peu distribuée se présente sous forme liquide (solution aqueuse) de couleur jaune clair et peut être appliquée sur des coupures ou petites plaies externes.

Son application au contact du sang provoque immédiatement la formation d'un caillot sanguin de surface, ce qui provoque l'hémostase et protège la plaie comme le fait la croûte durant le processus de cicatrisation.

Attention, seule une solution de chlorure ferrique dilué à environ 5,2 % est utilisable (équivalent chlorure ferrique anhydre à 1,5 % environ).

Si cette solution est appliquée avec une ouate et que des fibres sont prises dans le caillot en formation, ne pas les retirer afin de ne pas rompre la croûte ce qui réactiverait le saignement. Ces fibres disparaitront lorsque la croûte tombera une fois la plaie cicatrisée.

Contrairement à l'eau oxygénée qui est indolore, le chlorure ferrique « pique » mais est très nettement plus efficace en provoquant une coagulation absolument immédiate.

Le chlorure ferrique fut utilisé par A. Fölling en 1934 sur de l'urine de patients atteints de retard mental et d'odeur intrinsèque de moisi, ce qui lui permit de mettre en évidence un excès d'acide phénylpyruvique, symptôme biologique primaire de la phénylcétonurie.

Sécurité

Le chlorure ferrique est toxique et hautement corrosif. La forme anhydre est un agent déshydratant très puissant. Il doit être manipulé avec précautions.

  • R: 22 (Nocif en cas d'ingestion)
  • R: 34 (Provoque des brûlures)
  • S: 26 (En cas de contact avec les yeux, laver abondamment et consulter un ophtalmologiste)
  • S: 28 (En cas de contact avec la peau, laver abondamment avec... (précisé par le fabricant))

Il a un caractère d'acide fort et présente donc tous les risques dus aux produits corrosifs. Des projections dans les yeux peuvent causer des brûlures graves. Il faut porter des lunettes quand on le manipule. Une éclaboussure sur la peau doit être lavée sans délai. Un contact prolongé cause une irritation et peut provoquer une brûlure.

Il ne faut jamais le mettre dans une bouteille ou un récipient à usage alimentaire afin d'éviter toute confusion avec une boisson.

L'étiquetage des récipients « perchlorure de fer C corrosif » est recommandé.

Voir aussi

Références
  1. N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
  2. Handbook of Chemistry and Physics, 71st edition, CRC Press, Ann Arbor, Michigan, 1990.
  3. The Merck Index, 7th edition, Merck & Co, Rahway, New Jersey, USA, 1960.
  4. D. Nicholls, Complexes and First-Row Transition Elements, Macmillan Press, London, 1973.
  5. A. F. Wells, 'Structural Inorganic Chemistry, 5th ed., Oxford University Press, Oxford, UK, 1984.
  6. J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th ed., p. 723, Wiley, New York, 1992.
  7. B. S. Furnell et al., Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, Longman/Wiley, New York, 1989.
  8. Handbook of Reagents for Organic Synthesis: Acidic and Basic Reagents, (H. J. Reich, J. H. Rigby, eds.), Wiley, New York, 1999.
  1. TRICHLORURE DE FER (anhydre), fiche(s) de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée(s) le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. Entrée du numéro CAS « 7705-08-0 » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 11 janvier 2009 (JavaScript nécessaire)
  4. « Chlorure ferrique » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
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