亚铁离子

有较强还原性的金属阳离子

亚铁离子(Fe²⁺)是铁元素在+2价态下的金属阳离子,其水溶液呈浅绿色,具有较强的还原性,易与氯气、氧气等氧化剂反应,储存时常加入铁粉以防止氧化为Fe³+。亚铁离子不稳定,可以生成 氧化物 、氢氧化物、 配位化合物 和盐类,一般可以通过 重铬酸钾 氧化滴定法、 邻二氮菲 比色法来进行亚铁离子的检测。

亚铁离子被广泛用做食用菌保鲜剂、检测剧毒品 氰化物 及降低土壤 硫化氢 危害等领域,也被用于 废水 脱氮和 染料 降解的处理。在净水领域,收集反冲洗水中的铁泥进行分析,发现其中基本上不含亚铁化合物,表明滤料表面的铁质活性滤膜通过吸附并催化氧化亚铁离子形成自更新滤层,其不断更新是锈砂接触氧化除铁过程正常进行的必要条件,将亚铁离子迅速氧化为高铁,提升除铁效率。

人体中亚铁离子参与形成 血色素 ,通过细胞膜进入血液。当人体对铁的摄入或吸收存在障碍时就会发生 缺铁性贫血 ,当补充的 铁剂 过量时会发生 硫酸铁 中毒。

理化性质

亚铁离子(Fe 2+ )为固体状 ,其 盐溶液 一般为浅绿色、 硫化物 为黑色、 氢氧化物 为白色。 熔点 为1538℃ ,亚铁离子(Fe 2+ )是元素铁的较低价 氧化数 ,具有较强的还原性,Fe 2+ 的性质并不稳定,容易被氧化成稳定的三价Fe 3+ 。Fe 2+ 也具有弱氧化性,可以同锌、镁等活泼金属发生 置换反应 。

与碱反应

亚铁 离子可以与碱反应生成白色 氢氧化铁胶体 沉淀。

Fe 2+ +2OH - Fe(OH) 2

水解反应

亚铁离子在水中不稳定,与水反应也会生成白色的氢氧化铁沉淀。

Fe 2+ +2H 2 O Fe(OH) 2 +2H +

还原反应

亚铁离子有较强的还原性,可以与 氯气 反应,被氧化成三价铁离子。

2Fe 2+ +Cl 2 3Fe 3+ +2Cl -

氧化反应

Fe 2+ 也具有弱氧化性,可以同锌、镁等活泼金属发生 置换反应 。

Fe 2+ +Zn Zn 2+ +Fe

应用领域

保鲜剂

在保鲜领域,将 维生素c ( 抗坏血酸 )或 柠檬酸 加入 硫酸亚铁 、 氯化亚铁 和 溴化亚铁 等 二价铁 化合物中,可作为保鲜剂对蔬菜、果品、肉类、鱼贝等生鲜食品进行保鲜。 这种方法能够有效杀菌,对人体无害,被广泛用于从市场到流通的各个环节,如点心店的食品柜,肉食店的陈列柜。

氢氰酸和氰化物的检验

离子 在碱性溶液中与 亚铁 离子作用,生成亚铁氰复盐,在酸性溶液中,遇高价 铁离子 即生成 普鲁士蓝 。利用这一原理,可以进行 氢氰酸 和氰化物的检验。

2KCN+FeSO 4 K 2 SO 4 +Fe(CN) 2

Fe(CN) 2 +4KCN K 4 [Fe(CN) 6 ]

3K 4 [Fe(CN) 6 ]+4FeCl 3 Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 +12 氯化钾

降低土壤硫化氢危害

低湿地或水田,受反 硫化细菌 的作用, 硫酸 被还原成硫化氢,使含铁量低的土中发生硫化氢的毒害,稻根中毒死亡。如土壤中含铁量多,则硫化氢与亚铁离子作用,生成难溶的 三硫化二铁 ,可减少其危害。根据这一原理,生产上采取排水晒田,紧泥,疏松通气,客土掺粘(含铁的粘粘),施用腐熟有机肥及 二价铁 等措施,来避免 硫化氢 的危害。

废水脱氮与促进燃料污染物降解

水体氮污染不仅导致水体 富营养化 ,并且对人类健康构成潜在威胁,铁型反硝化技术是以还原态的零价铁和 二价铁 (Fe 2+ )作为 还原剂 ,污染物为电子受体进行脱氮。由于铁作为电子供体更易获取且成本低,更适用于低 C/N 比废水处理。

纺织业 、皮革业、印刷以及食品业使用的 染料 具有生物毒性、 致癌性和致畸性,容易造成环境污染,多采用高级氧化技术降解有机污染物技术对染料进行处理,即使用 亚铁 离子 催化 过二硫酸 降解污染物。

鉴别与测定

鉴别方法

直接观察法

可以观测溶液颜色,亚铁离子的溶液颜色通常为浅绿色。

苛性钠试剂法

在待测溶液中加入 氢氧化钠溶液 ,首先生成白色沉淀,随即迅速变为灰绿色,最后沉淀变为红褐色,则说明溶液中含有亚铁离子(Fe 2+ )。

Fe 2+ +2OH - Fe(OH) 2

4Fe(OH) 2 +2H 2 O+O 2 4Fe(OH) 3

赤血盐试剂法

在待测溶液中滴入几滴赤血盐(K 3 [Fe(CN) 6 ])溶液,若有蓝色沉淀,溶液中含有亚铁离子(Fe 2+ )。

3Fe 2+ +2[Fe(CN) 6 ] 3- Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2

测定方法

重铬酸钾氧化滴定法

在酸性溶液中重铬酸钾氧化还原性物质时,本身被还原成绿色的Cr 3+ , 硫酸亚铁 样品由于具有较强的还原性,在存放过程中其亚铁离子易被空气中的氧氧化成 铁离子 而带黄 棕色 ,使亚铁离子的含量发生变化,采用 重铬酸钾法 可以测定硫酸亚铁样品中Fe 2+ 的含量。两者发生的反应如下:

6Fe 2+ +Cr 2 O 7 2- +14H + 6Fe 3+ +2Cr 3+ +7H2O

因为 滴定 过程中有Fe 3+ 生成,应加入H 3 PO 4 使其与Fe 3+ 形成[Fe(HPO 4 )] - 配位离子,降低溶液中的Fe 3+ 的浓度,增大滴定突跃范围,使 指示剂 变色明显,减小 滴定误差 。

邻菲罗啉比色法

选用邻菲罗啉(又称 邻二氮菲 )作为显色剂,与 亚铁 离子Fe 2+ 反应,生成稳定的橙红色 配位化合物 ,用分光光度法测定该配合物的吸光度,从而计算亚铁离子的含量。化学反应式如下。

该配合物的 摩尔 吸光系数为1.1×10 4 L/(mol·cm),在pH=2~9之间,颜色深浅与溶液的酸度无关。在有 还原剂 的存在下,颜色可保持几个月不变。

人体作用

作用机制

铁在人体吸收部位主要位于 十二指肠 及空肠上段。饮食中的铁一般为三价铁 有机化合物 ,经 胃酸 作用还原为 二价铁 。二价铁参与形成 血色素 ,通过细胞膜进入血液。多余的铁以 铁蛋白 、含铁血黄素形式储存于单核吞 细胞 系统内,待铁需要量增加时动用。当人体对铁的摄入或吸收存在障碍时就会发生 缺铁性贫血 ,如老年人因牙齿脱落、咀嚼困难或肉食品摄入量少、胃肠道黏膜萎缩使胃酸分泌减少,造成铁吸收不良,缺铁性贫血又使胃黏膜进一步萎缩,形成负铁吸收的恶性循环,另外病理性的、继发于诸多疾病的出血以及由此对铁的摄入和吸收造成的不利影响也是导致缺铁性贫血的主要机制;当人体发生缺铁性贫血时,需要补充 铁剂 ,如补充的铁剂过量时会发生硫酸亚 铁中毒 ,因为铁剂是一一种血管弛缓剂, 铁中毒 时出现血管舒张导致休克,还可使网状内皮 细胞 功能暂时受到抑制,肝脏发生坏死,大量 蛋白质 破坏,蛋白合成降低,肾脏排出蛋白增多,以致发生低蛋白血症而发生紫 。铁剂对 消化道 有刺激和腐蚀作用。

结构与化合物

结构

铁元素在化学反应中失去2个 电子 ,变成带有2个正电荷的 阳离子 ,即为亚铁离子,其结构示意图如下:

相关化合物

氧化物

由 亚铁 离子所构成的氧化物 氧化亚铁 呈黑色,能够溶于 强酸 ,而不溶于水和碱,属于 碱性氧化物 。

氢氧化物

亚铁离子(Fe 2+ )可以与 氢氧根 (OH - )生成白色化合物 氢氧化亚铁 (Fe(OH) 2 ),Fe(OH) 2 难溶于水,很不稳定容易被氧化。在空气中,当亚铁离子生成Fe(OH) 2 后,就会被 氧气 氧化为Fe(OH) 3 。

盐类

Fe 2+ 的强酸盐易溶于水,并会有微弱的 水解 使得溶液显酸性。当Fe 2+ 的强酸盐从溶液中析出结晶时,会带有一定数目的 结晶水 ,水合盐结晶以及它的 水溶液 都会带有颜色,例如:[Fe(H 2 O) 6 ] 2+ 为浅绿色。FeSO 4 能够与 碱金属 或 的 硫酸盐 形成 复盐 ,如(NH 4 ) 2 SO 4 ·FeSO 4 ·6H 2 O。

配合物

氰合物

Fe 2+ 能与 氰化钾 形成白色沉淀Fe(CN) 2 ,但当KCN过量时,会将已经沉淀的Fe(CN) 2 再次溶解形成氰合物。

Fe 2+ +2CN - Fe(CN) 2

Fe(CN) 2 +4CN - [Fe(CN) 6 ] 4-

螯合物

Fe 2+ 可以与 甘氨酸 合形成甘氨酸螯合物,通过观察螯合物的颜色变化来判断 亚铁 离子的含量。初配出时溶液清澈透明的,随着时间延长溶液逐渐变黄,产生黄白色沉淀。这是亚铁离子被溶液中溶解的 氧气 逐渐氧化,变成了三价的含铁化合物,达到最高 化合价 的稳定状态。

另外作为人体必需的 微量元素 ,Fe 2+ 也可以与 血红素 蛋白质 形成 配合物 ,担负起 血色素 组成的重要任务。

络合物

壳聚糖 -Fe 2+ 络合物 是一种用于卷烟滤嘴添加剂,通过 吸附 作用,可去除烟气中的 苯酚 、 氢氰酸 和水。

制备方法

硫酸亚铁的制备

铁和稀 硫酸 反应可生成 七水合硫酸亚铁 ( 二价铁 ),往盛有 铁屑 的 锥形瓶 中加入硫酸溶液,水浴加热使铁屑与硫酸反应。待反应基本完成(几乎不再产生 氢气 气泡)后,停止加热,再加入少量硫酸溶液使其酸化(Fe2+在强酸性溶液中较稳定)。趁热过滤,滤液转移至 蒸发皿 内,加热浓缩后静置冷却,使其 晶体 析出,用倾析法除去 母液 ,把晶体放在吸水纸上吸干。

氢氧化亚铁的制备

在盛有1克晶体碘的试管中,加入 还原铁粉 ,使之覆盖于晶体碘上。注入煮沸过冷却后的 蒸馏水 .待反应开始后,振荡试管,由于碘跟铁反应,故溶液 中将 有 碘化亚铁 生成。滤纸过滤,滤液滴入氨-氯化铵缓冲液中,观测到有白色 氢氧化铁 生成,并在长时间内白色沉淀不被氧化变色,倒出上清液,加入纯化水,生成灰绿色沉淀。

安全事宜

缺铁性贫血

临床表现

贫血的一般表现有头晕、乏力、 气短 、腹胀、记忆力减退、影响人体的精神和行为或影响劳动力与耐力及 细胞 免疫状态等,在严重缺乏时还影响外 胚层 发育而来的组织的营养状况。

实验诊断

实验室条件下对 缺铁性贫血 的检查方法有7种,外周血检查法、 骨髓 穿刺涂片检查、 血清铁蛋白测定 、红细胞内铁蛋白测定、 血清铁 , 总铁结合力 及 运铁蛋白 饱和度检查、红细胞游离原 卟啉 测定。

治疗措施

补铁治疗,治疗性 铁剂 有 无机化合物 铁和有机铁两类。无机铁以 硫酸亚铁 为代表,有机铁是指有机盐铁和含蛋白铁。有机盐铁有 右旋糖酐铁 、 葡萄糖酸亚铁 、 富马酸亚铁 、 琥珀酸亚铁 和 乳酸亚铁 等。 二价铁 盐比三价 铁盐 易于吸收,口服铁制剂比注射铁制剂更为安全。

硫酸亚铁中毒

临床表现

硫酸亚铁中毒时出现:恶心、呕吐、上腹痛、 腹泻 ;并伴有 呕血 、 便血 、血压下降、休克。严重时会出现高热、 胸闷 、心动过速、抽搐、 惊厥 、 昏迷 。最终多因循环衰竭而死亡。铁的致死量为150~200毫克/公斤(相当于 硫酸亚铁 0.75~1克/公斤)。

治疗措施

误服 铁剂 过量引起中毒时:

1、应立即用1% 碳酸氢钠 溶液 洗胃 。

2、口服生蛋清100毫升或牛奶200~300毫升,使残留胃内的铁形成 铁蛋白 ,减少吸收。

3、肌肉注射或者静脉滴注去铁敏:根据是否出现休克症状,调整去铁敏的使用方法和使用量。

4、静脉滴注促排灵。

5、静脉滴注1% 亚甲基蓝 溶液,以防 高铁血红蛋白 形成。

贮藏条件

由于亚铁离子不稳定,因此亚铁离子贮藏时,应加 还原铁粉 和 硫酸 ,抑制其氧化和 水解

参考资料

  1. Ferrous ion pubchem 2023-05-19