硫化亚铁

黑褐色六方晶体

硫化亚铁( 二价铁 硫化物 ) 化学式 FeS,分子量为87.91,一种 无机化合物 ,含杂质硫化亚铁为灰色至棕色固体,纯品为黑褐色六方 晶体 。 其比重为4.74, 熔点 1194 ℃,不溶于氨,难溶于水,密度为4.84g/cm 3 。 硫化亚铁有低毒性,大鼠经口以Fe计的LD 50 为279~558mg/kg(bw)。 硫化亚铁溶于酸时会产生硫化氢气体,可用温热的稀硫酸与硫化亚铁固体在启普发生器的简易装置中进行反应(用盐酸制备硫化氢时会使硫化氢中混有氯化氢气体)。硫化亚铁在潮湿空气中逐渐氧化成 四氧化三铁 和硫,可由铁和硫在高真空 石英 封管内共熔制得,反应方程式为Fe+S→ FeS(条件为加热)。硫化亚铁主要用于硫化氢和陶瓷的制备以及可用作油漆颜料等方面。

环境分布

硫化亚铁形成于含 硫酸根 还原菌的还原环境中。硫酸根还原菌可以利用环境中的有机质作为碳源和代谢能量,将硫酸根(SO 4 2- )还原为S 2- 后与离子态Fe 2+ 或者铁 氧化物 反应形成FeS。其广泛存在于含有机质和硫酸根还原菌的还原环境中,如较深层土壤, 地下水 和 江海 河口 沉积物 等。 黄铁矿 是分布范围最广的 硫化物 ,可以用来提取硫和制造 硫酸 , 多存在于 岩浆岩 、 沉积岩 、 变质岩 的副矿物中,含有钻、 、锌等物质。

物质结构

硫化亚铁属于P4/nmm 空间群 ,有一个特殊的由四面体结合在一起的层状结构结构层沿c 轴方向延伸并通过 范德华力 结合在一起,如图1所示,

在硫化亚铁结构层中,每个Fe 原子 与四个 S 原子通过 配位 作用形成共边四面体。四个Fe原子之间又分别以 0.26 nm 的距离连接成一个 正 四边形 ,这种短的距离可能导致Fe的d轨道 电子 在 基面 中广泛地离域,进而使FeS具有金属导电性。FeS具有的纳米级 粒径 和较大的 比表面积 使其表现出更强的 吸附 性能和反应活性,其表面 活性位点 决定它在 水溶液 的表面电荷。当FeS溶于水时,其 晶体 边缘的Fe原子和S原子可以通过 水解 作用形成 羟基 和 巯基 两种 官能团 。根据溶液的pH值,两种官能团都存在 质子化 和 去质子化 两种形态。当溶液pH低于FeS表面 零点 电荷pH值时,表面主要是≡Fe OH 2+ 和≡FeSH 0 官能团,而当溶液 pH 高于零点电荷 pH 值时则主要是≡FeOH 0 和≡FeS - ,但是不同研究测出来的FeS表面零点电荷pH值相差较大。

理化性质

含杂质的硫化亚铁为灰色至棕色固体,纯品为无色六方 晶体 ,比重为4.74, 熔点 :1194℃,不溶于氧,难溶于水,密度为4.84g/cm 3 。 硫化亚铁是反铁磁性的,溶于 无机酸 ,同时放出有毒和可燃性之 硫化氢 气体,化学方程式为FeS + 2 HCl→ FeCl2 + H2S↑。其反应如下:

在空气中加热容易被氧化,其反应为

此外,硫化亚铁在潮湿空气中可以逐渐被氧化而分解成硫和 四氧化三铁 。

硫化亚铁及铁的其它 硫化物 在空气中受热或光照时,会发生如下反应 :

制备

测定

不同样品中硫化亚铁的测定方法

各种 炉渣 中FeS的测定方法则基于在浸取金属铁后的残渣中,用溴— 甲醇 溶液选择溶解FeS,铁的 氧化物 留于残渣中;也可用溴—甲醇溶液同时浸取金属铁和FeS,测定二者铁的合量,然后减去金属铁量可得硫化亚铁的铁含量。

试样中硫化亚铁与 非氧化性酸 反应生成 硫化氢 气体,用 乙酸镉 和 乙酸锌 混合溶液吸收后产生 硫化镉 和 硫化锌 沉淀。加入过量碘 标准溶液 与硫化镉和硫化锌发生定量反应,剩余的碘以淀粉为 指示剂 ,用 硫代硫酸钠 标准溶液 滴定 。根据实际消耗的碘量,即可求得硫化亚铁含量。

应用领域

安全事宜

健康危害

硫化亚铁有低毒性,大鼠经口以Fe计的LD 50 为279~558mg/kg(bw)。 人长期吸入该粉尘,可能引起 肺尘病 改变;若不慎触及皮肤和眼睛会引起刺激症状;误服可引起胃肠刺激症状,并可能导致 十二指肠 假性 黑变病 。

急救措施

吸入

误吸入硫化亚铁后,应该保持 呼吸道 通畅,必要时辅助通气。当出现出血性胃肠炎引起的休克时应用 静脉注射 晶体 液进行治疗,必要时更换血液,并且时刻监测休克情况。

眼睛

当眼睛接触到硫化亚铁时,应立即用水或 生理盐水 冲洗眼睛。

摄入

当摄入硫化亚铁时,如果患者可以吞咽、有强烈的呕吐反应并且不流口水,应进行 漱口 稀释。

中毒措施

患者发生轻度中毒时,会出现明显的低血容量,严重中毒时(例如休克、严重酸中毒和/或 血清铁 > 500-600 mcg/dL)应给予 去铁胺 进行治疗。应时刻监测患者尿液中去铁胺-铁 配位化合物 的情况。当尿液恢复正常或血清铁水平升高则可停止治疗。

环境

当加热分解时,它会散发出 硫氧化物 的有毒 烟雾 , 其氧化是一种重要的地球 化学 过程,不仅导致酸性矿山 废水 的形成还会影响环境 污染物的释放 ,迁移,降解和或化学形态的转化。

消防

硫化亚铁自燃的过程中如果没有一定的 可燃物 支持,将产生白色的SO 2 气体,常被误认为水蒸汽,伴有刺激性气味,同时放出大量的热。当周围有其它可燃物(如油品)存在时,会冒出浓烟,并引发火灾和爆炸。

预防自燃的措施

参考资料

  1. Ferrous sulfide pubchem 2023-03-14