Jern pentakarbonyl

Strukturell formel
Generell
Etternavn	Jern pentakarbonyl
andre navn	Pentakarbonyljern (0) Jernkarbonyl IPC (I for jern)
Molekylær formel	[Fe (CO) 5 ]
Kort beskrivelse	oljegul til rød væske med muggen lukt
Eksterne identifikatorer / databaser
CAS-nummer 13463-40-6 EF-nummer 236-670-8 ECHA InfoCard 100.033.323 PubChem 26040 Wikidata Q412278
eiendommer
Molarmasse	195,90 g mol −1
Fysisk tilstand	væske
tetthet	1,495 g cm −3 (0 ° C) 1,457 g cm −3 (20 ° C) 1,419 g cm −3 (40 ° C) 1.380 g cm −3 (60 ° C)
Smeltepunkt	−21 ° C
kokepunkt	105 ° C
Damptrykk	30,6 timer Pa (20 ° C) 51,6 hPa (30 ° C) 84,1 hPa (40 ° C) 133 hPa (50 ° C)
løselighet	praktisk talt uløselig i vann
Brytningsindeks	1,453 (22 ° C)
sikkerhetsinstruksjoner
GHS faremerking fare H- og P-setninger H: 225-300 + 310 + 330-372 P: 210-280-302 + 352-310-330-304 + 340
MAK	Sveits: 0,1 ml m −3 eller 0,8 mg m −3 (beregnet som jern)
Toksikologiske data	25 mg kg -1 ( LD 50 ,  rotte ,  oral )
Så langt som mulig og vanlig, brukes SI-enheter . Med mindre annet er angitt, gjelder oppgitte data standardbetingelser . Brytningsindeks: Na-D-linje , 20 ° C

Jern pentacarbonyl er en kompleksforbindelse , og, sammen med diiron nonacarbonyl Fe ₂ (CO) ₉ og triiron dodecacarbonyl Fe ₃ (CO) _{12, er} den enkleste av de tre kjente karbonyler av jern . Under standardforhold er den til stede som en strågul væske.

Produksjon

Teknisk sett produseres jernpentakarbonyl av finfordelt jern og karbonmonoksid ved 150 til 200  ° C under et trykk på 50 til 300 bar. Rent jern uten oksidlag reagerer med CO selv ved romtemperatur og normalt trykk. Rensingen skjer ved destillasjon . Det er en likevektsreaksjon , hvis posisjon avhenger sterkt av temperatur og trykk. Dannelsen av jernpentakarbonyl er eksoterm ved −226,92 kJ mol ⁻¹ .

${\ displaystyle \ mathrm {Fe + 5 \ CO \ \ rightleftharpoons \ [Fe (CO) _ {5}]}}$

Ved høye temperaturer blir omvendt reaksjon eller nedbrytning relevant, som i tillegg til karbonmonoksid gir et spesielt rent jernpulver (99,98 til 99,999% jern), det såkalte karbonyljernet .

eiendommer

Den oransje væsken: [Fe (CO) ₅ ].

Fysiske egenskaper

Jernpentakarbonyl er en gul til rød væske som koker ved 105 ° C under normalt trykk . Ifølge Antoine er damptrykksfunksjonen resultatet av logg ₁₀ (P) = A− (B / (T + C)) (P i bar, T i K) med A = 5.18943, B = 1960.896 og C = −0.228 in temperaturområdet fra 267 til 378 K.

Sammensetning av de viktigste fysiske egenskapene

eiendom	Type	Verdi [enhet]	Merknader
Standard formasjonens entalpi	Δ f H 0 væske	−766,09 kJ mol −1 −3911 kJ kg −1	som en væske
Forbrenningens entalpi	Δ c H 0 væske	−1606 kJ mol −1 −8200 kJ kg −1	som en væske til CO 2 og Fe 2 O 3
Varmekapasitet	c s	235 J mol −1 K −1 (20 ° C) 1.2 J g −1 K −1 (20 ° C)	som en væske
Kritisk temperatur	T c	285-288 ° C
Kritisk press	p c	2,90 MPa
viskositet	η	76 mPas (20 ° C)
Termisk ledningsevne	λ	0,139 W m −1 K −1
Lineær ekspansjonskoeffisient	α	0,00125 K −1
Enthalpy of fusion	Δ F H	13,6 kJ mol −1 69,4 kJ kg −1	ved smeltepunktet
Enthalpi av fordampning	Δ V H	37,2 kJ mol −1 190 kJ kg −1	ved normalt trykkkokepunkt
Brytningsindeks	n D 22	1,518

Undersøkelser ved bruk av røntgendiffraktometri ved -100 ° C viste at molekylet har en trigonal bipyrimid struktur. Forbindelsen er fullstendig blandbar med petroleumeter , n-heksan , benzen , n-pentanol og andre høyere alkoholer, dietyleter , aceton , eddiksyre og etylacetat .

Kjemiske egenskaper

Jernpentakarbonyl reagerer ikke med atmosfærisk oksygen ved romtemperatur. Forbindelsen er stabil mot vann og svake eller fortynnede syrer. Med konsentrerte syrer dannes de tilsvarende saltene ved frigjøring av karbonmonoksid og hydrogen. De tilsvarende jernhalogenider er resultatet av reaksjonene med halogener. Forbindelsen fungerer som et reduksjonsmiddel for organiske forbindelser. På denne måten kan nitroaromater reduseres til aniliner eller ketoner til alkoholer. De Hieber basen reaksjons fører til jern-karbonyl-salter, slik som natrium-tetrakarbonyl ferrate , som også sterke reduksjonsmidler.

${\ displaystyle \ mathrm {Fe (CO) _ {5} \ +4 \, NaOH \ \ longrightarrow \ Na_ {2} Fe (CO) _ {4} + Na_ {2} CO_ {3} +2 \, H_ {2} O}}$

Fotolyse av den rene forbindelsen eller dens løsninger gir diiron nonacarbonyl. Denne reaksjonen finner også sted når den utsettes for lys i det synlige spektrale området, slik at diiron nonacarbonyl kan dannes som en urenhet når den utsettes for dagslys.

${\ displaystyle \ mathrm {2 \, Fe (CO) _ {5} \ {\ xrightarrow {h \ nu}} \ Fe_ {2} (CO) _ {9} + CO}}$

Sikkerhetsrelaterte parametere

Jernpentakarbonyl danner svært brannfarlige damp-luft-blandinger. Forbindelsen har et flammepunkt på -15 ° C. Eksplosjonsområdet er mellom 3,7 volum% som nedre eksplosjonsgrense (LEL) og 12,5 volumprosent som øvre eksplosjonsgrense (UEL). Den antennelsestemperaturen er 55 ° C.

bruk

Jernpentakarbonyl brukes som utgangsmateriale for syntesen av organometalliske jernforbindelser som blant annet har allsidige katalytiske egenskaper.

Det ble brukt som et anti-knock-middel i bensin , for eksempel i Motalin (premiumbensin basert på syntetisk Leuna-bensin i Tyskland på 1920- og 1930-tallet). Imidlertid ble denne bruken forlatt fordi jernoksider ble avsatt i motoren og på tennpluggene. Med jernpentakarbonyl kunne 92 RON ha blitt oppnådd ved en tilsetningskonsentrasjon på ca. 6,5 g / l.

Jernpentakarbonyl brukes til å produsere semi-gjennomsiktige jernoksidpigmenter med veldig høy kjemisk renhet. Forbrenning skjer i et overskudd av atmosfærisk oksygen ved temperaturer mellom 580 ° C og 800 ° C. Oransje til røde, amorfe produkter med små kornstørrelser mellom 10 og 20 nm.

${\ displaystyle \ mathrm {4 \, Fe (CO) _ {5} +13 \, O_ {2} \ rightarrow 2 \, Fe_ {2} O_ {3} +20 \, CO_ {2}}}$

Spesielle effekt pigmenter kan fremstilles ved kontrollert forbrenning i nærvær av aluminiumpulver i en reaktor med fluidisert sjikt ved 450 ° C. Her er aluminiumpartiklene belagt med α-jern (III) oksid, hvorved forskjellige gyldne, oransje eller røde nyanser med høy fargeblansering kan oppnås over forskjellige lagtykkelser.

Jernpentakarbonyl fungerte som rustpropp eller rustbeskyttelsesmiddel i DDR. Den ble brukt til å fjerne rustflekker fra metalloverflater eller som et primerbelegg på stål. Dette var en rødbrun, litt fet væske med svak lukt.

weblenker

• Kurver som viser forholdet mellom tilsetningsstoffkonsentrasjon og oppnåelig RON, åpnet 23. desember 2016.

Individuelle bevis

1. ↑ ^{a b c d e f g h i j k l m n o} Oppføring av jernpentakarbonyl i GESTIS stoffdatabase til IFA , åpnet 8. januar 2021. (JavaScript kreves)
2. ↑ ^{a b c d e f g h i j} E. Wildermuth, H. Stark, G. Friedrich, FL Ebenhöch, B. Kühborth, J. Silver, R. Rituper: Iron Compounds. I: Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry . Wiley-VCH, Weinheim 2012, doi : 10.1002 / 14356007.a14_591 .
3. ↑ ^{a b c d} Innføring på jernkarbonyler. I: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, åpnet 19. november 2017.
4. ↑ David R. Lide (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . 90. utgave. (Internett-versjon: 2010), CRC Press / Taylor og Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, s. 3-308.
5. ↑ sveitsiske Accident Insurance Fund (Suva): Grenseverdier - nåværende MAK og BAT-verdier (søk etter 13463-40-6 eller jern pentacarbonyl ), tilgjengelig 2. november 2015.
6. ↑ Wiberg, E .; Wiberg, N .; Holleman, AF : Inorganische Chemie , 103. utgave, 2017 Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin / Boston, ISBN 978-3-11-026932-1 , s. 2119, (tilgjengelig via De Gruyter Online).
7. ↑ ^{a b} M. Bertau, A. Müller, P. Fröhlich, M. Katzberg: Industrial Inorganic Chemistry. 4. utgave. John Wiley & Sons, 2013, ISBN 978-3-527-33019-5 , s. 260.
8. ^ DR Stull: Damptrykk av rene stoffer. Organiske og uorganiske forbindelser. I: Ind. Eng. Chem. 39, 1947, s. 517-540, doi: 10.1021 / ie50448a022
9. ↑ MW Chase, Jr.: NIST-JANAF temokjemiske tabeller. I: J. Phys. Kjem.Ref.data, monografi. 9, 1998, 1-1951.
10. ↑ ^{a b c d} e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis . 1999-2013, John Wiley and Sons, oppføring for Pentacarbonyliron, åpnet 21. november 2017.
11. ↑ D. Braga, F. Grepioni, AG Orpen: nikkelkarbonyl [Ni (CO) ₄ ] og jern karbonyl [Fe (CO) ₅ ]: molekylstrukturer i fast tilstand. I: Organometallics . 12, 1993, s. 1481-1483, doi: 10.1021 / om00028a082 .
12. ↑ Anti- knock medisiner
13. ^ ^{A b} G. Pfaff: Uorganiske pigmenter. Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2017, ISBN 978-3-11-048450-2 , s. 199 og s. 216.