نیترات آهن

توضیحات

یکی از کاربردی ترین مواد شیمیایی آزمایشگاهی “نیترات آهن” نام دارد که با ترکیب نیترات با یون آهن دو ظرفیتی یا سه ظرفیتی تولید می شود. این ماده جامد، با داشتن خاصیت انحلال پذیری عالی، بهترین عامل برای کاتالیزور و اکسیدهای شیمیایی است که همواره می تواند در صنایع مختلفی از جمله کشاورزی، داروسازی، رنگرزی و… مورد استفاده قرار بگیرد. اهمیت و کاربرد این محصول در صنعت شیمیایی، مجموعه زحل شیمی را برای ارائه اطلاعات کامل این ماده ملزم کرده است. پس ما با ما همراه باشید.

نیترات آهن چیست؟ (Iron Nitrate Definition)

نیترات آهن جزو ترکیبات معدنی و آزمایشگاهی می باشد که با فرمول شیمیایی  Fe(NO₃)₃ ۳ در صنعت‌ آزمایشگاهی معرفی می شود. در تولید این محصول از یون های نیترات برای ترکیب با یون های دو ظرفیتی و سه ظرفیتی آهن استفاده می شود. این ماده، ساختار جامد دارد و رنگ آن بسته به ظرفیت آهن به کار رفته در ساختار آن، از سبز تا زرد مایل به قهوه ای متغیر است.

نیترات آهن دوظرفیتی با فرمول Fe(NO₃)₂، رنگ سبزی دارد و به علت ناپایداری، در مجاورت با هوا به راحتی اکسید می شود. اما نیترات آهن سه ظرفیتی، پایداری بیشتری داشته و رنگ زرد مایل به قهوه ای دارد. محصول بو نداشته و قابلیت انحلال بالایی دارد که در سریع ترین زمان در آب و الکل های سبک حل می شود.

از این ماده شیمیایی مهم به علت بهره مندی از نیترات، به عنوان یک اکسید کننده عالی استفاده می شود. لذا از نیترات آهن به عنوان عامل اکسید کننده و همچنین کاتالیزور در صنعت شیمی و علمی استفاده می شود. همچنین بهره گیری از آن در تولید ترکیبات آهنی دیگر در صنعت آزمایشگاهی رواج دارد.

 

ساختار و خواص فیزیکی و شیمیایی نیترات آهن

نیترات آهن در هر دو حالت دو ظرفیتی و سه ظرفیتی از چگالی 1.68 گرم بر مول بهره می برد. این ماده در دمای حدود 47 درجه سانتیگراد ذوب می شود که همواره برای ذوب شدن، نیاز است که ابتدا هیدراته شود. این محصول به علت اکسید شوندگی بالا، در برابر مواد آلی و قلیایی به راحتی تجزیه می شود و می تواند در دمای بالا با تبخیر، به دو گاز اکسیژن و دی اکسید نیتروژن تبدیل شود و اکسید آهن به عنوان رسوب، از آن باقی بماند.

پایداری نیترات آهن در شرایط محیطی مختلف

نیترات آهن به نور و حرارت بسیار حساس می باشد و در مواجه با این دو عامل، پایداری خود را از دست می دهد. به همین دلیل نگهداری آن در محیط سربسته، تاریک و دور از گرما انجام می شود. اما رطوبت پذیری این ماده بسیار بالا بوده و می تواند در محیط مرطوب، سریعا رطوبت را جذب کند و هیدراته شود که در این صورت پایداری آن نیز افزایش پیدا می کند.

روش‌ های تولید نیترات آهن

تولید این محصول به دو صورت صنعتي و آزمایشگاهی قابل انجام است. در روش صنعتی، با استفاده از شیوه ای استاندارد و رعایت موارد ایمنی، حجم بالایی از محلول یا بلور جامد نیترات آهن تولید می شود. اما در روش آزمایشگاهی، حجم کمی از این محصول را می توان با روش های ساده تر تولید کرد.

در تولید آزمایشگاهی این محصول، از پودر اکسید آهن یا هیدروکسید آهن برای حل شدن با اسید نیتریک رقیق استفاده می کنند که با حرارت دادن، محصول موردنظر به دست می آید. اما در تولید صنعتی با اضافه کردن پودر اکسید آهن یا هیدروکسید آهن به اسید نیتریک آبی، واکنش شیمیایی اعمال شده و فرایند جداسازی ناخالصی ها انجام می شود تا با توجه به نوع ماده مدنظر (محلول یا جامد) فرآیند تبخیر آن انجام می شود.

نکات ایمنی هنگام تهیه و ذخیره این ترکیب

نیترات آهن در فرآیند تولید نیز می تواند ریسک بسیار خطرناکی را برای محیط زیست به خصوص سلامتی انسان ها به وجود آورد. این محصول با داشتن خوردگی بالا می تواند باعث سوختگی و تجزیه پوست شود که برای جلوگیری از این اتفاق، استفاده از دستکش ایمنی الزامی است.

از سویی دیگر در فرآیند تولید، حرارت دادن به این ماده باعث آزاد شدن گاز دی اکسید نیتروژن می شود که بسیار سمی بوده و می تواند باعث سوختگی مجرای تنفسی و چشم شود که استفاده از ماسک و عینک ایمنی نیز برای کاهش ریسک آن ضروري است. این ماده بعد از تولید، باید در محیطی تاریک و با دمای کم، به دور از تجهیزات حرارت زا به خصوص نور خورشید قرار بگیرد. ذخیره سازی آن در ظروف مقاوم به خوردگی، جهت انبار کردن ایمن آن انجام می شود.

بررسی فرآیند خنثی ‌سازی و بازیافت محلول‌ های نیترات آهن

با توجه به خطراتی که این محصول در فرآیند تولید و استفاده دارد، باید برای معدوم سازی آن، از روش ایمنی استفاده کرد. چون آزادسازی آن در محیط، باعث ترکیب آن با آب های زیرزمینی می شود و یک فاجعه زیستی را برای سلامت انسان، حیوان و گیاهان به وجود می آورد. لذا برای جلوگیری از این کار، ابتدا خنثی سازی و تصفیه آن انجام می شود و سپس بازیافت آن برای استفاده در تولید صورت می گیرد.

• ابتدا ترکیب اهک یا سود با نیترات آهن انجام می شود که نتیجه آن، رسوب هیدروکسید آهن می باشد.
• مایع حاوی نیترات را از رسوب آهن جدا کرده و با استفاده از فیلتراسیون، نیترات آن را جدا می کنند و آب بدون نیترات را در طبیعت رها می سازند.
• رسوب آهن در فرآیند تصفیه، خشک شده و در صنایع رنگرزی و متالوژی استفاده می گردد.

 

انواع نیترات آهن و تفاوت آن‌ها

این ماده با توجه به داشتن آهن دو ظرفیتی یا سه ظرفیتی، در دو نوع به تولید می رسد. هر دو نوع این محصول از یون آهن و نیتریک برخوردار هستند اما با توجه به بهره مندی از ظرفیت های مختلف آهن، مشخصات شیمیایی و کاربردی متفاوتی دارند.

نیترات آهن (II)

این ماده (فروس نیترات) با فرمول شیمیایی  Fe(NO₃)₂، دارای آهن دو ظرفیتی است. از رنگ سبز برخوردار می باشد و اغلب به صورت جامد و یا محلول آبی رنگ مورد استفاده قرار می گیرد. ناپایداری آن جزو مشخصه های شیمیایی مهم آن می باشد و به راحتی در آب و الکل حل می شود. از این ماده در فرایندهای کاتالیزوری و تولید ترکیبات آلی و یا معدنی احیا شده استفاده می شود

نیترات آهن (III)

این ماده با عنوان فریک نیترات، دارای فرمول شیمیایی  Fe(NO₃)₃ بوده و از سه ظرفیت آهن در ساختار خود بهره می برد. رنگ آن زرد مایل به قهوه ای است و بیشتر به صورت بلورهای هیدراته مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده نیز انحلال در آب بسیار راحتی دارد اما محلول آن خاصیت اسیدی دارد. پایداری بالای آن، سبب افزایش کاربرد آن در صنایع رنگرزی، داروسازی و تصفیه آب شده است و به طبع اکسیداسیون بالا، به عنوان کاتالیزور نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

تشخیص نوع نیترات آهن در آزمایشگاه

برای تست دو ظرفیتی یا سه ظرفیتی بودن این محصول، می تواند از رنگ اصلی آن ها استفاده کرد که تفاوت رنگ سبز و قهوه ای آن ها، یکی از مشخصه های بارز این مواد می باشد. اما در آزمایشگاه با اضافه کردن KSCNبه ماده و مشاهده تغییر رنگ آن به قرمز تیره، می توان به این نتیجه رسید که ماده موردنظر، فریک نیترات است.

کاربردهای نیترات آهن در صنایع مختلف

صنعت داروسازی و کشاورزی برای تامین منبع آهن موردنیاز انسان ها و گیاهان، از نیترات آهن استفاده می کنند که این ماده در تولید انواع داروهای حاوی آهن و کودهای گیاهی استفاده می شود. بهره گیری از خواص این ماده در تولید انواع دستگاه های تصفیه آب، جوهر و رنگ و همچنین فرآوری فلزات، یکی دیگر از مزایای این محصول می باشد.

• در صنایع شیمیایی از نیترات آهن به عنوان ماده اکسید کننده فوری و قوی و همچنین کاتالیزور جهت انجام واکنش های شیمیایی خاص استفاده می شود.
• در صنعت رنگ و سرامیک از این محصول، از رنگ طبیعی این ماده برای تولید رنگ قهوه ای و زرد پایدار بهره گرفته می شود.
• در صنایع متالورژی، از این ماده برای تولید متریال پوشش ضد زنگ فلزات استفاده می شود.
• در ساخت تصفیه آب، از نیترات آهن برای حذف فسفات ها و همچنین ته نشین سازی ذرات معلق استفاده می شود.
• در کشاورزی از این محصول برای تامین نیاز خاک به آهن، در تولید کودهای میکرو‌مغذی بهره گرفته می شود.
• در صنایع داروسازی، از نیترات آهن برای تامین آهن مورد استفاده در داروهای مکملی حاوی آهن استفاده می گردد.

نیترات آهن در کشاورزی

آهن یک ماده معدنی بسیار مهم در فرآیند تولید محصولات کشاورزی است. لذا آهکی یا قلیایی بودن خاک کشاورزی مانع از جذب آهن توسط گیاه می شود. لذا برای جذب این ماده مهم توسط گیاهان، از محلول نیترات آهن سه ظرفیتی برای خاک کشاورزی استفاده می شود. این ماده به صورت محلول، در داخل خاک یا روی برگ های گیاه تزریق می شود.

اثر آن در پیشگیری از زردی برگ ‌ها و کلروز

از سویی دیگر کمبود آهن در گیاهان، باعث زرد شدن برگ های آن می شود که این امر بیشتر در محصولاتی مانند گوجه فرنگی، توت فرنگی و مرکبات دیده می شود. با استفاده از کود نیترات آهن سه ظرفیتی، ضمن افزایش جذب آهن توسط گیاه، می توان نیترات موجود در آن را برای رشد بهتر گیاه، سبز کردن برگ ها و فتوسنتز کامل، در اختیار گیاه قرار درد.

مقایسه نیترات آهن با سولفات آهن در تغذیه گیاهی

سولفات آهن به عنوان یکی از منابع رایج آهن، برای تامین آهن خاک استفاده می شود که اغلب می تواند جایگزین نیترات آهن شود. اما تفاوت های ساختاری مهمی بین این دو ماده وجود دارد که انتخاب را برای کشاورزان سخت تر می کند.

هر دو این محصول قابلیت انحلال بالایی در آب دارند اما نیترات آهن قابلیت استفاده بر روی برگ ها را دارا می باشد ولی سولفات آهن فقط در اختیار خاک قرار می گیرد. از سویی دیگر وجود نیترات در محلول نیترات آهن، نیاز خاک به این ماده با ارزش را برطرف می کند در صورتی که سولفات آهن، از نیترات برخوردار نیست. اثر سریع، کوتاه مدت با پایداری کم نیترات آهن، استفاده از آن را به جای سولفات آهن برای محصولات کشاورزی خاص ضروری می سازد.

 

نیترات آهن در آزمایشگاه ‌ها و تحقیقات

این ماده به سبب داشتن خاصیت اکسیداسیون بالا می تواند بهترین نمک معدنی شیمیایی برای انجام واکنش های آزمایشگاهی باشد. استفاده از آن در سنتز ترکیبات شیمیایی و نانوذرات به واسطه آزادسازی یون آهن دو ظرفیتی و سه ظرفیتی انجام می شود. به این صورت که می توان با انجام ترکیبات شیمیایی، نیترات آهن را به اکسید آهن و سپس نانو ذرات آهن تبدیل کرد.

نقش آن در واکنش‌ های اکسایش – کاهش (Redox Reactions) غیر قابل انکار است. چون اکسید شدن سریع این ماده، می تواند در فرآیند اکسیداسیون مواد دیگر و همچنین احیا کردن آن ها موثر باشد. کاربرد نیترات آهن در تهیه کاتالیزورهای شیمیایی، فوق العاده است. چون با حرارت دهی این ماده و از دست رفتن نیترات آن، از اکسید آهن به جا مانده در فرآیند تبدیل آمونیاک تولید گاز سنتز و… استفاده می شود.

اثرات زیست ‌محیطی نیترات آهن

با توجه به مزایای این ماده در زیست گیاهان، انسان ها و حیوانات، نیترات آهن دارای اثرات مخرب زیست محیطی نیز است که صرفا با آگاهی از شرایط استفاده ایمن، می توان از اثرات مخرب آن جلوگیری نمود.

• استفاده زیاد از این محصول به عنوان کود در صنعت کشاورزی، باعث انباشت آهن، فساد ریشه گیاهان، سوختگی برگ ها و ماهی فتوسنتز می شود.
• ورود به این ماده به آب های زیرزمینی و افزایش غلظت نیترات در آب، منجر به مرگ آبزیان، کاهش مقدار اکسیژن موجود در آب می شود و همچنین با کاهش کیفیت آب آشامیدنی، به آسیب به سلامت انسان ها را منجر می شود.

مزایای استفاده کنترل ‌شده از نیترات آهن

نیترات و آهن دو ماده معدنی بسیار مهم برای زیست موجودات زنده می باشند که استفاده از نیترات آهن می تواند رفع نیاز انسان ها، گیاهان و حیوانات را برای این دو ماده مهم مرتفع کند.

افزایش بازده محصولات کشاورزی

استفاده از این محصول در صنعت کشاورزی، ضمن افزایش کیفیت محصولات کشاورزی و رشد بهتر و عالی آن ها، می تواند سبزی برگ های گیاهان و فتوسنتز کامل آن ها را امکان پذیر نماید. تامین نیاز آهن خاک گیاه، با کود نیترات آهن به صورت کنترل شده انجام می گیرد.

بهبود کیفیت فلزات در فرآیند آبکاری

از این ماده به عنوان اکسید کننده و تثبیت کننده سطح فلز استفاده می شود که از آن در ساخت لایه های آبکاری ضد زنگ فلزات، درخشندگی سطح آن ها و همچنین کاهش خوردگی استفاده کرد.

کاهش مصرف مواد شیمیایی مضر جایگزین

در فرآیندهای تصفیه سازی یا اکسیداسیون، از نیترات آهن به جای مواد اکسیداسیون شیمیایی خطرناک استفاده می شود. چون این ماده قابلیت بازیافت و خنثی سازی دارد، خطرات کمتری را نسبت به مواد شیمیایی مصرفی در صنعت، برای اجرای فرآیند اکسیداسیون دارا می باشد.

استفاده بهینه در فرمولاسیون‌ های صنعتی

از این ماده به عنوان کاتالیزور و منبع آهن سه ظرفیتی، در فعالیت صنایع دارویی و شیمیایی استفاده می شود که نسبت به جایگزین های دیگر، صرفه اقتصادی بسیار بالایی را دارا می باشد.

شرایط نگهداری و حمل‌ و نقل نیترات آهن

خطرات ماده معدنی نیترات آهن، آتش سوزی، انفجار و تجزیه است که احتمال وقوع این خطرات با عدم توجه به شرایط نگهداری ایمن بیشتر می شود. لذا برای نگهداری از این محصول، لازم است شرایط و قوانین استاندارد را رعایت کرد.

نیترات آهن به رطوبت و دما بسیار حساس می باشد. با جذب رطوبت می تواند باعث اکسیداسیون بالا شده و خوردگی قطعات فلزی و… را در محیط نگهداری به وجود آورد. همچنین حرارت بالا در محیط نیز باعث آزاد شدن گاز اکسید نیتروژن می شود که احتمال انفجار و آتش سوزی را ایجاد می کند. بنابراین بسته بندی این محصول باید از جنس پلاستیک ضد خوردگی باشد و درب آن به طور کامل بسته شده تا هیچ هوایی به آن وارد نشود.

در مبحث حمل و نقل نیترات آهن باید متذکر شد که این محصول باید در بسته بندی ایمن، در خودروهای باری مجهز به کنترل دما و تهویه مورد حمل قرار بگیرد تا از حرارت بالا و رطوبت دور بماند.

محیط نگهداری نیترات آهن

این محصول با قرارگیری در بسته بندی ایمن با مشخصات ذکر شده، باید در محیطی تاریک و خنک نگهداری شود و برای اطمینان بیشتر جهت کاهش تجمع رطوبت در محیط، سیستم تهویه مناسبی برای محل نگهداری تعبیه شود.

 

نتیجه ‌گیری

نیترات آهن به عنوان یک نمک معدنی، دارای یون آهن و نیترات می باشد که آهن مورد استفاده در ساختار این ترکیب، دو ظرفیتی و سه ظرفیتی است که تفاوت های عملکردی و شیمیایی آن را به وجود آورده است. این محصول به علت بهره مندی از خاصیت اکسیداسیون، در صنایع شیمیایی و آزمایشگاهی بیشترین استفاده را دارد. اما در صنایع دارویی و کشاورزی جهت تولید مکمل و کودهای حاوی آهن، مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار شیمیایی و همچنین اثرات زیست محیطی این ماده، شرایط نگهداری آن را خاص تر کرده است تا ضمن استفاده و نگهداری ایمن، محیط و نیروی انسانی که با آن سروکار دارند را از خطراتی نظیر تجزیه و آتش سوزی در امان نگه دارد. مجموعه زحل شیمی با تاکید بر استفاده ایمن و درست از نیترات آهن در صنایع مختلف، در این صفحه بر ارائه اطلاعات جامع این ماده تمرکز کرده است که می تواند آگاهی مصرف کنندگان آن را افزایش دهد.