Željezov(III) oksid

Željezov (III) oksid (Fe2O3, hrđa, ruzina, korozija)-je prirodna reakcija, u kojoj korodira željezo u željezov (III) oksid u prisutnosti vlage ili vode. Služi ponajviše u pirotehnici, kao jedan od najviše izdržljivijih oksidansa (npr. u raketnom motoru), za termitne smjese, za izradu drugih željezovih soli uz pomoć njega (npr. željezov klorid), itd..
Imaju 3 industrijske metode njegovog dobijanja. Jedna od njih je i elektroliza, koja je ovdje opisana.

Dobivanje željezovog (III) oksida putem elektrolize

U otopinu NaCl-a se uronu katoda (+) i anoda (-). Mora se na 1 litri otopini 110 g NaCl-a. Moraju obavezno obje biti željezne i nesmiju biti pre blizu ni pre daleko, jer što je bliže, brža je reakcija pojavom gušće mase u otopini, a što je dalja, sporija je reakcija. To željezo (anoda i katoda) ne smije biti emajlirano, pocinčano ili pak da je od čelika (jer on ima u sebi ugljika i ostalih metala i kovina), jer bi se slabo otapalo. Devet volti bi trebalo biti dostatno za većinu stvari koje se zbivaju u otopinama prilikom elektrolize s tom ampertražom. Izmjenična (dvosmjerna) je pak ona iz utičnice, ali bi se trebala obavezno smanjiti ulaskom u neki mali generator od 12 V i kao takvu koristiti u otopinama. Točnije struja ne može biti dvosmjerna, nego može periodično mjenjati smjer. Neizmjenična (jednosmjerna) je pak ona iz baterija, ali se ne koriste prilikom elektrolize, jer se brzo troše predavajući energiju otopinama.

Pusti se struja od 12 V u tu utopinu. U otopini nesmije biti niti jedan drugi predmet osim anode i katode, osim što malo usporava reakciju, njega je svjedno kasnije teže izvaditi iz otopine. Moguće je njegovo dobijanje i u elektrolitima (otopinama): HNO3, H2O2 ili pak NaOH.
Anoda: Fe ==> Fe2+ + 2e-
Katoda: 2H2O + 2e- ==> H2 + 2OH-
Konačni produkt: Fe2+ + 2OH- ==> Fe(OH)2
Reakcija bude gotova nakon otprilike 1 sat, kad se stvori gusti crni mulj. Anoda i katoda se izvade, a mulj se stavi u neku posudu u kojoj se prži preko 120°C. Taj ostatak je čisti željezov (III) oksid.

Dobivanje željezovog (III) oksida otapanjem željeza u HCl kiselini (pokus)

Ovdje je prvo potrebno otopiti željezo u klorovodičnoj (HCl) kiselini. Kad se je željezo otopilo, taj talog željezovog hidroksida pomoću NaOH ubrzamo. Talog (kristalići) može biti bez muke odvojen filtracijom čim željezo bude otopljeno. Kod ove metode je bitno da što sitnije, to bolje (dok kod elektrolize ne).

Ulije se 260 ml 19%-tne kiseline HCl-a i 20 g željeza i ostavi se u 500 mililitarnoj posudi 5 sati. Čim se glavni dio raspusti i počne se otapati, otopina postaje sve više i više toplija. Pošto se razvija plin vodik, mora se raditi na dobro prozračenom mjestu. Nakon toga se malo zagrije otopinu da se otope kristalići ukoliko su se počeli stvarati. Ohladi se tekućina na 5 minuti. Nakon 5 minuti se povisi na sobnu temperaturu, pa se zatim filtrira. Sada se ta otopinu doda u NaOH otopinu. Željezov hidroksidni talog je sada prvo nekristaliziran (bez oblika) u bijelu masu. Miješa se sada 10 minuta i boja se je promijenila iz bijele u tamno zelenu!

Željezovo otapanje:
Fe + 2 HCl => FeCl2 + H2
FeCl2 + 2 NaOH => Fe(OH)2 + 2 NaCl

Izlije se sve skupa u 4 litre vode, miješa 1 min, pa ostavi 2 minute da se talog spusti na dno. Izlije se tekućina i skupi talog sa dna, koji se opet ubaci u vodu, ali ovaj put u 1 litru, pa zatim ponovi sve isto i onda profiltrira. Ovo dekantiranje (pretakanje) većinom brišu sve zaostatke kiselina i drugih nečistoća (kemikalija), zatim filtriranje i pranje. Promijenio je boju u smeđu nakon dužeg sušenja, jer se Fe(OH)2 pretvori u FeO(OH) kad dođe u dodir sa zrakom.

4 Fe(OH)2 + O2 => 4 FeO(OH) + 2 H2O

Ostavi se na miru 5 min i stavi se ta crna tvar (mulj) na neku posudu i prži do oko >150°C, dok ne bude crveni prašak. Nakon dužeg grijanja reakcija je završena i iz smeđeg FeO(OH) prešla je u crveno-smeđu boju Fe2O3, tj hrđu.

2 FeO(OH) => Fe2O3 + H2O

Dovivanje željezovog (III) oksida otapanjem u H2SO4 kiselini (pokus)

Ova je metoda skoro ista kao i HCl metoda, samo se ovdje koristi sumporna kiselina. Zalije se 20 g željeza s 100 ml sumporne kiseline (50 %) i ostavi stajati 5 sati. Profiltrira se dobivena otopina. Ukoliko su se već počeli izdvajati kristalići, lagano se zagrije da se otope. Ohladi i ostavi da se iskristalizira FeSO4, zelenkasti krsitalići-zelena galica. Sad se ponovo otopu kristaliće, zakiseli se s par kapi sumporne kiseline i doda se vodikovog peroksida (25 %). Sad se sve to lagano zaluži s NaOH. Istaložit će hidratizirani Fe2O3. Profiltrira se, ispere par puta s vodom, osuši, usitni i izžari na plinskom plameniku (na zraku). Eto, ovim putem je dobijen kemijski čisti Fe2O3!
Eto to je znak da nije sve djelo Majke prirode, tj. da samo kiša i vlage mogu utjecati na pojavu hrđe!