Die Kinetik der Reaktion Eisen(III)‐sulfat (fest I) → Eisen(III)‐hydroxyd (fest II)

Abstract

AbstractDie Teilschritte des als Ionenaustausch beschreibbaren Primärvorganges der Festkörperreaktion Eisen(III)‐sulfat → Eisenhydroxyd werden diskutiert. Kinetische Untersuchungen dieser Reaktion im alkalischen Gebiet mit Natriumhydroxyd‐ und ammoniakhaltigen Lösungen und der Auflösungsgeschwindigkeit des wasserfreien Eisen(III)sulfats im sauren Gebiet lassen vier verschiedene Bereiche erkennen: Im sauren Gebiet löst sich bei pH ≦ 3,4 das wasserfreie Eisen(III)‐sulfat sehr langsam auf. Die Auflösungsgeschwindigkeit ist unabhängig vom pH‐Wert. Sie steigt mit wachsender Elektrolytkonzentration an. Bei pH = 3,5 bis 7 gehen nur Sulfationen in Lösung; die Geschwindigkeit dieses Lösungsvorganges ist ebenso groß wie die Auflösungsgeschwindigkeit unterhalb pH = 3,4 und nur wenig abhängig vom pH‐Wert. Das gebildete Eisenhydroxyd entsteht durch eine im Raume von fest I [Eisen(III)‐sulfat] verlaufende quantitative Hydrolyse und ist pseudomorph nach Eisen(III)‐sulfat. Im alkalischen Gebiet ist die Gesamtkonzentration an Lauge entscheidend. Beträgt diese 10−5 bis 10−3 Mol/Liter, so ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Gesamtkonzentration an Lauge in der Lösung proportional. Geschwindigkeitsbestimmend ist die Diffusion in der Lösung. Es entstehen ebenfalls scharfe Pseudomorphosen von Eisenhydroxyd. Bei höheren Laugekonzentrationen (> 10−2 Mol/Liter) ist die Reaktionsgeschwindigkeit unabhängig von der Laugekonzentration; sie wird durch die Diffusionsgeschwindigkeit der Sulfationen im festen Hydroxyd bestimmt. Der scheinbare Diffusionskoeffizient der Sulfationen im Hydroxyd ist abhängig von der Dispersität des Hydroxyds. Auch in diesem Bereich entstehen scharfe Pseudomorphosen von Eisenhydroxyd. Der Primärvorgang der Reaktion Eisen(III)‐sulfat → Eisenhydroxyd hat Bedeutung als Modellreaktion für Ionenaustauschreaktionen und für andere in Gegenwart einer Lösung verlaufende Festkörperreaktionen.