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硫化亞鐵（黑褐色六方晶體）

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硫化亞鐵

黑褐色六方晶體

硫化亞鐵(ferrous sulfide) 化學(xué)式FeS，分子量為87.91，一種無機(jī)化合物，含雜質(zhì)硫化亞鐵為灰色至棕色固體，純品為無色六方晶體。其比重為4.74，熔點(diǎn)1194 ℃，不溶于氨，難溶于水，密度為4. 74g/cm。硫化亞鐵有低毒性，大鼠經(jīng)口以Fe計(jì)的LD₅₀為279～558mg/kg(bw)。硫化亞鐵溶于酸時(shí)會(huì)產(chǎn)生硫化氫氣體，在熱水中分解。硫化亞鐵在潮濕空氣中逐漸氧化成四氧化三鐵和硫，可由鐵和硫在高真空石英封管內(nèi)共熔制得。硫化亞鐵主要用于硫化氫和陶瓷的制備以及可用作油漆顏料等方面。

基本信息

中文名

硫化亞鐵

英文名

Ferrous sulfide

拼音

liú huà yà tiě

CAS號(hào)

1317-37-9

性質(zhì)

化學(xué)式

FeS

結(jié)構(gòu)式

S=Fe

摩爾質(zhì)量

87.911g

外觀

灰色至棕色固體，純品，無色六方晶體

密度

4.75/cm

熔點(diǎn)

1194℃

沸點(diǎn)

分解

溶解性

不溶于水，溶于酸放出H₂S

環(huán)境分布

硫化亞鐵形成于含硫酸根還原菌的還原環(huán)境中。硫酸根還原菌可以利用環(huán)境中的有機(jī)質(zhì)作為碳源和代謝能量，將硫酸根(SO₄)還原為S后與離子態(tài)Fe或者鐵氧化物反應(yīng)形成FeS。其廣泛存在于含有機(jī)質(zhì)和硫酸根還原菌的還原環(huán)境中，如較深層土壤，地下水和江海河口沉積物等。黃鐵礦是分布范圍最廣的硫化物，可以用來提取硫和制造硫酸，多存在于巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖的副礦物中，含有鉆、鎳、鋅等物質(zhì)。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

硫化亞鐵屬于P4/nmm 空間群，有一個(gè)特殊的由四面體結(jié)合在一起的層狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)層沿c 軸方向延伸并通過范德華力結(jié)合在一起，如圖1所示，

在硫化亞鐵結(jié)構(gòu)層中，每個(gè)Fe 原子與四個(gè) S 原子通過配位作用形成共邊四面體。四個(gè)Fe原子之間又分別以 0.26 nm 的距離連接成一個(gè)正四邊形，這種短的距離可能導(dǎo)致Fe的d軌道電子在基面中廣泛地離域，進(jìn)而使FeS具有金屬導(dǎo)電性。FeS具有的納米級(jí)粒徑和較大的比表面積使其表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸附性能和反應(yīng)活性，其表面活性位點(diǎn)決定它在水溶液的表面電荷。當(dāng)FeS溶于水時(shí)，其晶體邊緣的Fe原子和S原子可以通過水解作用形成羥基和巰基兩種官能團(tuán)。根據(jù)溶液的pH值，兩種官能團(tuán)都存在質(zhì)子化和去質(zhì)子化兩種形態(tài)。當(dāng)溶液pH低于FeS表面零點(diǎn)電荷pH值時(shí)，表面主要是≡Fe OH和≡FeSH官能團(tuán)，而當(dāng)溶液 pH 高于零點(diǎn)電荷 pH 值時(shí)則主要是≡FeOH和≡FeS，但是不同研究測(cè)出來的FeS表面零點(diǎn)電荷pH值相差較大。

理化性質(zhì)

含雜質(zhì)的硫化亞鐵為灰色至棕色固體，純品為無色六方晶體，比重為4.74，熔點(diǎn)1194℃，不溶于氧，難溶于水，密度為4.74g/cm。溶于無機(jī)酸，同時(shí)放出有毒和可燃性之硫化氫氣體。其反應(yīng)如下：

在空氣中加熱容易被氧化，其反應(yīng)為

此外，硫化亞鐵在潮濕空氣中可以逐漸被氧化而分解成硫和四氧化三鐵。

硫化亞鐵及鐵的其它硫化物在空氣中受熱或光照時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

制備

可通過硫磺與鐵直接反應(yīng)可制得硫化亞鐵，其反應(yīng)如下：

氧化鐵加熱到950—1050 ℃，通入硫化氫和過量氫氣的混合氣體反應(yīng)可制得硫化亞鐵。

將硫化銻或堿金屬硫化物加入到亞鐵鹽溶液中反應(yīng)可制得硫化亞鐵。

加黃鐵礦或其富集物于水或無水的FeSO₄，F(xiàn)e₂(SO₄)₃或它們的混合物中，加熱至1000℃以上(或同時(shí)用煤或焦炭處理）即生成FeS和SO₂。
微乳液法：通過選擇合適的微乳液體系，使用氯化亞鐵和硫化鈉可制備出圓球狀的FeS 粒子。

均相沉淀法：通過均相沉淀法，以硫代乙酰胺和硫酸亞鐵銨為主要原料可以成功地合成FeS粉末。
輝光放電法：以硫的蒸氣進(jìn)行氣體放電，在 160~180℃ 的溫度和真空反應(yīng)室中 (有陰極和陽極)，當(dāng)反應(yīng)室中充滿硫蒸氣時(shí)，在陰極和陽極間施以高壓直流電時(shí)，即產(chǎn)生輝光放電，硫離子與陰極盤上的工件產(chǎn)生物理化學(xué)作用與零件表面的元素化合，而成硫化物層。在 100~30℃溫度下，能獲得100~120m的FeS層。
離子滲硫法：離子滲硫 FeS層是在低溫離子滲爐內(nèi)190℃ 溫度條件下滲硫處理3h所得。硫蒸氣在直流高壓電場(chǎng)作用下被加速?zèng)_向工件表面，使表面產(chǎn)生大量晶體缺陷，硫原子沿著晶界和缺陷向內(nèi)擴(kuò)滲，與Fe原子作用生成 FeS。
高溫合成法：采用光譜純的Fe和S為原料，將Fe車削成鐵屑，采用氫氣高溫還原裝置將鐵屑進(jìn)行還原處理。

測(cè)定

不同樣品中硫化亞鐵的測(cè)定方法

各種爐渣中FeS的測(cè)定方法則基于在浸取金屬鐵后的殘?jiān)?，用溴?/span>甲醇溶液選擇溶解FeS，鐵的氧化物留于殘?jiān)?；也可用溴—甲醇溶液同時(shí)浸取金屬鐵和FeS，測(cè)定二者鐵的合量，然后減去金屬鐵量可得硫化亞鐵的鐵含量。

試樣中硫化亞鐵與非氧化性酸反應(yīng)生成硫化氫氣體，用乙酸鎘和乙酸鋅混合溶液吸收后產(chǎn)生硫化鎘和硫化鋅沉淀。加入過量碘標(biāo)準(zhǔn)溶液與硫化鎘和硫化鋅發(fā)生定量反應(yīng)，剩余的碘以淀粉為指示劑，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。根據(jù)實(shí)際消耗的碘量，即可求得硫化亞鐵含量。

應(yīng)用領(lǐng)域

實(shí)驗(yàn)室用作分析試劑和制作硫化氫的原料
工業(yè)上用于油漆、顏料和陶瓷的生產(chǎn)，還可用來制取其他亞鐵鹽。
造紙工業(yè)用于制造亞硫酸鹽溶液。
鋼鐵部件的固體潤滑劑

作為電極：硫化亞鐵電極具有理想的充放電性能，可應(yīng)用于電極。
去除環(huán)境污染物：硫化亞鐵不僅可以去除銅，汞，鉻，鎘和鉛等無機(jī)污染物，而且可以去除三氯乙烯，四氯乙烯等有機(jī)污染物。

安全事宜

健康危害

硫化亞鐵有低毒性，大鼠經(jīng)口以Fe計(jì)的LD₅₀為279～558mg/kg(bw)。人長期吸入該粉塵，可能引起塵肺改變；若不慎觸及皮膚和眼睛會(huì)引起刺激癥狀；誤服可引起胃腸刺激癥狀，并可能導(dǎo)致十二指腸假性黑變病。

急救措施

吸入

誤吸入硫化亞鐵后，應(yīng)該保持呼吸道通暢，必要時(shí)輔助通氣。當(dāng)出現(xiàn)出血性胃腸炎引起的休克時(shí)應(yīng)用靜脈注射晶體液進(jìn)行治療，必要時(shí)更換血液，并且時(shí)刻監(jiān)測(cè)休克情況。

眼睛

當(dāng)眼睛接觸到硫化亞鐵時(shí)，應(yīng)立即用水或生理鹽水沖洗眼睛。

攝入

當(dāng)攝入硫化亞鐵時(shí)，如果患者可以吞咽、有強(qiáng)烈的嘔吐反應(yīng)并且不流口水，應(yīng)進(jìn)行漱口稀釋。

中毒措施

患者發(fā)生輕度中毒時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的低血容量，嚴(yán)重中毒時(shí)（例如休克、嚴(yán)重酸中毒和/或血清鐵> 500-600 mcg/dL）應(yīng)給予去鐵胺進(jìn)行治療。應(yīng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)患者尿液中去鐵胺-鐵復(fù)合物的情況。當(dāng)尿液恢復(fù)正?；蜓彖F水平升高則可停止治療。

環(huán)境

當(dāng)加熱分解時(shí)，它會(huì)散發(fā)出硫氧化物的有毒煙霧，其氧化是一種重要的地球化學(xué)過程，不僅導(dǎo)致酸性礦山廢水的形成還會(huì)影響環(huán)境污染物的釋放，遷移，降解和或化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化。

消防

硫化亞鐵自燃的過程中如果沒有一定的可燃物支持，將產(chǎn)生白色的SO₂氣體，常被誤認(rèn)為水蒸汽，伴有刺激性氣味，同時(shí)放出大量的熱。當(dāng)周圍有其它可燃物(如油品)存在時(shí)，會(huì)冒出濃煙，并引發(fā)火災(zāi)和爆炸。

預(yù)防自然的措施

隔離法：為了防止硫化亞鐵與空氣中的氧氣接觸，可以通過使用氮?dú)夂退獗Ｗo(hù)進(jìn)行保護(hù)。

鈍化法：用鈍化劑進(jìn)行設(shè)備處理，將易自燃的硫化亞鐵轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的化合物。但缺點(diǎn)是純粹的鈍化法成本較高，且由于含有油垢，使附著在設(shè)備上的硫化亞鐵不容易去除。

清洗法：主要包括物理清洗和化學(xué)清洗，通過使用機(jī)械清洗或化學(xué)藥劑進(jìn)行清洗。

春村

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