Does iron (III) hydroxide dissolve in potassium hydroxide? Растворяется ли гидроксид железа (III) в гидроксиде калия?

После экспериментов по частичному растворению гидроксида меди (II) в растворе едкого кали решил провести аналогичные эксперименты с гидроксидом железа (III), Fe(OH)₃ (см. - Copper hydroxide (II) and potassium hydroxide - pt.1 / Гидроксид меди (II) и гидроксид калия [ссылка]).

Сходу вспомнил: читал в учебнике неорганики, что гидроксид трехвалентного железа растворяется в горячих концентрированных растворах щелочей - частично. Также вспомнил, что средство "Крот" - гранулы едкого натра или его раствор (в последние годы - с ненужными добавками, которые добавляют просто для увеличения массы) позиционируется производителем как средство для прочистки труб, в частности, - удаления жира и ржавчины. Последнее - сомнительно, но принял это к сведению.

Решил экспериментировать при комнатной температуре, поскольку горячая концентрированная щелочь - вещь не только опасная, но и заметно разрушает стекло. Дырки, разумеется, не будет, но поверхность стекла становится "замусоленной" - остается белый налет, который почти ничем не смывается (иногда помогал ацетон). Работать с такой посудой можно, но снимать демонстрационные эксперименты в ней - стыдно.

Разумеется, если с холодной щелочью не получится, - придется брать горячую, но не раньше.

Еще решил взять минимальное количество железа (III) и большой избыток щелочи, поскольку пишут, что растворение Fe(OH)₃ именно в водных растворах щелочи - неполное, для более полного взаимодействия используют сухие методы (оксид железа (III) нужно сплавлять со щелочами или карбонатами, в нашем случае - KOH или K₂CO₃).

Взял 10 г гидроксида калия и 6.5 мл дистиллированной воды. Оставил растворяться при периодическом перемешивании. Небольшая часть так и не растворилась, но воды добавлять не стал. Раз часть гидроксида на дне, значит, раствор насыщенный. Впрочем, в осадке мог быть и карбонат калия: известно, что карбонат натрия прекрасно растворим в воде, но мало растворим в концентрированном растворе едкого натра, - что используют для очистки гидроксида натрия от примеси карбоната; возможно, с калием - аналогично.

В стакан с гидроксидом калия капнул каплю насыщенного раствора хлорида железа (III) - только одну. Капля опустилась на дно, сохранив целостность, ее поверхность стала пульсировать, потом - "успокоилась" - образовалась коричневая гелеборазная гранула гидроксида железа (III). Попробовал измельчить ее стеклянной палочкой при одновременном перемешивании. Удалось это не сразу - гранула была вязкой и распадалась на кусочки неохотно. Жидкость сначала оставалась бесцветной, потом - превратилась в светло-коричневую суспензию с темно-коричневыми хлопьями.

Всего я провел два эксперимента с идентичным началом, дальше были отличия: в первом опыте - дополнительную щелочь не добавлял, просто продолжал перемешивать и растирать осадок стеклянной палочкой. Во время второго опыта я заметил, что тот гидроксид калия, который сначала оставался в осадке, во время эксперимента растворился. Раз так - добавил еще гранул едкого кали, причем сделал это трижды. Потом продолжил перемешивать и растирать. Добавляемую щелочь не взвешивал, т.к. важно было то, что часть ее осталась в осадке и вряд ли как-то сильно влияла на процессы в растворе. Первая порция щелочи при перемешивании преимущественно растворилась, вторая и третья - нет.

Цвет жидкости стал темно-коричневым, примерно, как крепкий раствор хлорида железа (III), частички осадка стали темно-коричневыми и измельчились. В первом опыте (без добавки щелочи) цвет жидкости был более светлым.

Профильтровал реакционную смесь сквозь фильтровальную бумагу. Фильтрат получился светло-коричневым, на фильтре остался коричневый осадок (на вид, как типичная ржавчина).

А дальше начались проблемы, из-за которых я и вынужден был сделать два эксперимента вместо одного. Как доказать, что фильтрат - раствор гидроксокомплекса железа (III)? (А не коллоидный раствор гидроксида железа (III), например).

С медью (II) все было просто: я добавил раствор гидроксокомплекса меди в большое количество воды, в результате комплекс разрушился и голубой гидроксид меди (II), Cu(OH)₂ выпал в осадок. Я был уверен, что так будет и с железом (III): раз для образования гидроксоферрата (III) калия необходимы высокая концентрация и избыток щелочи (и все равно растворение гидроксида железа происходит не полностью), то при разбавлении раствора данного комплекса он ~~должен~~ обязан разрушиться с образованием осадка Fe(OH)₃.

Беру стакан с дистиллятом, добавляю в него наш фильтрат (вероятный раствор гидроксоферрата (III) калия), в результате никакого осадка и никакой мути, раствор просто стал желтоватым!

Попробовать лазером? - На предмет появления конуса Тиндаля? Так можно определить образование коллоидного раствора. Да: желтоватый раствор дает конус Тиндаля. Но оказалось, что исходный фильтрат дает еще более яркий конус Тиндаля. Означает ли это, что железо находится в форме коллоидных частиц? Вероятно, - да, но это совсем не означает, что другая часть железа не находится в форме истинного раствора - гидроксоферрата (III) калия.

Более того, получилось, как в не совсем добром анекдоте про медицину:

- Здоровых людей не существует, есть только недостаточно обследованные.

Так и тут: пробую дистиллированную воду - она с зеленым лазером тоже дает конус Тиндаля (менее яркий, конечно), и даже воздух до стакана и после стакана - дает эффект Тиндаля (луч видим сбоку).

Другими словами:

- Среды, в которой нет дисперсных частиц, не существует, есть только недостаточно чувствительные методы обнаружения [1].

Одно дело - луч фонарика, или этот же лазер, но с подсевшими батарейками, другое дело - яркий лазер. Даже в дистиллированной воде есть пылинки, пузырьки воздуха и т.п. В воздухе (луч за пределами стакана) есть пыль. Все это дает конус Тиндаля, если луч достаточно яркий.

Вспомнил, что в цехах, где работают с высокочистыми веществами для получения полупроводников, воздух специально очищают от пыли, поскольку с пылью могут попасть загрязнения. Люди в этих цехах дышат через специальные дыхательные маски, но не чтобы защитить полупроводники, а чтобы защитить работников. Воздух, полностью лишенный пыли, вреден для человека (так же, как и воздух с избытком пыли). Поэтому в маски подают "обычный" воздух с привычным для нас количеством пыли. Впрочем, историю эту нам рассказал преподаватель в начале 1990-х, сейчас, я думаю, в таких цехах людей нет вообще - все автоматизировано.

Итак, эффект Тиндаля в данном случае нам не помог. Решил провести "титрование", аналогичное тому, какое я делал, чтобы доказать, что в растворе присутствует цинк. В раствор гидроксоцинката калия небольшими порциями добавлял азотную кислоту, в результате гидроксид цинка сначала выпадал в осадок, потом растворялся в избытке кислоты (или, как вариант, выпавший гидроксид цинка потом растворялся в избытке аммиака, или в избытке едкого кали).

(См. - Determination of zinc (Ukrainian 5 hryvnias coin) - pt.10. Определение цинка (украинская монета 5 гривен) [ссылка]).

В случае гидроксоферрата (III) калия к его раствору необходимо небольшими порциям при хорошем перемешивании добавлять кислоту (в моем случае - концентрированную азотную), в результате комплекс разрушится: сначала должен выпасть бурый осадок гидроксида железа (III), который затем растворится в новых порциях кислоты. Если описанная последовательность событий произойдет, образование гидроксокомплекса железа (III) будет доказано.

Хорошо: к вероятному раствору гидроксоферрата (III) калия (т.е. - к фильтрату, который образовался при отделении не растворившегося в щелочи гидроксида железа (III)), стал добавлять концентрированную азотную кислоту по каплям. Первая капля упала, результат - шипение, почти мини-взрыв. Ничего особенного, учитывая, что я добавляю концентрированную кислоту в концентрированную щелочь. Но то, что произошло еще, стало для меня неожиданностью: сверху стал образовываться белый осадок! Следующая капля - снова "пшшш...", снова полетели брызги и пошел пар, и все больше белого осадка сверху... Что это может быть за осадок, у меня только одна версия: нитрат калия, KNO₃ - да, именно то вещество, которое мы так хотели иметь, когда учились в школе (а в магазинах его не продавали - тогда). Но тут оно было совсем не к месту.

Азотная кислота и гидроксид калия дали нитрат калия. Нитрат калия - хорошо растворимое в воде вещество и просто так выпадать в осадок (от первых капель азотной кислоты) он не должен. Но, возможно, он плохо растворим в крепких растворах гидроксида калия - аналогично тому, как в крепких растворах едкого натра плохо растворим карбонат натрия, который прекрасно растворим в воде. Вскоре содержимое стакана превратилось в белую суспензию: не было и речи, чтобы обнаружить будущее выпадение гидроксида железа (III), а потом его растворение. Стенки стакана - в белом налете. Постепенно добавление капель кислоты стало вызывать все менее бурную реакцию. Все равно успел пожалеть, что не надел защитные очки: во все стороны летели брызги, и было легко получить каплю щелочи в глаз. При перемешивании белый осадок не растворялся - сначала, но по мере добавления новых порций кислоты он растворился, образовался желтоватый раствор (что подтверждает версию: осадок - нитрат калия).

Брызги все еще летели. В глаза - не попало, но линзе фотоаппарата повезло меньше. Раствор все еще вскипал от добавления кислоты, но, чем дальше - тем слабее. Наконец, вскипание, сменилось началом выделения газа - по-видимому, примесь карбоната калия начала реагировать с кислотой с выделением диоксида углерода (после того, как гидроксид калия был израсходован).

После растворения осадка нитрата калия в жидкости осталась желтая муть - по-видимому, это и был осадок гидроксида железа (III). Даный гидроксид выпадает в кислой среде (при рН=3 - по памяти), поэтому логично, что он не растворился до того момента, пока не прореагировала примесь карбоната и рН не опустился в сильнокислую область. Потом муть полностью исчезла - образовался желтоватый раствор (нитрат железа (III) и нитрат калия).

Опустил в раствор универсальную индикаторную бумажку, среда - сильнокислая (бумага покраснела). Кстати, в момент опускания бумажки в раствор с ее поверхности активно стал выделяться газ: это высвобождался углекислый газ, растворенный в жидкости (поверхность бумаги послужила активатором образования пузырьков).

Осталось доказать, что в растворе содержится трехвалентное железо. Для этого приготовил раствор роданида аммония NH₄SCN и добавил к нему анализируемый раствор (порциями). Сначала жидкость стала коричневой, потом - красно-коричневой, затем - кроваво-красной. Трехвалентное железо обнаружено.

Какой состав (формула) гидроксоферрата калия? В учебнике Некрасова [2] для натриевой соли приведены составы: Na₅[Fe(OH)₈]·5H₂O (комнатная температура) и NaFeO₂ (выделен из кипящего 60% раствора едкого натра), что-то аналогичное должно быть и для калия.

__________________________________________________
¹ Фраза на правах шутки. Разумеется, в специальных условиях можно освободить среду от подавляющего большинства дисперсных частиц, но в бытовых условиях это сделать сложно. Даже в глубоком межпланетном и межзвездном вакууме есть пыль. На Земле пыль держится в воздухе во взвешенном состоянии за счет кинетических ударов молекул, но, оказывается, мелкая пыль на дневной стороне Луны, будучи поднятой вверх, часами не оседает, хотя на Луне нет атмосферы, - дело в электростатической силе: пыль за счет солнечного ветра получила заряд, поэтому ее частички отталкиваются друг от друга и от одноименно заряженной поверхности Луны.

² Б.В. Некрасов - Основы общей химии [ссылка].