Eisenpentacarbonyl

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Strukturformel
Struktur von Eisenpentacarbonyl
Allgemeines
Name Eisenpentacarbonyl
Andere Namen
  • Pentacarbonyleisen(0)
  • Eisencarbonyl
  • IPC (I für iron)
Summenformel [Fe(CO)5]
CAS-Nummer 13463-40-6
PubChem 26040
Kurzbeschreibung

ölige gelbe bis rote Flüssigkeit mit muffigem Geruch[1]

Eigenschaften
Molare Masse 195,90 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte
  • 1,495 g·cm−3 (0 °C)[2]
  • 1,457 g·cm−3 (20 °C)[2][1][3]
  • 1,419 g·cm−3 (40 °C)[2]
  • 1,380 g·cm−3 (60 °C)[2]
Schmelzpunkt

−21 °C[1][3]

Siedepunkt

105 °C[1]

Dampfdruck
  • 30,6 hPa (20 °C)[1]
  • 51,6 hPa (30 °C)[1]
  • 84,1 hPa (40 °C)[1]
  • 133 hPa (50 °C)[1]
Löslichkeit

praktisch unlöslich in Wasser[1]

Brechungsindex

1,453 (22 °C)[4]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
02 – Leicht-/Hochentzündlich 06 – Giftig oder sehr giftig 08 – Gesundheitsgefährdend

Gefahr

H- und P-Sätze H: 225​‐​300​‐​310​‐​330​‐​372
P: 210​‐​260​‐​264​‐​280​‐​284​‐​301+310 [1]
MAK

Schweiz: 0,1 ml·m−3 bzw. 0,8 mg·m−3 (berechnet als Eisen)[5]

Toxikologische Daten

25 mg·kg−1 (LD50Ratteoral)[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Eisenpentacarbonyl ist eine Komplexverbindung und neben dem Dieisennonacarbonyl Fe2(CO)9 und dem Trieisendodecacarbonyl Fe3(CO)12 das einfachste der drei bekannten Carbonyle des Eisens.[3] Es liegt bei Standardbedingungen als strohgelbe Flüssigkeit vor.[3]

Herstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Technisch wird Eisenpentacarbonyl aus feinverteiltem Eisen und Kohlenmonoxid bei 150 bis 200 °C unter einem Druck von 50 bis 300 bar hergestellt.[6] Reines Eisen ohne Oxidschicht reagiert mit CO bereits bei Raumtemperatur und Normaldruck. Die Aufreinigung erfolgt mittels Destillation. Es handelt sich um eine Gleichgewichtsreaktion, deren Lage stark von der Temperatur und dem Druck abhängt.

Bei hohen Temperaturen wird die Rückreaktion bzw. Zersetzung relevant, die neben Kohlenmonoxid ein besonders reines Eisenpulver (99,98 bis 99,999 % Eisen), das sogenannte Carbonyleisen liefert.[6]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die orangefarbene Flüssigkeit: [Fe(CO)5].
Trigonal bipyrimidale Struktur

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eisenpentacarbonyl ist eine gelb bis rote Flüssigkeit, die unter Normaldruck bei 105 °C siedet. Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 5,18943, B = 1960,896 und C = −0.228 im Temperaturbereich von 267 bis 378 K.[7]

Zusammenstellung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften[2]
Eigenschaft Typ Wert [Einheit] Bemerkungen
Standardbildungsenthalpie ΔfH0liquid −766,09 kJ·mol−1[8]
−3911 kJ·kg−1
als Flüssigkeit
Verbrennungsenthalpie ΔcH0liquid −1606 kJ·mol−1
−8200 kJ·kg−1
als Flüssigkeit zu CO2 und Fe2O3
Wärmekapazität cp 235 J·mol−1·K−1 (20 °C)
1,2 J·g−1·K−1 (20 °C)
als Flüssigkeit
Kritische Temperatur Tc 285–288 °C
Kritischer Druck pc 2,90 MPa
Viskosität η 76 mPa·s (20 °C)
Wärmeleitfähigkeit λ 0,139 W·m−1·K−1
Linearer Ausdehnungskoeffizient α 0,00125 K−1
Schmelzenthalpie ΔFH 13,6 kJ·mol−1
69,4 kJ·kg−1
am Schmelzpunkt
Verdampfungsenthalpie ΔVH 37,2 kJ·mol−1
190 kJ·kg−1
am Normaldrucksiedepunkt
Brechungsindex nD22 1,518

Untersuchungen mittels Röntgendiffraktometrie bei −100 °C zeigten, dass das Molekül eine trigonal bipyrimidale Struktur besitzt.[9][10]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eisenpentacarbonyl reagiert bei Raumtemperatur nicht mit Luftsauerstoff.[9] Die Verbindung ist gegenüber von Wasser und schwachen bzw. verdünnten Säuren stabil. Mit konzentrierten Säuren werden die korrespondierenden Salze unter Freisetzung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff gebildet. Aus den Reaktionen mit Halogenen resultierend die entsprechenden Eisenhalogenide.[2] Die Verbindung wirkt gegenüber organischen Verbindungen als Reduktionsmittel. So können Nitroaromaten zu Anilinen oder Ketone zu Alkoholen reduziert werden. Die Hiebersche Basenreaktion führt zu Eisencarbonylsalzen, wie Natriumtetracarbonylferrat, die ebenfalls starke Reduktionsmittel darstellen.[2]

Die Photolyse der reinen Verbindung oder ihrer Lösungen ergibt das Dieisennonacarbonyl.[2] Diese Reaktion erfolgt auch bei Einwirkung von Licht im sichtbaren Spektralbereich, so dass das Dieisennonacarbonyl als Verunreinigung bei Einwirkung von Tageslicht gebildet werden kann.[9]

Sicherheitstechnische Kenngrößen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eisenpentacarbonyl bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von −15 °C.[1] Der Explosionsbereich liegt zwischen 3,7 Vol.‑% als unterer Explosionsgrenze (UEG) und 12,5 Vol.‑% als oberer Explosionsgrenze (OEG).[1] Die Zündtemperatur beträgt 55 °C.[1]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eisenpentacarbonyl dient als Ausgangsstoff für die Synthese von metallorganischen Eisenverbindungen, die u. a. vielseitige katalytische Eigenschaften haben.[9]

Früher wurde es als Antiklopfmittel im Benzin verwendet, zum Beispiel in Motalin (Superbenzin auf Basis des Synthetischen Benzins Leuna im Deutschland der 1920er und 1930er Jahre). Allerdings wurde diese Verwendung aufgegeben, da sich Eisenoxide im Motor und an den Zündkerzen ablagerten. Mit Eisenpentacarbonyl wären 92 ROZ bei einer Zugabekonzentration von ca. 6,5 g/l[11] erreichbar gewesen.

Eisenpentacarbonyl wird zur Herstellung halbtransparenter Eisenoxidpigmente mit sehr hohen chemischer Reinheit verwendet. Dabei erfolgt eine Verbrennung in einem Überschuss an Luftsauerstoff bei Temperaturen zwischen 580 °C und 800 °C. Es resultieren orange bis rote, amorphes Produkte mit kleinen Korngrößen zwischen 10 und 20 nm.[12]

Durch eine kontrollierte Verbrennung in Gegenwart von Aluminiumpulver in einem Wirbelschichtreaktor bei 450 °C können spezielle Effektpigmente hergestellt werden. Hier erfolgt eine Beschichtung der Aluminiumpartikel mit α–Eisen(III)-oxid, wobei über verschiedene Schichtdicken verschiedenen goldene, orange oder rote Farbtöne mit hoher Farbbrillanz erreicht werden können.[12]

Eisenpentacarbonyl gab es in der DDR als Roststopper bzw. Rostschutzmittel. Es wurde verwendet, um Rostflecke auf metallischen Oberflächen zu beseitigen bzw. als Grundierungsanstrich auf Stahl. Dies war eine rotbraune, leicht ölige Flüssigkeit mit schwachem Geruch.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e f g h i j k l m n o p Eintrag zu Eisenpentacarbonyl in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 18. November 2017 (JavaScript erforderlich).
  2. a b c d e f g h E. Wildermuth, H. Stark, G. Friedrich, F.L. Ebenhöch, B. Kühborth, J. Silver, R. Rituper: Iron Compounds, in: Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2012; doi:10.1002/14356007.a14_591.
  3. a b c d Eintrag zu Eisencarbonyle. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 19. November 2017.
  4. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-308.
  5. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (SUVA): Grenzwerte am Arbeitsplatz 2015 – MAK-Werte, BAT-Werte, Grenzwerte für physikalische Einwirkungen, abgerufen am 2. November 2015.
  6. a b Bertau, M.; Müller, A.; Fröhlich, P.; Katzberg, M.: Industrielle Anorganische Chemie, 4. Auflage, John Wiley & Sons, 2013, S. 260, ISBN 978-3527330195.
  7. Stull, D.R.: Vapor Pressure of Pure Substances. Organic and Inorganic Compounds in Ind. Eng. Chem. 39 (1947) 517–540, doi:10.1021/ie50448a022
  8. Chase, M.W., Jr.: NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition in J. Phys. Chem. Ref. Data, Monograph 9, 1998, 1-1951.
  9. a b c d e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 1999-2013, John Wiley and Sons, Inc., Eintrag für Pentacarbonyliron, abgerufen am 21. November 2017.
  10. Braga, D.; Grepioni, F.; Orpen, A.G.: Nickel carbonyl [Ni(CO)4] and iron carbonyl [Fe(CO)5]: molecular structures in the solid state in Organometallics 12 (1993) 1481–1483, doi:10.1021/om00028a082.
  11. Antiklopfmittel
  12. a b G. Pfaff: Inorganic Pigments, Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston 2017, S. 199 und S. 216, ISBN 978-3-11-048450-2, (abgerufen über De Gruyter Online).

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Eisenpentacarbonyl – Sammlung von Bildern