El ferrato de sodio es un compuesto químico con la fórmula Na2FeO4 . Se trata de una sal sódica del ácido férrico que es muy difícil de obtener. En la mayoría de los compuestos de hierro, el metal tiene un estado de oxidación de +2 o +3. El ácido férrico, con un estado de oxidación de +6, es extremadamente inestable y no existe en condiciones normales. Por lo tanto, sus sales, como el ferrato de sodio, también tienden a ser inestables. Debido a su alto estado de oxidación, FeO4 2- es un potente agente oxidante . [1]
La síntesis de ferrato de sodio (VI) parece ser muy delicada debido a la inestabilidad del ferrato resultante de su alto poder oxidante.
Los métodos para sintetizar ferrato(VI) son: térmico, químico y electroquímico. El método térmico suele requerir altas temperaturas (alrededor de 800 °C) y habitualmente tiene una baja eficiencia (50%). El método químico es multifásico y requiere una gran cantidad de compuestos químicos. El método electroquímico, en comparación con los otros dos métodos mencionados, presenta ventajas como la pureza del producto, la baja demanda de disolvente y el uso de un electrón que se conoce como oxidante limpio.
En esta metodología, una solución que contiene Fe(III) se oxida en presencia de NaOH y se convierte en Fe(VI)O 4 2- . Sin embargo, este compuesto se degrada rápidamente, por lo que son necesarios pasos adicionales como procesos de "secuestro", lavado y secado para obtener un producto más estable. [2]
Otro inconveniente encontrado con esta metodología está relacionado con el aislamiento y obtención del producto seco a partir de la solución correspondiente, debido a la alta solubilidad del Na2FeO4 en una solución saturada de NaOH. Modificando el procedimiento de producción en el que se hace pasar gas cloro a través de una solución saturada de NaOH de hierro trivalente, se puede obtener un compuesto seco que contiene 41,38% de Na2FeO4 . [ 3]
El método de oxidación húmeda ha sido ampliamente utilizado por varios investigadores para producir ferrato sólido o líquido, especialmente ferrato de sodio y potasio (VI) (Na 2 FeO 4 y K 2 FeO 4 ). Generalmente, emplea: sales ferrosas (Fe II ) o férricas (Fe III ) como fuente de iones de hierro, calcio, hipoclorito de sodio (Ca(ClO) 2 , NaClO), tiosulfato de sodio (Na 2 S 2 O 3 ) o cloro (Cl 2 ) como agentes oxidantes y, finalmente, hidróxido de sodio, carbonato de sodio (NaOH, NaCO 3 ) o hidróxido de potasio (KOH) para aumentar el pH de la solución. [4] [5]
El método electroquímico requiere el uso de un anión disuelto en una celda de electrólisis que contiene una solución alcalina fuerte (NaOH o KOH) o un electrodo inerte en una solución de Fe(III) con una corriente eléctrica que produce la oxidación del hierro a Fe(VI). [6] [7] [8] El principio básico se muestra en las ecuaciones 1-4.
Reacción del ánodo:
Fe 0 (s) + OH - (ac) → FeO 4 2- (ac) + 4H 2 O (ac) + 6e - (1)
Reacción del cátodo:
3H 2 O (acuoso) → H 2 0 (g) + 4H 2 O (acuoso) + 6e - (2)
Reacciones generales:
Fe 0 (s) + 2OH - (ac) → FeO 4 2- (ac) + 3H 2 0 (g) + 4H 2 O (ac) (3)
FeO 4 2- (ac) + 2Na + (ac) → Na 2 FeO 4(ac) (4)
La primera síntesis electroquímica de ferrato(VI) se llevó a cabo alrededor de 1841, que es una de las rutas más fáciles para obtener ferrato de sodio a partir de soluciones sin impurezas. [9] Posteriormente, los investigadores han realizado varios experimentos en diferentes entornos alcalinos con varias concentraciones de NaOH, diferentes densidades de corriente, temperatura e intervalos de electrólisis. Se encontró que el aumento de la temperatura podría aumentar la eficiencia de oxidación, pero este comportamiento solo es aplicable hasta una cierta temperatura (alrededor de 60 °C).
La intensidad de la corriente eléctrica, el material del electrodo del ánodo y el tipo y concentración del electrolito afectan significativamente la producción de ferrato (VI). Grandes cantidades de carbono en el electrodo del ánodo también pueden aumentar la eficiencia de la producción de ferrato (VI). Se pueden lograr eficiencias superiores al 70% utilizando electrodos de hierro o plata que contengan 0,9% de carbono. Los mejores datos de producción de ferrato (VI) se han obtenido utilizando un electrodo de hierro puro al 99,99% a temperaturas de alrededor de 30 - 60 °C utilizando corriente alterna (CA). [6] [7] [8]
Actualmente se conocen dos metodologías para la oxidación seca del ferrato de sodio: [10]
FeO 5 4- (ac) + 4H 2 O (ac) → FeO 4 2- (ac) (5)
Fe 2 O 3 (s) + 3Na 2 O 2 (s) → 2Na 2 FeO 4 (s) + Na 2 O (s) (6)
Ambos métodos son peligrosos y difíciles de manejar debido al uso de altas temperaturas y por tanto al posible riesgo de explosiones.
Las propiedades físicas de este compuesto pueden describirse como similares a las del ferrato de potasio: un sólido cristalino oscuro que se disuelve en agua para formar una solución de color violeta rojizo. Sin embargo, el ferrato de sodio tiene menos viscosidad que el ferrato de potasio. Es difícil aislarlo en estado sólido mediante los métodos tradicionales de cristalización, como la precipitación por calentamiento/enfriamiento, difusión de vapor, antidisolvente, etc., debido a la facilidad con la que se descompone.
En cuanto a sus propiedades químicas, el ferrato de sodio es un oxidante muy fuerte, más fuerte y reactivo que el ferrato de potasio. Su potencial redox en medio ácido alcanza los 2,2 V, siendo superior al de compuestos comúnmente utilizados para el tratamiento de aguas como el ozono (2,08 V), el peróxido de hidrógeno (1,78 V) o el permanganato de potasio (1,68 V). Además, también puede actuar como coagulante de compuestos contaminantes no deseados en aguas residuales, haciendo que precipiten como partículas de gran tamaño sin descomponerse en compuestos tóxicos. [1]
Por sus propiedades y por no generar subproductos tóxicos para el medio ambiente, el ferrato de sodio puede emplearse en el proceso de tratamiento de aguas. En el tratamiento de aguas puede actuar como:
Además, el ferrato de sodio también puede eliminar el color, el olor y los aceites de polímeros y plásticos, lo que lo convierte en un compuesto adecuado para el reciclaje, así como en una alternativa a los procesos tradicionales como la aireación o la distribución.
El ferrato de sodio y sus productos de descomposición no son tóxicos. Sin embargo, el ferrato de sodio en estado sólido no debe mantenerse en contacto con compuestos orgánicos inflamables.
El ferrato de sodio en estado sólido debe almacenarse en un lugar oscuro, sin acceso al aire. Lo ideal es almacenarlo al vacío o bajo un gas inerte. Sus soluciones pueden manipularse en condiciones normales, pero deben almacenarse en frío y no por largos periodos de tiempo.