سولفات آهن

سولفات آهن (ll) یا فِروس سولفات با فرمول شیمیایی FeSO4 شناخته می‌شود. آهن موجود در این ترکیب شیمیایی در حالت اکسیداسیون +۲ قرار دارد. معمول‌ترین شکل سولفات آهن فرم هپتاهیدرات آن است که دارای هفت مولکول آب متصل با مولکول است. ترکیب سولفات آهن (ll) معمولا برای صنایع مختلفی مانند ساخت جوهر، رنگ و همچنین داروها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده شیمیایی ترکیبی از رنگ سبز و آبی است که رایج‌ترین شکل این ترکیب در تاریخ باستان به عنوان ویتریول سبز (نام قدیمی این ترکیب) شناخته شده است. 

تمام انواع سولفات آهن (ll) محلول در آب هستند و شکل هندسی آن به صورت مولکول هشت وجهی است و معمولا در بلورهای زرد مایل به خاکستری ظاهر می‌شود. همچنین این ترکیب شیمیایی دارای خاصیت مغناطیسی نیز می‌باشد. البته که این ترکیب به صورت بی‌آب نیز وجود دارد که در طبیعت بسیار نادر هستند. 

آشنایی با سولفات آهن 

این ترکیب در اصل یک نوع آهن است و معمولا در مواد غذایی که در طی روز مصرف می‌کنیم وجود دارد. آهن در بدن ما به دو بخش پروتئین هموگلوبین و میوگلوبین متصل می‌شود. وظیفه هموگلوبین انتقال اکسیژن از خون به بافت‌ها و اندام‌ها است. وظیفه میگلوبین نیز کمک‌ رسانی به ذخیره اکسیژن در سلول‌های ماهیچه‌ای است. 

یکی از استفاده‌های سولفات آهن در درمان کم خونی ناشی از کمبود آهن است. مکمل آهن در واقع همان سولفات آهن (ll) است. نمک‌های آهن یکی از انواع آهن معدنی هستند. به طور معمول از این نمک‌ها به عنوان مکمل برای درمان کمبود آهن در بدن استفاده می‌کنند. ویتریول سبز و ویتریول آهن نام دیگر سولفات آهن هستند و فقط یکی از اشکال هندسی عنصر فلزی آهن است. 

تاریخچه سولفات آهن

در دوران باستان سولفات آهن (ll) را با نام copperas یا زاج سبز می‌شناخته‌اند. از ترکیب زاج سبز در گذشته‌ها در کاربردهایی همچون سیاه کردن چرم، به عنوان تثبیت‌کننده رنگ در صنعت نساجی یا ماده تهیه جوهر استفاده می‌کردند. 

در حدود ۷۰۰ سال قبل، برای بدست آوردن اسید سولفوریک یا همان روغن ویتریول از روش تقطیر ویتریول استفاده می‌شد. 

چنانچه امروزه از این ترکیب برای کاربردهای مدرن تر مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

سولفات آهن (ll) ترکیب شیمیایی بسیار کاربردی در صنایع داروسازی، کشاورزی و همچنین تولید جوهر و رنگ به حساب می‌آید. زاج سبز دارای حالت‌های مختلف هیدراتاسیون است که نوع‌ها و اشکال گوناگونی از آن در طبیعت وجود دارد. 

انواع روش‌های تولید سولفات آهن

برای شناخت بهتر سولفات آهن دانستن روش‌های تولید آن می‌تواند مفید باشد. از روش‌های تولید سولفات آهن می‌توان به فرآیند آبکاری فولاد اشاره کرد که در آن این ترکیب شیمیایی معدنی به صورت محصول جانبی تولید می‌شود. محصولات فولادی را در پایان کار قبل از پوشش زدن یا آبکاری در حمام‌های اسید سولفوریک قرار می‌دهند. در این روش تیمار، مقادیر زیادی سولفات آهن (ll) به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. 

فرمول این روش:                                       Fe +  H2SO4  →  FeSO4  + H2

همچنین در روشی دیگر سولفات آهن از طریق فرآیند اکسیداسیون پیریت نیز به صورت تجاری تهیه و تولید می‌شود: 

فرمول این روش:                   2FeS2  +  7O2  +   2H2O  →  2FeSO4  +  2H2SO4 

همچنین با جایگزینی فلزات کمتر واکنش‌پذیر نسبت به آهن، این واکنش می‌تواند از محلول‌های سولفات آن‌ها انجام شود:

                                               CuSO4  +  Fe  →  FeSO4  +  Cu 

واکنش‌های تولیدکننده سولفات آهن

در آغاز همراه با گرم‌ شدن محلول کمپلکس فروس سولفات، سولفات آهن (ll) آبدار، تبلور خود را از دست داده و بلورهای اصلی سبز رنگ به یک ماده جامد بی‌آب، با رنگ سفید، تبدیل می‌شوند. با ادامه گرم شدن، این ماده بی‌آب، ترکیبات دی اکسید گوگرد و دود سفید اکسید گوگرد را آزاد می‌کند و ماده‌ای قهوه‌ای رنگ مایل به قرمز به نام اکسید آهن (lll) باقی می‌ماند. 

دمای تجزیه سولفات آهن (ll) از حدود ۶۸۰ درجه سانتی‌گراد (۱۲۵۶ درجه فارنهایت) شروع می‌شود. 

                                               2FeSO4  →  Fe2O3  +  SO2  +  SO3 

سولفات آهن (ll) نیز مانند تمام نمک‌های آهن (ll) یک عامل کاهنده به حساب می‌آید. برای مثال می‌توان واکنش کاهش اسید نیتریک به مونوکسید نیتروژن و کلر به کلرید را نام برد: 

                   6FeSO4  +  3H2SO4  +  2HNO3  →  3Fe2(SO4)3  +  4H2O  +  2NO              

                                      6FeSO4  +  3Cl2  →  2Fe2(SO4) 3  +  2FeCl3    

   همچنین با قرار گرفتن فروس سولفات در معرض هوا این ترکیب اکسید شده و یک پوشش خورنده زرد قهوه‌ای رنگ از (سولفات فریک) بر روی خود ایجاد می‌کند. این پوشش در حقیقت یک ترکیب اضافی از اکسید آهن (lll) و آهن (lll) سولفات است. 

                                    12FeSO4  +  3O2  →  4Fe2 (SO4) 3  +  2Fe2O3 

آشنایی با خواص فیزیکی سولفات آهن 

به طور کلی سولفات آهن در طبیعت به حالت‌های مختلف هیدراتاسیون و همچنین ساختارهای متفاوت وجود دارد که این ساختارها به شرح زیر هستند:    

  FeSO4 

(نوع بی‌آب آن بی‌رنگ و به شکل بلورهای سفید رنگ هستند) 

FeSO4.H2O                                  

(ماده معدنی آن Szomolnokite است، به شکل بلورهای سفید مایل به زرد و در طبیعت نسبتا نادر هستند)

FeSO4.4H2O

(ماده معدنی آن روزنیت است؛ سفید رنگ هستند، امکان دارد محصول دهیدراتاسیون ملانتریت باشد و همچنین در طبیعت نسبتا متداول هستند)

FeSO4.5H2O

(ماده معدنی آن سیدروتیل است، نقطه ذوب آن بین 56 تا 64 درجه سانتی گراد، نقطه جوش آن بالای 300 درجه سانتی گراد به شکل کریستال‌های سبز رنگ مایل به آبی و در طبیعت نسبتا نادر هستند)

FeSO4.6H2O

(ماده معدنی آن Ferrohexahydrite است و در طبیعت نسبتا نادر هستند)

FeSO4.7H2O 

(ماده معدنی آن ملانتریت است، به رنگ آبی-سبز و در طبیعت نسبتا رایج هستند) 

ساختارهای معدنی که در بالا ذکر شد، همگی با طریقه اکسیداسیون بسترهای سنگ آهن (مارکازیت، پیریت، کالکوپیریت و…) و محیط‌های مرتبط مانند مواقع آتش سوزی ذغال سنگ در ارتباط هستند. اکثر این ساختارها به سرعت آب خود را از دست می‌دهند و گاهی اوقات نیز اکسیداسیون رخ می‌دهد. 

آشنایی با کاربردهای سولفات آهن 

• داروسازی: 

از جمله صنایع پرکاربرد سولفات آهن (ll) می‌توان صنعت دارو و داروسازی را نام برد. یکی از رایج‌ترین مشکلات تغذیه‌ای در بیشتر کودکان و بزرگسالان کمبود آهن است. در این بین ورزشکاران، زنان جوان، گیاه‌خواران و افراد مسن بیشتر از بقیه افراد ممکن است گرفتار کمبود آهن یا فقر آهن باشند. مصرف مکمل‌های غذایی حاوی آهن یا سولفات آهن می‌تواند تا حد قابل قبولی این مشکل را برطرف کند. یکی از نتایج کمبود آهن سبب کم خونی نیز می‌شود. در حقیقت آهن موجود در خون کمک می‌کند تا انتقال اکسیژن به خوبی انجام شود. 

• تولید ترکیبات رنگزا و رنگدانه‌ها:

در صنعت تولید رنگ از سولفات آهن به عنوان عامل رنگزا استفاده می‌کنند. این ترکیب در ساخت انواع جوهر مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این ترکیبات در تولبد جوهر و همچنین رنگرزی پشم به عنوان (رنگ با غلظت زیاد) استفاده می‌شود. از قرن هفدهم تا به اکنون ماده‌ای که در پارکت‌ها به کار می‌رفته است با کمک این ترکیب ساخته می‌شده است. 

در قرن هجدهم و در انگلستان دو شیوه برای استفاده مستقیم رنگ نیلی توسعه داده شد و تا قرن نوزدهم این دو روش مورد استفاده قرار گرفت. برای مثال (رنگ آبی چینی) یکی از این رنگ‌های معروف است که در آن سولفات آهن به کار برده شده است. 

امروزه یکی از استفاده‌های رایج از زاج سبز در مواد غذایی و رنگ‌های پارچه‌ای می‌باشد. 

• کشاورزی: 

سولفات آهن در واقع یک اصلاح‌کننده خاک است که در نقش یک کود سولفاته غنی از آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد. کود زاج سبز به مانند سولفات آلمینیوم به عنوان یک اصلاح کننده بافت خاک برای کاهش PH در خاک‌های بسیار قلیایی استفاده می‌شود تا گیاهان به آسانی مواد مغذی مورد نیاز خود را از خاک بگیرند. 

از سولفات آهن در باغبانی برای درمان کلروز آهن استفاده می‌شود. کشاورزان و باغداران این ترکیب را با کمپوست مخلوط کرده و آن را در خاک دفن می‌کنند تا یک منبع غنی را برای دوام آن تا سال‌ها ایجاد کنند. کود سولفات آهن یکی از مهم‌ترین ترکیبات برای پرورش محصولات کشاورزی است. این کود به دلیل داشتن آهن از عناصر بسیار ضروری برای تولید کلروفیل به حساب می‌آید. 

در استفاده از کودهای سولفات آهن باید توجه داشت که این ترکیبات به سرعت رطبوت هوا را جذب می‌کنند و بایستی درون یک کیسه نگهداری شوند. بهتر است تا این کودها را در جای خنک و خشک و در دمای بین 25 الی 35 درجه سانتی گراد نگهداری کرد.

لازم به ذکر است که نحوه استفاده و مصرف کود سولفات آهن برای هر گیاهی متفاوت است و به شرایطی چون خاک، نوع گیاه و شرایط اقلیمی بستگی دارد. برای استفاده از این کودها توصیه می‌شود کودهای ارگانیکی مانند کود حیوانی را به همراه آن‌ها درون خاک دفن کرد.

• تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشت:

در بسیاری از کاربردهای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی و بهداشت سولفات آهن نقش مهمی دارد. این ترکیب به عنوان یک منعقدکننده انتخابی عمل می‌کند. سولفات (ll) آهن به دلیل کارایی بالا، تاثیر خوب در شفاف‌سازی و استفاده به عنوان ماده آبگیری لجن، یک عامل انعقادکننده در بسیاری از فرآیندهای تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشت کاربرد دارد. در فرآیند تصفیه آب چندین فاکتور شامل FOG ،BOD ،TSS و COD مهم هستند. 

همچنین از این ترکیب برای جلوگیری از اتروفیکاسیون، شناسایی قارچ و به عنوان اجزای کاتالیزور آهن در معرف فنتون نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

• دیگر کاربردهای سولفات آهن: 

1. در بعضی مواقع به عنوان ماده رنگزای مصنوعی در کنسرو زیتون سیاه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2. برای رسوب طلای فلزی از محلول‌های کلرید در تصفیه طلا.
3. عامل کف‌کننده در نوشیدنی های الکلی.
4. در تجهیزات خنک‌کننده به جریان آب اضافه شده می‌شود تا از طریق لوله‌های برنجی کندانسورهای توربین به حرکت دربیاید و یک پوشش محافظ در برابر خوردگی را ایجاد کند. 
5.  استفاده برای لکه گیری بتن و برخی سنگ‌های آهکی و ماسه سنگ‌ها.
6. عاملی تثبیت در صنعت عکاسی برای ظاهر کردن تصویر.
7. یک کاتالیزور آهن معرف Fenton است که برای اکسید کردن آلاینده‌ها یا پساب‌های آب استفاده می‌شود.

مقایسه بین سولفات فریک و سولفات فروس 

هر دو ترکیب سولفات آهن هستند. اصلی‌ترین تفاوتی که بین این دو ترکیب وجود دارد این است که سولفات فریک دارای آهن با اکسیداسیون +2 است در صورتی که آهن سولفات فروس در حالت اکسیداسیون +3 است. 

فرمول شیمیایی سولفات فریک Fe(SO4)3 و فرمول شیمیایی سولفات فروس FeSO4 می‌باشد. هیدراته سولفات فریک که به فرم پنج هیدارته می‌توانیم آن‌ را  پیدا کنیم و سولفات فروس فرم هپتاهیدرات نیز به عنوان رایج‌ترین اشکال آن‌ها به حساب می‌آیند. 

در مقایسه شکل و رنگ آن‌ها رایج‌ترین شکل هیدراته سولفات فریک به شکل بلورهای زرد مایل به خاکستری نمایان است در صورتی که سولفات فروس به شکل کریستال‌های آبی-سبز نمایان می‌شوند. این دو تفاوت به راحتی آن‌ها را از یکدیگر قابل تشخیص می‌کند. 

آیا سولفات آهن ترکیبی خطرناک است؟ 

این ترکیب در واقع به خودی خود سمی نیست اما به مانند تمام ترکیبات شیمیایی دیگر بایستی در استفاده از آن موارد احتیاط و ایمنی را رعایت کرد. برای استفاده از ین ترکیب بهتر است تا از دستکش، عینک و ماسک مخصوص استفاده کنید تا ذرات پخش شده در هوا به سیستم تنفسی شما وارد نشوند. 

در صورتی که این ترکیب با چشم و پوست شما برخورد کرد ممکن است علائم شدیدی در شما ایجاد کند. در صورت تماس با صورت، چشمان خود را به مدت 15 دقیقه به خوبی با آب بشویید و در صورت نیاز به پزشک مراجعه نمایید. همچنین بلعیدگی این ترکیب شیمیایی می‌تواند سبب خورندگی دستگاه گوارش شده و یا آن را تحریک کند.

سولفات آهن ترکیبی قابل اشتعال یا قابل انفجار نیست اما در هنگام حریق گازی سمی تولید خواهد کرد. اما بهتر است در انبارهایی با تهویه مناسب نگهداری شوند و در نزدیکی مواد محترقه نباشند. 

نحوه و طریقه درست نگهداری از سولفات آهن

برای نگهداری از ترکیب سولفات آهن باید آن‌ها را درون کیسه‌هایی حاوی برچسب‌های ایمنی و اطلاعات محصول قرار داد. همچنین باید ترکیبات سولفات آهن را از سایر محصولاتی که ناسازگار هستند جداگانه نگهداری کرد.

برای حمل‌و‌نقل و نگهداری ترکیبات سولفات آهن باید از ظروف و مخازن با ابعاد و اندازه استاندارد استفاده کرده و درب آن‌ها به محکمی بسته شده باشند. جنس ظروف و کیسه‌هایی که برای این ترکیب جامد باید مورد استفاده قرار گیرد می‌تواند پلی اتیلن، فایبرگلاس و پلی پروپیلن باشد. در صورت آتش گرفتن این ترکیب برای اطفای حریق می‌توان از CO2، پودر شیمیایی خشک یا فوم مناسب استفاده کرد.

به دلیل اینکه بعضی از غلظت‌های این محصول در دمای پایین، منجمد یا متبلور می‌شوند، باید توجه داشت تا بسته‌ها، پمپ‌ها، لوله‌ها و تجهیزات جانبی به خوبی عایق‌بندی شده باشند.

باید توجه داشت که محصول باید طی یک سال مصرف شود. ظروف یا مخزن نگهداری این محصول به دلیل اینکه می‌تواند بخار یا مایع باقی‌مانده از محصول را در خود حبس کند خطرناک است و نباید خالی نگه داشته شود.

وضعیت و قیمت خرید و فروش سولفات آهن در بازار

سولفات آهن (ll) و سولفات آهن (lll) از جمله مواد اولیه صنعتی هستند که پرکاربرد بوده و خرید و فروش آن‌ها در بازار بسیار رایج است. در بازار این ترکیب را با خلوص 18% و 20% می‌توان تهیه کرد. هر یک از این دو ترکیب برای مصارف مخصوصی خریداری شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

خلوص سولفات آهن کریستالی (فروس سولفات 7 آبه) 18% و سولفات آهن پودری (فروس سولفات 4 آبه) 20% می‌باشد. چنانچه باید بدانیم که از نظر قیمتی نیز این ترکیبات نیز با یکدیگر متفاوت هستند. برای مثال قیمت سولفات آهن آزمایشگاهی با قیمت سولفات آهن کشاورزی و قرص‌های سولفات آهن متفاوت می‌باشد. 

برای مصارف کشاورزی، استفاده از کود زاج سبز از رایج ترین ترکیبات شیمیایی به حساب می‌آید. دلیل تقاضای بالای این ماده در بازار نیز تامین ریزمغذهای مورد نیاز گیاه برای رشد آن است. 

قیمت سولفات آهن بسته به تغییرات قیمت مواد اولیه برای تولید، تغییرات قیمت بازار، ارز و همچنین میزان تقاضای مشتری تعیین می‌شود.