Двухвалентное железо (Fe²⁺) и трехвалентное железо (Fe³⁺) представляют собой разные формы одного химического элемента — железа, отличающиеся степенью окисления (зарядом).

Что такое степень окисления?

Степень окисления показывает количество электронов, потерянных или приобретенных атомом в соединении.

Железо способно образовывать соединения с разными степенями окисления, основными из которых являются:

Fe²⁺ — двухвалентное железо (железо(II)), оно обладает зарядом +2 и характерно для растворов, в частности, подземных вод, где содержится большое количество растворенного железа.

Fe³⁺ — трехвалентное железо (железо(III)), оно обладает зарядом +3 и встречается преимущественно в виде труднорастворимых солей, гидроксидов и оксидных форм.

Почему важно превращение Fe²⁺ → Fe³⁺?

Для эффективной очистки воды от железа применяют процесс окисления, при котором Fe²⁺ превращается в Fe³⁺.

Это связано с несколькими причинами:

Растворимость: Двухвалентное железо (Fe²⁺) хорошо растворимо в воде и является причиной появления неприятного вкуса, запаха и окраски воды («ржавого цвета»).Трехвалентное железо (Fe³⁺) гораздо менее растворимо и легко переходит в форму твердого осадка, чаще всего в виде гидроксида железа(III): Fe(OH)3Fe(OH)3​.

Осаждение: Гидроксид железа(III) представляет собой твёрдое вещество, способное выпадать в осадок, который можно удалить механическим фильтрованием или отстаиванием.

Как осуществляется переход Fe²⁺ → Fe³⁺?

Окисление железа проводят различными способами:

Аэрация: пропуск воздуха через воду, содержащий кислород, способствует естественной реакции окисления:4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH−4Fe2++O2​+2H2​O→4Fe3++4OH−

Химическое окисление: применение специальных веществ-реагентов, таких как озон (O3O3​), хлор (Cl2Cl2​), гипохлорит натрия (NaOClNaOCl), или перекись водорода (H2O2H2​O2​).

Например, реакцию с кислородом можно представить следующей формулой: Fe2++12O2+H2O→Fe(OH)3(↓)Fe2++21​O2​+H2​O→Fe(OH)3​(↓)

Таким образом, переход от двухвалентного железа к трехвалентному необходим для эффективного отделения железа из воды путём образования осадка и последующей его фильтрации.