Phosphate de fer(II)
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phosphate ferreux, orthophosphate ferreux, ferro-phosphate, ou phosphas ferrosus, ferrum phosphorium en latin
pour l'octahydrate ou vivianite, en lien phosphate de fer
| Phosphate de fer(II) | |
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| Formule chimique développée | |
| Identification | |
|---|---|
| Nom systématique | Fer(II) phosphate, Iron(II) phosphate |
| Synonymes |
phosphate ferreux, orthophosphate ferreux, ferro-phosphate, ou phosphas ferrosus, ferrum phosphorium en latin |
| No CAS | (anhydre) pour l'octahydrate ou vivianite, en lien phosphate de fer |
| No ECHA | 100.035.456 |
| No CE | 239-018-0 (anhydre) |
| PubChem | 9863567 |
| SMILES | |
| Apparence | poudre incolore (anhydre) ou assez peu colorée en bleu vert après influence de l'air ambiant, éclat vitreux, transparent, bleu (octohydrate ou vivianite) |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | par exemple anhydre Fe3(PO4)2. |
| Masse molaire[1] | 357,478 ± 0,008 g/mol H 0 %, Fe 46,87 %, O 35,81 %, P 17,33 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | Fe3(PO4)2·8 H2O se décompose en perdant son eau de structure à 180 °C |
| Solubilité | Fe3(PO4)2 anhydre : très peu soluble dans l'eau de l'ordre de 1 g/litre, soluble dans les acides forts. Fe3(PO4)2·8 H2O, insoluble dans l'eau, soluble dans les acides forts, insoluble dans l'acide acide acétique[2], |
| Masse volumique | Fe3(PO4)2 3,91 g/cm3 à 20 °C[3], Fe3(PO4)2· 8 H2O 2,58 g/cm3 à 20 °C[2]. Parfois 2,61 pour l'octohydrate ou 2,68 pour la vivianite. |
| Cristallographie | |
| Réseau de Bravais | Fe3(PO4)2 monoclinique, Fe3(PO4)2·4 H2O monoclinique, Fe3(PO4)2·8 H2O monoclinique, etc. |
| Strukturbericht | Fe3(PO4)2 P21c2, Fe3(PO4)2·4 H2O P21/a, Fe3(PO4)2·8 H2O C2/m |
| Paramètres de maille | Fe3(PO4)2 a = 8,881 Å, b = 11,169 Å, c = −6,145 Å avec α = 99,36°, Fe3(PO4)2·8 H2O a = 10,086 Å, b = 13,441 Å, c = 4,703 Å avec α = 90°, β = 104,27°, γ = 90° |
| Propriétés optiques | |
| Indice de réfraction | Fe3(PO4)2·8 H2O |
| Précautions | |
| SGH | |
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| Directive 67/548/EEC | |
 Xi |
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| Écotoxicologie | |
| DL50 | inférieur à 5 000 mg/kg (rat, oral), < 5 000 mg/kg (rat, cutané) |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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Le phosphate de fer(II), ou phosphate ferreux, est un composé chimique du phosphore, de l'oxygène et du fer, de formule Fe3(PO4)2. C'est le sel ferreux (c.-à-d., de fer(II)) de l'acide phosphorique.
Le phosphate de fer(II) est présent dans la nature sous la forme des minéraux, la rare et souvent colorée graftonite (en) de dureté 5 mais connue avec la variante Mn-graftonite dans lequel le fer est partiellement remplacé par du manganèse et du calcium[4], le sarcopside (it) et la ludlamite (en), dans lesquels le fer est partiellement remplacé par du manganèse et du magnésium[5],[6].
Il existe aussi le phosphate de fer(II) octohydraté Fe3(PO4)2·8 H2O, obtenu par voie humide et représenté dans la nature par le minéral vivianite, de dureté entre 1 et 2, beaucoup plus commune ou fréquente[7].
Fabrication chimique
Le corps anhydre apparaît sous la forme d'une poudre solide incolore, parfois blanc grisâtre, faiblement bleu gris, vert bleu ou gris vert après une légère altération, quasiment insoluble dans l'eau mais soluble dans les acides forts. La poudre placée dans un courant d'air brunit rapidement.
Ce cristal Fe3(PO4)2, non dépourvu de réactivité chimique, est conducteur d'électricité. Il est d'ailleurs présent dans les batteries, dites au phosphate de fer et de lithium LiFePO4), pour sa capacité de stockage d'énergie ou de libération des ions électrolytes, en toute sécurité, lors d'un grand nombre de cyclages ou charges/décharges[8]. Il est aussi employé comme catalyseur de réactions chimiques.
Il constitue un efficace revêtement protecteur anti-corrosion, voire un pigment avec le composé rédox associé, ou corps oxydé voisin, le phosphate de fer(III), sur les métaux ferreux[9]. Le traitement de surface à chaud par l'acide phosphorique concentré est un procédé classique de phosphatation :
- 3 Fe surface + 2 H3PO4 → Fe3(PO4)2 couche solide couvrante + 3 H2 gaz
Il joue un rôle protecteur similaire sur les alliages d'aluminium ou de zinc.
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L'octohydrate Fe3(PO4)2•8(H2O), corps chimique pratiquement insoluble dans l'eau ou l'éthanol, se forme dans les canalisations, notamment les réseaux d'eaux usées ou les égouts, en absence d'air et en présence d'ions ferreux ou de matériaux ferreux. La vivianite, qui apparaît, après exposition à l'air humide, des phosphates ferreux préservés en milieu anoxie sous les couches de tourbes des milieux humides terrestres ou dans les argiles du Gault, d'origine marine, était considérée comme un engrais phosphoré, avant d'être reconnu comme un apport en fer assimilable pour les sols calcaires en déficit[10].
En agrochimie, ces corps chimiques représentent une source de fer assimilable pour les plantes, pour lutter contre les diverses chloroses.
Le phosphate ferreux anhydre et incolore peut être obtenu directement en faisant réagir du nitrate de fer(III) anhydre avec du dihydrogénophosphate d'ammonium anhydre. Le composé intermédiaire brun chauffé libère le corps qu'il faut préserver de l'air et de l'humidité[11].
Le phosphate de fer ferreux peut être précipité en solution aqueuse, après mélange d'un sel de fer et d'un phosphate alcalin de préférence en milieu acide. Le principe de cette réaction de précipitation est le suivant :
- 3 Fe2+ aqueux + 2 PO43- aqueux → Fe3(PO4)2 précipité solide
Il est possible de le préparer par mélange de solutions aqueuses, d'un côté, de sulfate de fer et de l'autre, d'hydrogénophosphate disodique et d'acétate de sodium.
- 3 FeSO4 + 2 Na2HPO4 + 2 NaC2H3O2 → Fe3(PO4)2 précipité + 3 Na2SO4 + 2 C2H4O2
ou encore :
- 3 FeSO4 + 2 Na3PO4 2N en milieu acide → Fe3(PO4)2 précipité + 3 Na2SO4aq
Le phosphate de sodium ordinaire était obtenu en deux opérations, à partir de l'acide phosphorique des os :
- i) d'abord par le traitement de cendres d'os par l'acide sulfurique ou oléum.
- ii) ensuite par la reprise du phosphate acide de chaux obtenu par la soude Solvay ou carbonate de sodium.
Signalons que la vivianite apparaît parfois associée en milieu naturel à des gisements détritiques de la vie animale d'antan, notamment à base de restes osseux.
La réaction du sulfate ferreux avec l'acide phosphorique convient aussi, avec un tampon en milieu basique en milieu aqueux :
- 3 FeSO4 + 2 H3PO4 → 3 Fe3(PO4)2 précipité solide, à laver et filtrer + 3 H2SO4
Si l'acide phosphorique dissout très facilement le composé ferreux, un autre composé dihydrogénophosphate de fer(II) dihydraté Fe(H2(PO4)2)• 2 H2O se forme, apparaît avec ses longues aiguilles incolores. Le phosphate de fer(II) octohydraté, fraichement précipité, dévoile une légère couleur gris bleu, qui prend une teinte foncée, bleu indigo, après une brève exposition à l'air. Les vivianites partiellement oxydées en surface présentent de telles colorations bleues.
L'oxydation poussée détruit par ailleurs la structure cristalline du composé, laissant une poudre amorphe, sans aucune structure cristalline observable au rayon X, d'abord jaune olive, puis brun jaunâtre clair.
Propriétés de conservation, toxicologie
Il faut conserver la poudre cristalline anhydre à l'abri de l'air et de la lumière (solaire), de préférence dans un endroit frais et sec, à température ambiante. Le récipient doit être hermétique. En cas de de déversement maladroit, il faut nettoyer le produit en évitant la dispersion des poussières.
La toxicité des phosphates de fer(II) n'est pas négligeable, mais reste faible dans les cas des mammifères. Un peu plus soluble que le phosphate ferrique, malgré une moindre acidité ou un faible pouvoir oxydant, il est en conséquence davantage toxique, par ingestion, par effet sur le système respiratoire ou irritant par contact oculaire ou cutané.
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