Química del hierro: acetatos para ebonizar la madera

Question

Recientemente he estado "elaborando" lo que comúnmente se llama "acetato de hierro" para ebonización de la madera y me gustaría entender la química de la reacción hierro/ácido acético, que debe ser bastante sencillo, pero resulta ser más complejo de lo que pensaba.

Una pregunta anterior se refiere a la reacción tanino/mordante en una fase posterior del proceso; otra pide opiniones sobre una receta de acetato de hierro (II) lo que no hace más que aumentar mi confusión; mientras que una tercera pregunta sobre la descomposición del acetato de hierro (III) .

Resumen

La idea básica es que se pone lana de acero fina en vinagre blanco, el hierro reacciona con el ácido acético para formar una solución de acetato de hierro (¿II?, ¿III?); luego se pinta sobre la madera donde el acetato de hierro reacciona con los taninos naturales (o introducidos mediante la aplicación previa de una solución rica en taninos, como el té negro) en la madera, produciendo tanatos de hierro, que son de color oscuro, manchando así la madera.

Problema

Hay muchos sitios web, blogs y artículos en línea que describen el proceso de ebonización y cómo hacer "acetato de hierro" con diferentes grados de utilidad y precisión. Ninguno de ellos contiene una descripción detallada y precisa de la química, que me gustaría entender.

De los artículos existentes en la red, se desprende una gran cantidad de información contradictoria (incluso hasta el punto de las contradicciones directas). Es tan grave que no es en absoluto Me queda claro cuál es el objetivo de producir la solución: ¿queremos acetato de hierro (II) o acetato de hierro (III)? ¿Importa?

Procedimiento

Puse un cuarto de galón de vinagre blanco destilado caliente en un tarro de cristal (5%, ~0,83 mol CH ₃ COOH).

Añadí dos almohadillas de lana de alambre 0000 (~23g, 0,41 mol de Fe), desenrolladas, cortadas en tiras, lavadas en acetona (para eliminar el aceite protector) y secadas.

Coloqué el tarro de cristal dentro de mi barbacoa Weber de vainilla al sol, pensando que la temperatura algo elevada podría acelerar la reacción.

Agité ligeramente el contenido un par de veces al día con una brocheta de bambú, exprimiendo las burbujas atrapadas en la lana metálica para evitar que flotara en el gas liberado (presumiblemente hidrógeno).

A lo largo de este proceso, el líquido permaneció claro aunque se depositó algo de barro rojizo en la boca del tarro.

A medida que se evaporaba parte de la solución, se completaba con vinagre. Esto se hizo dos o tres veces durante una semana. Las adiciones totales eran como máximo de 4 onzas líquidas (100 ml). (100 ml).

Después de una semana más o menos (tal vez 8 días), toda la lana de acero parecía haberse consumido, y había un lodo gris oscuro o negro en el fondo del tarro de albañil, que podría haber sido simplemente fragmentos de lana de acero que no habían reaccionado.

Había un poco de "espuma" (predominantemente) gris carbón en la parte superior, pero con un gran mancha brillante de color naranja-marrón .

Filtré el líquido a través de un filtro de café en un recipiente de plástico transparente (una botella de Lysol de 40 oz. lavada).

Durante el filtrado, el líquido apareció oscuro con un claro tinte verde .

Las últimas onzas se filtraban lentamente (mucha mugre en el filtro), así que lo dejé un par de horas.

Al volver, la solución no parecía verde, sino que tenía un claro tinte púrpura (mi chica incluso dijo "¿Por qué es morado?").

En los últimos días, la solución ha perdido su color púrpura y se ha estratificado: hay unos pocos milímetros de precipitado marrón oscuro en el fondo (probablemente no tanto como parece debido al fondo cóncavo del frasco de Lysol), la mayor parte del líquido es de color marrón anaranjado casi claro, hay una banda oscura estrecha pero distinta a unos 35 mm de la parte superior, y luego por encima de eso, es más turbia y de color ligeramente más claro que la mayor parte. Desgraciadamente, la banda estrecha y el estrato superior son demasiado sutiles para que se vean en las fotografías.

En la parte superior, hay un depósito de color marrón anaranjado alrededor del borde y escamas cristalinas flotando en la superficie.

El papel de filtro se ha secado, dejando un polvo fino de color marrón rojizo.

Otras observaciones

El líquido incoloro en el frasco, antes de filtrarlo, era mucho más eficaz de lo esperado. Según todas las descripciones en línea, el acetato de hierro no es terriblemente eficaz en maderas con poco tanino como el pino, sin embargo, sólo unas horas después de poner la lana de acero en el tarro de albañil, una gota de la solución colocada en una tira de pino sin tratar produjo un efecto grisáceo muy notable (muy parecido al que esperaba del resultado final); al día siguiente, la solución produjo un gris/marrón medio; y después de unos días, un marrón oscuro.

En el pino tratado con té, se produjo un color negro azabache con todas las soluciones, excepto con la más débil, que se dejó caer mientras el pino estaba todavía húmedo con té (oye, soy impaciente).

Supuestos

El acetato ferroso (hierro II) es soluble en agua. Es un sólido cristalino blanco. Su tetrahidrato es de color verde claro.

El acetato férrico (hierro III) es insoluble en agua, pero soluble en etanol. Es un sólido de color marrón anaranjado.

Los efectos de las impurezas pueden ignorarse.

El vinagre destilado no tenía mucho oxígeno disuelto.

Especulación

En el tarro de cristal El hierro de la lana metálica reaccionó con el ácido acético, dando lugar principalmente a acetato ferroso tetrahidratado (e hidrógeno, que acaba de burbujear), lo que explica el tinte verde de la solución observado durante la filtración. También había algo de acetato férrico creado en presencia del limitado oxígeno disuelto y el disponible en la superficie; éste se precipitó en el lodo gris, que también contenía fragmentos de lana de alambre sin reaccionar. La mancha naranja en la espuma de la superficie era, muy probablemente, acetato férrico y (?) hidratos de óxido férrico.

En la botella de Lysol En el momento de la filtración, se introdujo oxígeno atmosférico en la solución, lo que permitió que parte del acetato ferroso pasara a ser acetato férrico (¿vía?), ya que esto es lo que ha precipitado. Esta reacción ferrosa->férrica (?) continúa en la superficie. Parte del precipitado se ha depositado alrededor del borde de la botella y otra parte se ha cristalizado para formar los copos en la superficie.

En el papel de filtro El lodo era lana de alambre residual sin reaccionar, acetato férrico e hidratos de óxido férrico, humedecidos con acetato ferroso y solución de ácido acético. Estos han reaccionado y se han secado hasta formar una mezcla de acetato férrico e hidratos de óxido férrico, lo que explica el color marrón anaranjado.

Preguntas

1. ¿Son correctas, en líneas generales, las especulaciones anteriores?

Si el resultado final de poner lana de alambre en vinagre se convierte finalmente en acetato férrico (precipitado insoluble, soluble en etanol), ¿por qué las instrucciones no dicen nunca que hay que filtrar el precipitado y disolverlo en alcohol desnaturalizado? Seguramente eso tendría más sentido. Si ese es el objetivo, ¿por qué la receta habitual no pide un poco de peróxido de hidrógeno?

Por otra parte, si el resultado deseado (para la ebonización) es el acetato ferroso, ¿por qué las instrucciones no te dicen que evites introducir oxígeno? ¿Te dicen que lo prepares con una esclusa de aire? ¿Advertirle que la solución acabará por "estropearse" cuando el acetato ferroso se convierta en acetato férrico y se precipite? Le dicen que lo guarde en un recipiente hermético, que lo utilice rápidamente, etc.

2. ¿Qué causó el púrpura ¿tensión?

Inmediatamente después de la filtración, la solución tenía un aspecto violáceo. ¿Era sólo la mezcla de un color anaranjado y un color verdoso cuando el tetrahidrato de acetato férrico verdoso se convertía en acetato ferroso anaranjado o había algo más?

3. Si una solución acuosa de acetato ferroso se convierte en acetato férrico, que precipita, ¿cuál es la reacción/vía más probable (en estas condiciones)?

Estoy seguro de que podría elaborar algo, pero no estoy seguro de que sea correcto :)

4. ¿Hay alguna prueba de diagnóstico sencilla que pueda hacer?

Es posible que existan pruebas muy sencillas (de patio/químicas caseras) que me permitan confirmar/refutar partes de mi especulación o estimar concentraciones relativas. Estoy pensando en la línea de "una gota de eso en dos gotas de amoníaco convertirá un plátano en azul" en lugar de "poner 10 ml en un tubo de ensayo con el reactivo de Ludicrously Expensive en una atmósfera de argón".

Answer 1

Ok, sin pasar por todo esto experimentalmente voy a disparar desde la cadera sabiendo algo de química.

(1) Con esta coloración no se quiere una pintura que se asiente sobre la madera.

(2) El deseo es conseguir que el hierro penetre en las fibras de celulosa.

(3) Un complejo de acetato de hierro debe mechar mejor que un ion de hierro (si no, se podría utilizar cloruro de hierro).

La idea es que un ion de hierro no está flotando en una solución de agua como un ion "libre". En realidad tiene moléculas de agua que están "unidas" al átomo para formar un "complejo". El complejo de acetato debe mechar mejor, probablemente porque en general no está cargado. Así que básicamente no se puede mechar $\ce{Fe^{2+}}$ en el bosque y dejar $\ce{Cl^{-}}$ en la solución.

(4) Si el pH de la solución es demasiado bajo, se forman hidróxidos de hierro.

(5) La reacción global del ácido acético para disolver la lana de acero es: $$\ce{Fe} + \ce{H^+}\ce{OAc^+} \ce{->} \ce{Fe^{2+}}\ce{OAc^{-}_2} + \ce{H_2}$$

El punto en (5) es que la reacción consume $\ce{H^+}$ y el pH aumentará (es decir, la solución es menos ácida).

Sospecho que si el pH baja demasiado, ocurren cosas desagradables. Creo que hay que utilizar vinagre de decapado con un 10% de ácido acético, no vinagre doméstico que sólo tiene un 3%. Por consistencia, tampoco querrás dejar el exceso de lana de acero en la solución para siempre. Yo diría que la reacción es de un 75%. Así que calcula la cantidad de lana de acero que reaccionaría con el 75% de todo el ácido acético y utiliza esa cantidad de lana de acero. Eso asegurará que usted tiene el exceso de ácido acético que se secará el ppt.

La solución de tinción es probablemente inestable, por lo que sólo hay que mezclar lo que se quiere utilizar en un periodo de tiempo "corto".

El sólido seco debería ser estable si se almacena en un contenedor "sellado".

Answer 2

tl;dr. Pero el objeto del proceso del vinagre es producir hierro(III) soluble para que reaccione a los tanatos férricos. (los tanatos ferrosos son más solubles, véase la tinta de hiel de hierro, el convertidor de óxido, etc. en Wikipedia). La forma más fácil de hacerlo con productos químicos domésticos es el vinagre. Los taninos son una gran familia de compuestos polifenólicos. Su color va desde el naranja al marrón, pasando por el negro, el púrpura y hasta casi el azul (azul marino, por ejemplo). Si esto se hiciera de forma industrial, supongo que se utilizaría sulfato de hierro en lugar de acetato de hierro (compruebe la solubilidad de las sales de hierro (III). Ten en cuenta que, en la mayoría de los casos, el Fe(III) es más estable (en condiciones ambientales) que el Fe(II), por lo que podrías utilizar las sales de Fe(II) más solubles y esperar a que el Fe se oxide. Lo cual puede tardar minutos, horas, días, años, IDK. Lo único que me preocupa de los sulfatos es el destino del ácido sulfúrico que queda después de que el tanato de Fe se precipite... un acetato sería mucho más suave para la madera.... así que quizás el acetato sea realmente la mejor opción... IDK.

Answer 3

Mis conocimientos de química son demasiado inexistentes para darle la respuesta precisa a sus preguntas, pero creo que tengo todos los datos necesarios para inferirla. Como yo mismo estoy interesado en entender lo que sucede, los compartiré aquí esperando que personas competentes interpreten mis hallazgos. Parece que he conseguido obtener la sustancia colorante en estado puro. Permítanme explicar cómo lo conseguí.

En primer lugar, la reacción que tengo es mucho más limpia que la tuya y la de todos los demás que he visto en la web. Esto se debe probablemente al hecho de que no utilizo vinagre blanco, sino lo que se llama "esencia de vinagre" y que se puede obtener en la mayoría de las tiendas de "comestibles rusos" que se pueden encontrar en toda Europa y, supongo, en todos los lugares donde hay suficientes rusos. La etiqueta dice que es una solución de ácido acético al 25%. En todas las etapas de la reacción, el líquido es transparente y claro (aparte de las burbujas que recuerdan al agua con gas); no hay capas, ni barro. Una vez que la lana de acero se ha disuelto por completo, queda un poco de sedimento negro. Con el paso de los días, la solución se oscurece, pasando del color débil del té negro al color fuerte del té negro (es visualmente indistinguible del té) y los cristales negros crecen en la superficie. La primera vez que hice esta mancha, supuse que se trataba de carbono del acero.

Como nota al margen, los demás expresaron algunos conceptos erróneos. No es del todo cierto que el color final de la madera sea siempre el mismo. La solución más diluida da un color gris más claro que se oscurece aún más si se aplican capas posteriores hasta que todos los taninos hayan reaccionado. Sin embargo, la solución más concentrada, que proporciona el mismo nivel de oscuridad final, tendrá un tinte marrón. Como buscaba el color gris puro, pasé algún tiempo experimentando con las proporciones. Las definitivas fueron: un trozo de lana de acero disuelto en 250 ml de ácido acético al 25%; tardó un par de días en disolverse, pero luego reposó otra semana antes de que lo filtrara. El concentrado resultante se diluyó con 10 partes de agua. Tiene un pH de aproximadamente 4. Según mi experiencia, la solución final no se "estropea" como sugieren otros. En tres años no ha cambiado su aspecto ni el efecto. Pero estuve a punto de quedarme sin ella. Decidí repetir el proceso, y aquí es cuando sucedieron las cosas interesantes.

Seguí mi receta al pie de la letra con la excepción de que dejé reposar el concentrado durante casi 4 semanas antes de filtrarlo. Tomé una muestra del concentrado filtrado, lo diluí con 10 partes de agua y comprobé que la nueva solución tiene un color mucho más claro que la anterior y un efecto mucho más débil sobre la madera. Tomé otra muestra y la diluí hasta que se igualó al color de la solución antigua (para conseguirlo añadí sólo 2 partes de agua). En consecuencia, produjo exactamente el mismo color de la madera. Estaba claro que, de alguna manera, había perdido gran parte de la sustancia activa.

Y entonces me di cuenta de que en el último lote había producido muchos más cristales negros que crecen en la superficie y que supuse erróneamente que eran de carbono y deseché la primera vez, probablemente porque el concentrado estuvo quieto durante cuatro semanas en lugar de una. Bajo el microscopio, vi que los cristales sólo aparecen negros cuando están en trozos suficientemente grandes. Cuando son pequeños, son marrones y transparentes, como el cristal de la botella de cerveza. Cogí algunos y los puse en agua para comprobar que no son solubles. Pero me equivoqué y al cabo de una media hora se disolvieron por completo (también resultaron no ser solubles en etanol). La solución resultante tenía el mismo color que mi antigua solución (por pura casualidad de que puse los cristales justos en el agua justa); cubrí un trozo de madera con ella y obtuve el mismo color que produce el antiguo tinte.

Entonces, he aquí que estos cristales son la sustancia que hace el trabajo. Espero que esté claro cómo conseguirlos: sigue mi procedimiento y deja que crezcan en la superficie del concentrado (en la segunda imagen de tu post los veo - "los copos cristalinos", como dijiste- flotando en la superficie). Conseguí una tonelada de ellos con un trozo de lana de acero (ver imágenes). Como los cristales no se disuelven rápidamente, es fácil enjuagarlos con agua y luego hacer la solución final sin ácido acético en ella. Es definitivamente más agradable para trabajar porque huele a agua.

Además de las preguntas que hiciste inicialmente, me gustaría saber qué es esta sustancia cristalina y por qué crece en la superficie (los cristales realmente se hunden si se agitan y sólo flotan cuando tienen la parte superior seca). Espero que esto ayude.

(A los moderadores: He leído las directrices y entiendo que estoy infringiendo, estrictamente hablando, pero he juzgado que la información aportada compensa la ofensa. Si no es así, lo siento)

Answer 4

Como tenía chatarra oxidada (sobre todo clavos) que no iba a desaparecer pronto, los puse en un tarro de cristal con un 5% de vinagre de vino blanco; pero puede que hubiera algunos contaminantes como polvo o aceite en los clavos.

La solución que hice pasó lenta pero constantemente de ser clara a tener un color marrón anaranjado con un polvo blanco que se formaba encima de lo que quedaba de las uñas. Nunca hubo un momento en el que mi solución se volviera verde o púrpura, a pesar de que estaba comprobando la solución cada media hora en las primeras horas de empezar y un par de veces cada día después. Mis soluciones tenían alrededor de una semana antes de que intentara filtrar una, momento en el que ambas soluciones se mantenían de color naranja oscuro/marrón, con lo que parecía una "costra" que comenzaba a formarse en la parte superior.

Puse mi solución a través de un filtro de café que atrapó la costra, pero después de un par de semanas, la solución no cambió de color; en cambio, formó una nueva costra de color marrón oscuro en la parte superior. Esta nueva capa de corteza parece hacerse más gruesa a medida que el nivel de agua disminuye, pero es difícil saber el grosor porque parte de la corteza se queda en el lado del tarro donde estaba el nivel de agua. La solución filtrada estaba dentro de otro tarro durante esta parte del montaje.

Por lo que he leído sobre el acetato de hierro (II), el hidrato se puede hacer por la reacción del óxido ferroso o del hidróxido ferroso con el ácido acético.

El hidróxido de hierro (II) se puede hacer mezclando peróxido de hidrógeno con ácido y hierro, lo que haría una solución verde que luego puede reaccionar con el exceso de ácido acético para formar acetato de hierro (II). Yo opté por el método más fácil de utilizar hierro que se oxida en presencia de oxígeno y agua con el tiempo. No creo que los clavos que utilicé estuvieran galvanizados, pero es posible que parte del zinc se desprendiera y permitiera la formación de óxido en algunas partes de los clavos.

Habría pensado que podría haber un ligero color verde si tuviera mayoritariamente acetato de hierro (II), así que tal vez gran parte del acetato de hierro (III) estuviera suspendido en el agua y consiguiera atravesar el filtro de alguna manera. ¿Tal vez el acetato de hierro (II) se convierte en acetato de hierro (III) con el tiempo o en las condiciones adecuadas?

Después de un tiempo (un poco más de un mes), volví a mi un tarro de solución filtrada y encontré un polvo marrón que parecía una especie de posos de café. Lo desmenucé hasta convertirlo en polvo y añadí un poco de agua del grifo. El polvo pareció ser absorbido o al menos suspendido en el agua. Vertí una pequeña cantidad de la solución en un trozo de madera que tenía a mano (creo que la madera era de abeto). La solución tenía algunas partículas en suspensión, pero parecía ser principalmente líquida. La madera empezó a cambiar visiblemente de color en un minuto; al cabo de unos minutos, el abeto tenía casi el mismo color que el nogal. Creo que, o bien se habían formado ambos tipos a la vez, o tal vez sólo tenía acetato de hierro III, que estaba simplemente suspendido en el agua, pero ayudaba a que el acetato de hierro ebonizara la madera, lo cual era impresionante (lo siento, no tengo fotos de esto).

En conclusión, mi versión alterada de esta investigación no produjo ni la solución verde ni la púrpura. Ojalá supiera de dónde procede el color púrpura; estoy completamente perplejo al respecto. En cualquier caso, el acetato de hierro funcionó, independientemente de si se creó acetato de hierro II o de hierro III. Además, no parece importar cuál sea la fuente de hierro; mis clavos oxidados funcionaron de maravilla y eran gratis.

Esta fue una solución fácil de hacer; voy a hacer mi propia mancha casera usando clavos viejos y vinagre a partir de ahora.

Answer 5

BÚSQUEDAS : pulido de hierro, vinagre de madera y tinte de lana de acero, jugo de risa (encontrado por personas que buscan añadir pinturas que he encontrado) y madera de ébano.

QUÉ ES EL OBJETIVO : acetato de hierro II (de color rojizo después de la filtración y puede tener que reposar unos días para obtener el color)

HISTORIA : El barniz de hierro es uno de los tres principales tintes químicos. Se remonta a la década de 1890, cuando se utilizó para convertir las empuñaduras de las armas de arce en oro mediante un tratamiento térmico después de aplicar el pulido de hierro para las armas de fuego y se utilizó comúnmente hasta la década de 1960.

CERVEZA : Aunque hay muchas ideas sobre cómo hacerlo, lo que está claro es que lo mejor es una jarra de 1 cuarto de galón de vidrio o plástico, con una tapa de plástico, o una que no se oxide. No es un gran problema si tienes que usar una tapa de mason jar. La tapa no puede ser hermética debido a los gases de hidrógeno creados por la reacción química del ácido del vinagre y el hierro de la lana. Esto también hace que las temperaturas de 100 + ° de mi comprensión y experiencia. El oxígeno también ayuda a la oxidación. Un cuarto de galón de vinagre (destilado blanco es el mejor) por cada lana de acero (cuanto más fina, mejor, o más rápido). También puede enjuagar la lana de acero para limpiar el aceite protector y esponjarla o cortarla, lo que también acelerará la elaboración de la cerveza. El tiempo de elaboración varía, pero el promedio es de 24 horas a 1 semana (creo que un entorno controlado a temperatura ambiente, bruja que he visto en los sitios como una temperatura sugerida para obtener resultados fiables). Además, esos sitios no hablan de calentar el vinagre o añadir peróxido. Filtra con un filtro de café o tela de queso para dejar de hacer la infusión sacando la lana de acero que haya quedado. He visto que sale del color de la sidra de manzana después de filtrar y rojizo si la sidra es lo que obtienes deja reposar sellado durante la noche o hasta que sea rojizo (violáceo está bien pero cerca de ser quemado. Sí, con el tiempo la solución se echará a perder ya que no hay manera de detener completamente la reacción. Sí, se puede filtrar más, pero he descubierto que hay una cosa que se llama filtrar demasiado).

NOTA: Se puede quemar la solución si se deja reposar demasiado tiempo. El color será negro. Acabo de leer que se puede renovar la solución añadiendo peróxido. Sin embargo, no sé cuánto.

ADITIVO OPCIONAL : Se puede utilizar peróxido de hidrógeno para acelerar la elaboración de la cerveza. (Cualquier otra cosa, o por qué, no lo sé y nunca lo he investigado). También se puede calentar el vinagre para acelerar la elaboración.

INFORMACION ADICIONAL: He encontrado que sobre todo, no importa lo que usted realmente hace para hacerlo, el color final es el mismo. Incluso he encontrado un sitio de proyectos donde se utilizó el té negro y hierro buff terminó con el mismo color en el final, con el pino. Lo que he encontrado es que si es demasiado claro cuando se aplica a la madera, esperar un día o dos, además de que cuando las capas claras aplicadas lo oscuridad. No se desvanece en el sol por lo que es bueno en el interior o al aire libre. Ahora hay muchas maneras de envejecer la madera usando cosas en casa. He oído que el limpiador de estufas es genial para envejecer la madera, así que las diferentes preguntas que tienes podrían funcionar igual de bien, pero todo depende de cómo lo hagas y de los resultados que busques.

ANTECEDENTES: Hace unos años ayudé a hacer una solución para mi trabajo. Hacemos unos 30 galones a la vez. Desde entonces me he mudado de departamento así que ya no juego con ella pero últimamente he empezado a experimentar de nuevo y siempre disfruto aprendiendo más sobre ella

Espero que esto ayude si todavía estás trabajando con él.