Phosphate de fer(III)

Le phosphate de fer(III), phosphate ferrique ou orthophosphate de fer est un composé chimique du phosphore, de l'oxygène et du fer, de formule . C'est le sel ferrique (c'est-à-dire de fer(III)) de l'acide phosphorique. Ce corps chimique polymorphe de masse molaire est présent dans la nature, notamment sous la forme des minéraux hétérosite et ..

Il existe aussi divers phosphates de fer(III) hydratés: le dihydrate dimorphe de masse molaire représentés par les minéraux, la rare phosphosidérite monoclinique et la plus fréquente strengite orthorhombique, le trihydrate tétragonale (minéral . Le nom en l'honneur du savant professeur de l'université de Liège, Laurent Guillaume de Koninck lui a été attribué par le minéralogiste Giuseppe Cesàro in 1883.) le tétrahydrate .

Présentation L'enthalpie standard de formation du corps anhydre équivaut à . L'enthalpie de formation de est plus exothermique avec , l'enthalpie libre de formation correspondant à , l'entropie molaire standard S et la capacité thermique molaire Cp sous pression constante Bernard et Busnot, opus cité, Constantes physiques des corps purs et des espèces minérales, p. 348-349. Constantes thermiques, thermochimiques, thermodynamiques, p. 478-479..

Ces corps chimiques faiblement toxiques sont notamment utilisés comme pesticide minéral du fait de leurs propriétés molluscicides , c'est-à-dire permettant de lutter de manière biologique contre les limaces et escargots, voire d'autres parasites de culture. Le phosphate ferrique stricto sensu, calciné à l'état anhydre, peut être vendu en granulé pour l'analyse chimique. Il est utilisé dans l'industrie pharmaceutique, voire comme produit phytosanitaire ou complément ferrique pour les plantes.

Mais ce pigment brun rouge, conférant une bonne résistance à la corrosion au cours des différents procédés de phosphatation où il est fixé à une surface métallique ferreuse, fer, fontes ou divers aciers, est aussi employé dans les peintures et pour la décoration des céramiques. Ce composé fortement incrusté sur les parois du pilier de fer de Delhi expliquerait notamment sa longévité millénaire à l'air libre. Il est aussi bien usité en revêtement collant par projection poudreuse, ou pour fixer des couches techniques de polymères ou de plastique à chaud, pour coller à froid des films ou matières plastiques, des textiles, des lames de bois ou de matériaux ligneux etc. sur les surfaces ferreuses, afin de les protéger ou en modifier les caractères esthétiques.

Corps chimique modèle pour l'étude cristallographique, il sert également dans les batteries au lithium et autres accumulateurs d'énergie électrique.

Structures cristallographiques modèles La forme la plus commune du phosphate de fer(III) adopte la structure de l'α-quartz dans laquelle les atomes de phosphore et de fer présentent une géométrie tétraédrique. À haute pression, la structure se transforme en une phase plus dense avec des centres de fer octaédriques. Deux autres structures cristallines orthorhombiques, ainsi qu'une phase monoclinique sont connues.

Deux structures polymorphes caractérisent le composé dihydrate, les centres autour du Fe (III) sont octaédriques avec deux ligands eau en position cisK. Zaghib, C. M. Julien, Structure and electrochemistry of FePO4·2H2O hydrate, Journal of Power Sources, 2005, vol. 142, pp.: 279–284. ..

Ce polymorphisme, soient quatre formes cristallines pour le corps anhydre et deux pour le corps dihydraté à température ambiante, explique les abondantes recherches sur ce matériau remplissant une fonction de cathode de batterie électrique. Le phosphate ferrique pur intervient dans la fabrication de phosphate de fer et de lithium, formant la cathode d'accumulateur spécifique. Le lithium des anodes de ces batteries migrent lors de l'emploi vers la cathode, initialement à l'état chargé composé de anhydre et pur, cathode qui absorbe petit à petit les ions Li en se transformant en après complète décharge.

Fabrication chimique L'orthophosphate de fer peut être précipité en solution aqueuse, après mélange d'un sel de fer et d'un phosphate alcalin de préférence en milieu basique. La réaction de l'hydroxyde de fer avec l'acide phosphorique convient aussi, avec un tampon en milieu basique Fe(OH)3 aqueux + H3PO4 aqueux → FePO4 précipité solide + 3 H2O

Il est possible de le préparer par mélange de solutions aqueuses de chlorure ferrique et d'hydrogénophosphate disodique. FeCl3 aqueux + Na2HPO4 aqueux → FePO4 précipité + 2 NaClaqueux + HClaqueux

Pour se débarrasser des corps chimiques hydratés, un chauffage sous vide s'impose vers 140°C ou une petite calcination au four inerté à 240 °C.

Lorsque des phosphates provenant d'engrais solubles des champs se retrouvent dans l'eau ayant dissous des matières ferreuses, du phosphate de fer apparaît inexorablement, souvent sous forme de précipités solides. L'équilibre du couple rédox Fe / Fe est capitale en hydrologie : les eaux susceptibles d'eutrophisation sont à surveiller. Les sols en manque d'oxygène, en milieu anaérobie prolongée, peuvent libérer le phosphate de fer ordinairement insoluble ou très peu soluble. Si la réduction de Fe en Fe a lieu, le composé éventuellement hydraté de phosphate ferrique se convertit en phosphate ferreux ou phosphate de fer(II) plus facilement soluble, ce qui accroît la teneur eutrophisante des ions phosphates dans les eaux qui s'écoulent des cultures.

Propriétés biologiques, toxicologie Ingéré par les gastéropodes terrestres, c'est un des rares molluscicides qui provoque rapidement leur mort en bloquant leur mode d'alimentation. gauche|vignette|185x185px|Cette photo montre des escargots empoisonnés par du métaldéhyde : avec le phosphate de fer, ils se seraient cachés avant de mourir. Faire des barrières est une mauvaise pratique. D'origine naturelle, il n’est pas réputé toxique pour les vers de terre, les insectes et les oiseaux et n'a pas d'effets sur les hérissons et la plupart des animaux communs. Il est néanmoins irritant pour la peau, les voies respiratoires et plus particulièrement les yeux, ce qui nécessite des précautions d'emploi et une protection minimale par gants, masques et lunettes.

Le phosphate ferrique n'est pas autorisé en tant qu'additif alimentaire dans l'Union Européenne. En réalité, il ne l'est plus depuis que la directive 2002/46/EC l'a expressément banni en 2007.

Utilisation agrobiologique Il est largement utilisé sous différentes formes(pdf) fiche Ferramol(pdf) fiche Compo pour lutter contre les limaces et les escargots dans les jardins’efficacité sur salade de l'orthophosphate de fer par le GRAB PACA 2006.

Utilisable en agriculture biologique, c'est un des seuls moyens curatif efficace de se prémunir contre les dégâts dans les jardins potagers et ornementaux. Les granules sont à base de phosphate ferrique, en incorporant toutefois un agent de chélation du fer tel que EDTA.

Notes et références

Voir aussi Bibliographie Maurice Bernard, Florent Busnot, Usuel de chimie générale et minérale, Nomenclature, atomistique, données sur les solides et sur les solutions, constantes physico-chimiques, renseignements pratiques, Dunod, Paris, 1984 (première édition), 636 pages, avec index.

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