4. Элементы viiib подгруппы

Атомы элементов семейства железа имеют следующие электронные конфигурации валентных уровней и проявляют степени окисления:

Fe Co Ni

....4s²3d⁶ ...4s²3d⁷ . .. 4s²3d⁸

+2, +3, (+6 ) +2,+3 +2 (+3)

Физические свойства

Элемент	Rат.,Å	d,г/см^3	I,эВ	Тплавл, °C	Ткипен, °C	% в з.к.
Fe	1,24	7,86	7,83	1539	2756	5,1
Co	1,26	8,33	7,80	1495	2580	3∙10^–3
Ni	1,24	8,90	7,60	1453	2436	8∙10^–3

Получение металлов

Минералы, служащие сырьем для получения металлов:

Элемент	Железо	Кобальт, никель ЭS, ЭAs2, ЭАsS:
Минералы	Fe2O3- красный железняк Fe2O3∙2Fe(OH)3- бурый железняк FeO∙Fe2O3- магнитный железняк	CoAsS2- смальтит CoAsS- кобальтовый блеск

Получение металлов можно представить схемой на примере железа:

(Доменный процесс)

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂

FeO + CO = Fe + CO₂

Fe+C - чугун

Химические свойства

Fe Co Ni

- ( постепенное заполнение dē и увеличение устойчивости атома), что соответствует величинам стандартных электродных потенциалов и положению в ряду напряжений металлов:

Fe – 2ē = Fe²⁺ φ°= – 0,44 B (Fe – 3ē = Fe³⁺ φ°= –0,036B)

Co – 2ē = Co²⁺ φ°= – 0,28 B

Ni – 2ē = Ni²⁺ φ°= – 0,25 B

При нагревании они реагируют практически со всеми простыми веществами:

Fe₂O₃, CoO, NiO

Fe FeCl₃, CoCl₂, NiCl₂

Co Me₃C, Me₂C, (Ni+C≠)

Ni MeS

≠

Отношение к воде, кислотам и щелочам

3Fe + 4H₂O 4H₂ + Fe₃O₄

пар

Разбавленные кислоты (неокислители)образуют соли Э²⁺:

Ме + 2Н⁺ = Ме²⁺ + Н₂↑

(Fe,Co,Ni)

Кислоты - окислители образуют соли Fe³⁺, но (Co²⁺,Ni²⁺):

Fe + 4HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + N0 + 2H₂O

средней конц.

4Fe + 6H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ +6H₂O

концентр.

4Fe + 10HNO₃ = 4Fe(NO₃)₂ + NH₄NO₃ +3H₂O

оч. разбавл.

Холодные конц кислоты H₂SO₄, HNO₃ пассивируют жeлeзо:

Fe + 6HNO₃ = *FeO₃ + 6NO₂ + 3H₂O

пленка холодн. конц

Свойства соединений Fe, Co, Ni

Оксиды

FeO Fe₂O₃ * FeO₃ Fe₃O₄

CoO Co₂O₃

NiO Ni₂O₃

Гидроксиды

Ме(ОН)₂ Ме(ОН)₃

Fe(OH)₃ - амфотерные свойства, остальные - основные.

Окисление гидроксидов Co(II) и Ni(II) может происходить под воздействием сильных окислителей (H₂O₂, Cl₂, Br₂ ):

Co²⁺ + 2OH^– = Co(OH)₂

розовый

2Co(OH)₂ + H₂O₂ =2Co(OH)₃

Ni²⁺ + 2OH^– = Ni(OH)₂

ярко зеленый

2Ni(OH)₂ + Br₂ + 2KOH = 2Ni(OH)₃ + 2KBr

Соли Э²⁺ сильных кислот растворимы, подвергаются гидролизу:

NiCl₂ + H₂O  NiOHCl + HCl

Частным реактивом на ион Fe²⁺ является K₃[Fe(CN)₆]:

3Fe²⁺ + 2K₃[Fe(CN)₆] = 6K⁺ + Fe₃[Fe(CN)₆]₂

турнбулева синь

Сульфиды ЭS:FeS, CoS, NiS - все черного цвета, легко растворимы в разбавленных кислотах (даже в уксусной).

Соли Э²⁺: (NH₄)₂Fe(SO₄)₂∙6H₂O - соль Мора

Fe²⁺ – прекрасный восстановитель:

10FeSO₄+2KMnO₄+8H₂SO₄=5Fe₂(SO₄)₃+2MnSO₄+K₂SO₄+8Н₂О

K₂Cr₂O₇+6FeSO₄+7H₂SO₄=Cr₂(SO₄)₃+3Fe₂(SO₄)₃+K₂SO₄+7H₂O

Трехвалентное состояние по ряду Fe Co  Ni - становится все менее характерным:

Co³⁺- устойчивы лишь комплексные соединения, простых солей мало и они неустойчивы;

Ni³⁺ - известно единственное комплексное соединение.

Оксиды Э₂О₃ получают:

1.Прокаливанием металла на воздухе

2Fe + O₂ + nH₂O = Fe₂O₃∙nH2O

2.Термическим разложением гидроксидов

2Fe(OH)₃Fe₂O₃ + 3H₂O

3. Термическим разложением нитратов

Э(NO₃)₂ Э₂O₃

Co₂O₃ и Ni₂O₃ - окислители и не образуют солей (в отличае от Fe₂O₃)

Гидроксиды Co(OH)₂, Ni(OH)₂ получают косвенно.

Ni₂O₃ +6HCl =2NiCl₂ + Cl₂ +3H₂O

4Co(OH)₃ + 4H₂SO₄ = O₂ + 4CoSO₄ + 10H₂O

Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaFeO₂ + CO₂

слабо амфотерен феррит натрия

(В технике ферритами называют продукты спекания при 1000°С Fe₂O₃ и оксидов Ni, Mn, Zn и др.)

Качественные реакции на ион Fe³⁺

Fe³⁺ + CNS^– = Fe(CNS)₃

кроваво-красного цв.

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]⁴⁺ = Fe₄[Fe(CN)₆]₃

берлинская лазурь

Для Fe³⁺ -аммиачные комплексы неустойчивы в отличие от Со³⁺: [Co(NH₃)₆]³⁺.

Na₃[Co(NO₂)₆] - реактив на ион К⁺

K⁺ + [Co(NO₂)₆]^3– = K₃[Co(NO₂)₆]- осадок желтого цвета

Соли сильных кислот подвергаются ступенчатому гидролизу: FeCl₃

FeCl₃ + Н₂О  FeОНCl₂ + НCl

В присутствии Na₂CO₃ происходит полный гидролиз FeCl₃

2FeCl₃ + 3Na₂CO₃ + 6H₂O = 2Fe(OH)₃ + 3H₂CO₃ + 6NaCl

3H₂O3CO₂

VI-и - валентные соединения

Fe₂O₃ + 3KNO₃ +4KOH2K₂FeO₄ + 3KNO₂+2H₂O

t° феррат калия

Железная кислота (H₂FeO₄) и ангидрид (FeO₃) - не получены.