4. Химические свойства простых веществ

 Железо (Fe).

Атомы железа в реакциях отдают электроны и проявляют степени окисления +2 и иногда +6. В реакциях железо является восстановителем. Однако при обычной температуре оно не взаимодействует даже с самыми активными окислителями (галогенами, водородом, серой), но при нагревании становится активным и реагирует с ними. При очень высокой температуре железо реагирует с углеродом, кремнием и фосфором. Во влажном воздухе железо быстро окисляется.  Железо находится в середине электрохимического ряда напряжений металлов, поэтому является металлом средней активности. Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия. Только при высокой температуре железо реагирует с водой. Железо реагирует с разбавленными серной и соляной кислотами, вытесняя из них водород:  Fe + 2HCl = FeCl2 + H2^ Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2^ При нагревании концентрированная H2SO4 окисляет железо до сульфата железа (III). Разбавленная азотная кислота окисляет железо до нитрата железа (III): Fe + 4HNO3 = Fe (NO3)3 + NO^ + 2H2O Концентрированная азотная кислота пассивирует железо. Из растворов солей железо вытесняет металлы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu (Fe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0).

Кобальт (Co).

На воздухе кобальт окисляется при температуре выше 300 °C. Устойчивый при комнатной температуре оксид кобальта представляет собой сложный оксид Co3O4, имеющий структуру шпинели, в кристаллической структуре которого одна часть узлов занята ионами Co2+, а другая — ионами Co3+; разлагается с образованием CoO выше 900 °C. При высоких температурах можно получить ?-форму или ?-форму оксида CoO. Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом. Оксид кобальта (III) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II). При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором. С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS. Серебристо-серую ?-форму (при сплавлении порошков) и чёрную ?-форму (выпадает в осадок из растворов). При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со9S8. С другими окисляющими элементами, такими как углерод, фосфор, азот, селен, кремний, бор. кобальт тоже образует сложные соединения, являющиеся смесями где присутствует кобальт со степенями окисления 1, 2, 3. Кобальт способен растворять водород, не образуя химических соединений. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН2 и СоН. Растворы солей кобальта CoSO4, CoCl2, Со(NO3)2 придают воде бледно-розовую окраску. Растворы солей кобальта в спиртах темно-синие. Многие соли кобальта нерастворимы. Кобальт создаёт комплексные соединения. Чаще всего на основе аммиака. Наиболее устойчивыми комплексами являются лутеосоли [Co(NH3)6]3+ жёлтого цвета и розеосоли [Co(NH3)5H2O]3+ красного или розового цвета. Также кобальт создаёт комплексы на основе CN?, NO2? и многих других.

Ni (никель).

Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления Ni(II). Никель образует соединения со степенью окисления +2 и +3. При этом никель со степенью окисления +3 только в виде комплексных солей. Для соединений никеля +2 известно большое количество обычных и комплексных соединений. Оксид никеля Ni2O3 является сильным окислителем. Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью — устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию — образованию на его поверхности плотной оксидной плёнки, обладающей защитным действием. Никель активно растворяется в азотной кислоте. С оксидом углерода CO никель легко образует летучий и очень ядовитый карбонил Ni(CO)4. Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе). Никель горит только в виде порошка. Образует два оксида NiO и Ni2O3 и соответственно два гидроксида Ni(OH)2 и Ni(OH)3. Важнейшие растворимые соли никеля — ацетат, хлорид, нитрат и сульфат. Водные растворы солей окрашены обычно в зелёный цвет, а безводные соли — жёлтые или коричнево-жёлтые. К нерастворимым солям относятся оксалат и фосфат (зелёные), три сульфида: NiS (черный), Ni3S2 (желтовато-бронзовый) и Ni3S4 (серебристо-белый). Никель также образует многочисленные координационные и комплексные соединения. Например, диметилглиоксимат никеля Ni(C4H6N2O2)2, дающий чёткую красную окраску в кислой среде, широко используется в качественном анализе для обнаружения никеля. 

Ru (рутений).

Рутений не растворяется в кислотах и царской водке (смеси HCl и HNO3). Вместе с тем рутений реагирует с хлором выше 400 °C (образуется RuCl3) и со смесью щелочи и нитрата при сплавлении (образуются рутенаты, например Na2RuO4). Рутений способен давать соединения, соответствующие разной степени окисления. Рутений образует ряд металлоорганических соединений и является активным катализатором.

Ro (родий).   

Родий — благородный металл, по химической стойкости в большинстве коррозионных сред превосходит платину. Металлический родий растворяется в царской водке, в расплаве КНSО4, в концентрированной серной кислоте при нагревании, а также электрохимически, анодно — в смеси перекиси водорода и серной кислоты. Родий характеризуется высокой химической устойчивостью. С неметаллами он взаимодействует только при температуре красного каления. Мелко измельчённый родий медленно окисляется только при температуре выше 600 °C.

Pd (палладий).   

Палладий не реагирует с водой, разбавленными кислотами, щелочами, раствором аммиака. Реагирует с концентрированными соляной и азотной кислотами, «царской водкой», галогенами, серой. Окисляется при сплавлении с гидросульфатом калия KHSO4.

Os (осмий).

Порошок осмия при нагревании реагирует с кислородом, галогенами, парами серы, селеном, теллуром, фосфором, азотной и серной кислотами. Компактный осмий не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но с расплавами щелочей образует водорастворимые осматы. Медленно реагирует с азотной кислотой и царской водкой, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия. В соединениях проявляет степени окисления от ?2 до +8, из которых самыми распространенными являются +2, +3, +4 и +8. Осмий — один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os3(CO)12 используется для моделирования и исследования химических реакций углеводородов на металлических центрах. Карбонильные группы в Os3(CO)12 могут замещаться на другие лиганды, в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов.