Распространенность элементов побочной подгруппы VIII группы в земной коре

Элементы	Fe	Co	Ni	Ru	Rh	Pd	Os	Ir	Pt
Содержание в земной коре, %	4,65	410–3	810–3	510–7	110–7	1,310–6	510–6	110–7	110–6

14.2. Простые вещества

Кристаллическая решетка простых веществ, образованных атомами элементов побочной подгруппы VIII группы, металлическая (кубическая объемноцентрованная у железа, гексагональная – у кобальта, рутения и осмия, кубическая гранецентрированная – у никеля, родия, палладия, иридия и платины).

Физические свойства. Железо, никель в компактном состоянии серебристо-серые, кобальт – серебристо-голубой, рутений, родий, палладий, иридий и платина – серебристо-белые, осмий – синевато-серый металл; в порошкообразном состоянии железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, иридий, платина – серые, осмий – черный. Некоторые физические свойства металлов приведены в табл. 14.3.

Таблица 14.3

Некоторые свойства металлов побочной подгруппы VIII группы

Элементы Свойства	Fe	Co	Ni	Ru	Rh	Pd	Os	Ir	Pt
Плотность, г/см3	7,874	8,84	8,90	12,37	12,41	12,02	22,59	22,42	21,45
Температуры плавления, С	1535	1493	1453	2310	1966	1552	3054	2410	1772
Температуры кипения, С	2750	2870	2732	3900	3727	3140	5027	4130	3827
Электропроводность (относительно ртути (1))	10,0	13,6	10,6	13,0	21,9	8,8	10,0	18,9	8,9

Способы получения. Металлы семейства железа (железо, кобальт, никель) в свободном виде получают путем термического восстановления их оксидов (основной способ) водородом, оксидом углерода (II), углеродом, алюминием и другими восстановителями: Со₃О₄ + 4Н₂ 3Со + 4Н₂O;

3Fe₃О₄ + 8Al 9Fe + 4Al₂O₃; 2NiO + Si 2Ni + SiO₂.

Чистые металлы получают:

1) разложением карбонилов:

Fe(CO)₅ Fe + 5CO.

2) электролизом водных растворов соответствующих солей.

В промышленности металлические железо, кобальт и никель получают не в чистом виде, а только в виде сплавов.

Получение железа включает следующие процессы: восстановление железных руд до металлов (производство чугуна); окисление с целью удаления вредных примесей; добавление компонентов, необходимых для получения ковкого железа и стали.

Металлы семейства платины получают переработкой самородных металлов или руд, содержащих эти металлы, которая состоит из многих химических операций, важнейшая из которых – обработка царской водкой. При этом платина, родий и палладий переходят в раствор в виде Н₂[ЭCl₆]:

3Pt + 4HNO₃ + 18HCl → 3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8H₂O,

а осмий, иридий и рутений остаются в труднорастворимой части. Платина затем осаждается в виде малорастворимого комплекса (NH₄)₂[PtCl₆], который разлагается при нагревании:

(NH₄)₂[PtCl₆] → Pt + 2NH₃ + 2HCl + 2Cl₂.

Остальные металлы получают обычно восстановительной обработкой оксидов или других соединений.

Химические свойства. Металлы семейства железа относятся к металлам средней химической активности, причем от железа к никелю она понижается. Железо, кобальт и никель взаимодействуют при нагревании со мнигими неметаллами. Особенно легко это взаимодействие протекает во влажном воздухе и если металлы находятся в мелкораздробленном состоянии.

С разбавленными кислотами железо, кобальт (никель при нагревании) реагируют с выделением водорода. Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют поверхность металлов, но при нагревании взаимодействие происходит. Со щелочами (даже в расплавах) металлы не реагируют.

Реакции с простыми веществами:

– с кислородом: при нагревании Fe образует оксиды Fe₂O₃, Fe₃O₄; кобальт – СоО, Со₃О₄; никель – NiO;

– с галогенами при нагревании образуют галогениды: железо – FeHal₂, FeHal₃ (кроме FeI₃); кобальт – СоHal₂, СоF₃, CoCl₃; никель – NiHal₂;

– с серой при нагревании образуют сульфиды переменного состава Э_хS_у;

– с азотом не реагируют;

– с водородом при нагревании образуют твердые растворы;

– с углеродом при нагревании образуют карбиды Э₂С (железо, кобальт), Э₈С, твердые растворы.

Реакции со сложными веществами:

– с водой при нагревании до 500–600С железо образует Fe₃O₄, кобальт, никель – ЭО;

– при реакциях с соляной, разбавленной серной кислотами образуют хлориды ЭCl₂ и сульфаты ЭSO₄.

Уравнения некоторых реакций:

2Fe + 6H₂SO_4(конц.) Fe₂(SО₄)₃ + 3SO₂ + 2H₂O;

3Fe + 4H₂O Fe₃O₄ + 4H₂;

4Fe + 10HNO_3(разб.) → 4Fe(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O;

3Ni + 8HNO_3(разб.) → 3Ni(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O;

Ni + H₂O ⇄ NiO + H₂ (при 600С).

Свойства платиновых металлов во многом сходны: низкая реакционная способность (при обычных условиях только осмий реагирует с кислородом); высокая устойчивость к действию многих химических реагентов; большое разнообразие проявляемых степеней окисления и способность к образованию многочисленных координационных соединений. Все металлы являются слабыми восстановителями.

Реакции с простыми веществами:

– с кислородом: при нагревании Ru, Pd, Os, Ir, Pt образуют оксиды ЭО, ЭO₂; рутений, осмий – также ЭО₄; Rh – Rh₂O₃;

– с галогенами при нагревании образуют галогениды ЭHal₂, ЭHal₃, ЭHal₄, рутений и осмий – также ЭНal₅, ЭНal₆, ЭНal₈;

– с серой при нагревании образуют сульфиды ЭS, Э₂S₃, ЭS₂;

– с азотом, водородом и углеродом образуют твердые растворы.

Реакции со сложными веществами:

– с водой не реагируют;

– при реакциях с соляной, разбавленными серной и азотной кислотами не реагируют, палладий реагирует с концентрированными азотной и серной кислотами (с последней при нагревании), образуя соответственно Pd(NO₃)₂ и PbSO₄.

Уравнения некоторых реакций:

2Rh + 3Cl₂ → 2RhCl₃;

Ru + 2KOH + 3KNO₃ K₂RuO₄ + 3KNO₂ + H₂O;

Os + 2O₂ → OsO₄;

3Pt + 18HCl + 4HNO₃ → 3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8H₂O.