6.1.2. Прості речовини

Fe, Co, Ni одержуюють термічним відновленням їх оксидів воднем, оксидом вуглецю (ІІ), вуглецем, алюмінієм та іншими відновниками:

Co₂O₃ + 3H₂ 2Со + 3Н₂О;

3Fe₃O₄ + 8Al 9Fe + 4Al₂O₃;

2NiO + Si 2Ni + SiO₂.

Дуже чисті метали одержують розкладом карбонілів:

Fe(CO)₅ Fe + 5CO.

або електролізом водних розчинів відповідних солей.

Залізо, кобальт, нікель – це метали із середньою хімічною активністю, яка зменьшується в ряду Fe – Ni. Fe, Co, Ni взаємодіють при нагріванні з багатьма неметалами. Особливо активно взаємодія відбувається у вологому повітрі і якщо Fe, Co, Ni сильно подріблені.

З більшістю неметалів Fe, Co, Ni утворюють сполуки змінного складу та тверді розчини, багато з яких є металоподібними.

З розведеними кислотами – неокисниками Fe, Co ( Ni при нагріванні ) реагуюють з виділенням водню. Концетровані H₂SO₄ та HNO₃ пасивуюють поверхню металів, але при нагріванні взаємодія відбувається. З лугами метали не реагуюють.

Реакції з простими речовинами

2Fe + Г₂ → 2FeГ₃ ( Г = F, Cl, Br );

3Fe + 4I₂ → Fe₃I₈;

E + Г₂ → EГ₂ ( Е = Co, Ni; Г = Cl, Br );

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄;

3Co + 2O₂ → Co₃O₄;

2Ni + O₂ → 2NiO.

З іншими металами утворюють сплави.

Реакції з найважливішими реагентами

E + 2HCl → ECl₂ + H₂ ( E = Fe, Co, Ni );

E + H₂SO_{4 (розв.)} → ESO₄ + H₂ ( E = Fe, Co, Ni );

2Fe + 6H₂SO_{4 ( конц.)} → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O;

Fe + 4HNO_{3 (розв.)} → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O;

Fe + 6HNO_{3 ( конц.)} → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O;

3Ni + 8HNO_{3 (розв.)} → 3Ni(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O;

3Fe + 4H₂O Fe₃O₄ + 4H₂;

Ni + H₂O NiO + H₂.

6.1.3. Бінарні сполуки

В бінарних сполуках Fe, Co, Ni проявляють тільки два ступені окиснення: +2 та +3, при цьому у заліза більш стійкі сполуки Fe³⁺, а у нікеля – Ni⁺². У кобальта існують сполуки в обох ступенях окиснення, але більш характерні Со⁺².

6.1.3.1. Сполуки з воднем

Fe, Co та Ni не утворюють з воднем сполук певного складу, але розчиняють його як у твердому, так і в рідкому стані, особливо нікель, чим і пояснюється його висока каталітична активність у реакціях гідрування.

6.1.3.2. Галогеніди

Галогеніди Fe, Co та Ni утворюються як при безпосередній взаємодії металів з галогенами ( в основному при нагріванні ), так і при термічному розкладі більш складних сполук, а також при взаємодії металів з галогеноводнями та в результаті інших процесів:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃;

Ni + Cl₂ → NiCl₂;

Fe + I₂ → Fe₃I₈ ( FeI₂ ∙ 2FeI₃ );

(NH₄)₂[NiF₄] NiF₂ + 2HF + 2NH₃;

E + 2HГ → EГ₂ + H₂ ( E = Fe, Co, Ni; Г = F, Cl, Br, I );

2FeCl₃ + H₂ → 2FeCl₂ + 2HCl;

2FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂;

NiO + 2HBr → NiBr₂ + H₂O.

Відомі фториди, хлориди, броміди, йодиди заліза (ІІ), кобальта (ІІ) та нікелю (ІІ). Із галогенідів металів у ступені окислення +3 відомі лише FeF₃, FeCl₃, FeBr₃. Стійкість галогенідів у ряду фториди – йодиди зменшується. Ni cтійкий проти дії F₂. Сполука NiF₂, що утворюється, нелетка, створює на поверхні металу захисну плівку. З нікелю виготовляють апаратуру, що працює в атмосфері F₂.

6.1.3.3. Оксиди

Fe, Co та Ni утворюють оксиди типу ЕО, Е₂О₃ та Е₃О₄ ( Е = Fe, Со ). Оксиди Ni₂О₃ та Со₂О₃ нестійкі. Всі оксиди є твердими речовинами з великою часткою нестехіометричності, нерозчинні у воді.

Оксиди Fe, Co та Ni утворюються як при безпосередньому окисненні металів, так і в результаті термічного розкладу карбонатів, нітратів, гідроксидів:

3Co + 2O₂ → Co₃O₄;

2Co(NO₃)₂ 2CoO + 4NO₂ + O₂;

4Fe(NO₃)₃ 2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂;

NiCO₃ NiO + CO₂;

Fe(OH)₂ FeO + H₂O;

2Fe(OH)₃ Fe₂O₃ + 3H₂O;

Оксиди типу ЕО можна одержати відновленням оксидів Е₂О₃ воднем чи СО:

Fe₂O₃ + CO 2FeO + CO₂.

При нагріванні оксиди ЕО легко переходять в оксиди типу Е₂О₃ чи Е₃О₄:

4FeO + O₂ 2Fe₂O₃;

6CoO + O₂ 2Co₃O₄.

При нагріванні з відновниками ( Н₂, СО, С тощо ) оксиди ЕО, Е₂О₃, Е₃О₄ відновлюються до металів:

NiO + H₂ Ni + H₂O;

FeO + CO Fe + CO₂;

Co₃O₄ + 4C 3Co + 4CO.

Оксиди ЕО проявляють основні властивості, реагують з кислотами з утворенням солей Е²⁺:

NiO + 2CH₃COOH → Ni(CH₃COO)₂ + H₂O;

CoO + H₂SO₄ → CoSO₄ + H₂O;

FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O.

СоО частково сплавляється з надлишком лугів, утворюючи яскраво - сині кобальтити . Із оксидів Е₂О₃ стійким є лише Fe₂O₃ . Він зустрічається у природі у вигляді мінералу гематиту. Fe₂O₃ – амфотерний оксид з переважно основними властивостями, що проявляється в реакціях його з кислотами:

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O;

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O,

Fe₂O₃ також сплавляється з лугами та карбонатами лужних металів з утворенням метаферитів, проявляючи при цьому кислотні властивості:

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ → 2NaFeO₂ + CO₂;

2KOH + Fe₂O₃ → 2KFeO₂ + CO₂ .

Метаферити повністю руйнуються водою:

2NaFeO₂ + H₂O → Fe₂O₃ + 2NaOH

Оксиди Fe₃O₄ та Co₃O₄ вважають солями та .

Fe₃O₄ зустрічається в природі у вигляді мінерала магнетита. Fe₃O₄ стійкий до дії хімічних реагентів, при нагріванні розчиняється у кислотах:

Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O

Co₃O₄ менш стійкий; при нагріванні перетворюється на СоО, розчиняється в НСl, H₂SO₄, HNO₃:

2Co₃O₄ 6CoO + O₂;

Co₃O₄ + 8HCl → 3CoCl₂ + Cl₂ + 4H₂O;

2Co₃O₄ + 6H₂SO₄ → 6CoSO₄ + O₂ + 6H₂O;

2Co₃O₄ + 12HNO₃ → 6Co(NO₃)₂ + O₂ + 6H₂O.

Co₃O₄ використовують для виготовлення скла, що поглинає ультрафіолетове проміння.