17.2. Побочная подгруппа

Побочная подгруппа состоит из так называемых триад: триада железа (железо, кобальт, никель) и две триады платиновых металлов (рутений, родий, палладий и осмий, иридий, платина).

Общие свойства триад.

1. Все элементы имеют переменную валентность. Элементы триады железа могут иметь степени окисления в своих соединениях +2, +3, +6, причем для Co и Ni наиболее характерна степень окисления +2. Для платиновых металлов известны степени окисления от +2 до +8.

2. Все элементы данной подгруппы - очень хорошие комплексообразователи. Являются катализаторами различных химических процессов.

3. Элементы триады железа обладают магнитными свойствами и более высокой химической активностью по сравнению с платиновыми металлами.

4. Платиновые металлы в природе встречаются в самородном состоянии. Железо, кобальт, никель - только в рудах.

5. По свойствам элементы триады железа сходны между собой (горизонтальная аналогия). Для платиновых металлов сходство наблюдается как в пределах триад (горизонтальная аналогия), так и в парах Ru - Os, Rh - Ir и Pd - Pt (вертикальная аналогия).

17.2.1. Железо

Наиболее распространенным элементом побочной подгруппы VIII группы является железо – основа металлургической промышленности. В природе встречается в виде магнетита (Fe₃O₄), красного железняка (Fe₂O₃), бурого железняка (FeO^.xH₂O), сидерита (FeCO₃), пирита (FeS₂).

Эти руды содержат до 40% железа, которое извлекается из них в доменном процессе. Домна - это агрегат непрерывного действия, куда сверху послойно загружают руду, кокс (специально подготовленный уголь, в качестве восстановителя) и флюс (для связывания примесей). В качестве флюсов используются MgCO₃^.CaCO₃, CaF₂, CaCO₃. Доменную печь условно можно разбить на несколько зон (по вертикали снизу вверх), где происходят различные процессы:

I зона (t = 200^оС) – обезвоживание шихты;

II зона (t = 450 – 500^оC) – восстановление Fe₂O₃ до Fe₃O₄ оксидом углерода (II):

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂;

III зона (t = 600^оС) – восстановление Fe₃O₄ до FeO:

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂

IV зона (t = 700 – 800^оС) – восстановление FeO до металла:

FeO + CO = Fe + CO₂

V зона (t = 800 – 1000^оС) – разложение флюса:

CaCO₃ = CaO + CO₂

VI зона (t = 1200^оС) – образование шлака:

CaO + SiO₂ = CaSiO₃,

3CaO + P₂O₅ = Ca₃(PO₄)₂,

CaO + FeS = CaS + FeO

VII зона (t = 1300^oC) – образование чугуна - сплава железа, углерода и карбида железа Fe₃C, который образуется за счет взаимодействия железа с растворенным в нем углеродом:

3Fe + C → Fe₃C

Наряду с углеродом и Fe₃C, чугун имеет другие постоянные примеси: кремний, марганец, фосфор, серу. Основное его использование: в качестве литья и для переплавки в сталь (удаление из чугуна примесей, которые придают ему хрупкость). Выплавка стали заключается в продувке через расплавленный чугун кислорода, который окисляет примеси (кремний, марганец, фосфор, серу) до оксидов. Оксиды примесей, взаимодействуя с флюсом переходят в шлак.