Распространение в природе
Fe - самый распространенный в природе тяжелый металл (O, Si, Al, Fe)
Fe3O4 – магнетит (магнитный железняк)
Fe2O3 – гематит (красный железняк)
Fe2O3∙nH2O – лимотит (бурый железняк)
FeCO3 – сидерит
FeS2 – пирит
Co и Ni распространены в меньшей степени:
CoAsS–кобальтин (кобальтовый блеск)
NiAs – никелин (никелевый колчедан)
(Co, Ni)As3 – скуттерудит
Производство железа
Основано на карботермическом восстановлении оксидных металлосодержащих руд (выплавка в доменных печах)
Чугун. Fe≈ 93 % + ≈ 4 % С + примеси Si, Mn, P, S
Сталь. Fe + С ≤ 2 % (0,3–2,0 %) – твердая сталь; < 0,3 % – мягкая сталь.
Легированные стали (Cr, Mn, Ni, Mo, W, V)
Химические свойства
Fe,Co,Ni –металлы средней активности
1) Взаимодействие с h2o и o2
Устойчивы к H2O и O2 воздуха, к Hal. В агрессивной атмосфере сильно снижается устойчивость металла (Fe):
4Fe + 6H2O + 3O2 → 4Fe(OH)3↓
Со и Ni более устойчивы к коррозии
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (при t)
2Co + O2 → 2CoO (при t)
2Ni + O2 → 2NiO (при t)
2) Взаимодействие с кислотами
Растворяются в разб. HCl и H2SO4:
Me + HCl (H2SO4)→ MeCl2 (MeSO4) + H2↑
Конц. H2SO4 (> 70 %) пассивирует Fe Царская водка энергично растворяет металлы триады Fe
С разб. HNO3 реагируют следующим образом:
Fe + 4HNO3 разб. →Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
3Э + 8HNO3 разб → 6Э(NO3)2+2NO+4H2O
(где Э = Co или Ni)
Конц. HNO3 пассивирует все три металла, в ряду Fe→Co→Ni устойчивость к ее действию уменьшается
3) Взаимодействие со щелочами
Устойчивы к растворам щелочей, реагируют с расплавами при высоких t° (ферриты, кобальтиты,никелиты)
4) Взаимодействие неметаллами и металлами
При высоких t° активны по отношению ко всем неметаллам и взаимодействуют со многими металлами
Соединения Fe, Co, Ni (с.о. +2)
Типичная с.о. для Fe, Co, Ni
Оксиды ЭО, прямым синтезом не получают, косвенным путем:
Э(ОН)2 → ЭО + Н2О (при t)
FeO (черный), CoO (серо-зеленый),
NiO (зеленый). Оксиды ЭО устойчивы
Для Fe и Co - Э3О4 ≡ (ЭО∙Э2О3) – шпинели
Э(OH)2 получают косвенным путем:
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + 2NaCI
белый
CoCl2 + 2NaOH → Co(OH)2↓ + 2NaCl
розово-красный
NiCl2 + NaOH → Ni(OH)2↓ + 2NaCl
зеленый
ЭО, Э(ОН)2 - основные свойства
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
неустойчив бурый
В меньшей степени для Со:
4Со(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Со(OH)3
темно-бурый
Ni(OH)2 устойчив к O2 воздуха
С.о. +2 восстановительные свойства
Fe (II) Co (II) Ni (II)
возрастает устойчивость соединений
восстановительная активность уменьшается
Соединения Fe, Co, Ni (с.о. +3)
Типичная с.о. для Fe, Co, Ni
Оксиды Э2О3:
Э(ОН)3 → Э2О3 + Н2О (при t)
Оксид Э2О3 устойчив только для Fe Оксиды Со (+3) и Ni (+3) неустойчивы:
3Co2O3 → 2Co2O4 + 1/2O2
Ni2O3 → 2NiO + 1/2O2
Э(OH)3 получены для всех элементов
Fe(OH)3 и Со(OH)3 получают:
Co(NO3)3 + 3NaOH → Co(OH)3↓+ 3NaNO3
черно-бурый
Ni(OH)3 получают:
2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 → 2Ni(OH)3↓ + 2NaBr
Основные свойства Э(ОН)3 выражены слабее, чем у Э(ОН)2:
2Fe(OH)3+3H2SO4 (разб.) →Fe2(SO4)3+ 6H2O
4Э(OH)3+4H2SO4 (разб.)→ 4ЭSO4 +O2 + 10H2O
(где Э+3 = Со+3 и Ni+3), а Э+2 = Со+2 и Ni+2
Восстановитель - гидроксид-ион
Если в растворе присутствуют другие ионы-восстановители, то:
2Ni(OH)3 + 6HCl → 2NiCl2 + Cl2 + 6H2O
Fe(OH)3 - слабые кислотные свойства
Железистая кислота HFeO2, соли – ферриты
Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)3
ослабление кислотных свойств
С.о. +3 окислительные свойства
Fe (III) Co (III) Ni (III)
уменьшается устойчивость
усиливаются окислительные свойства
Соединения Fe (с.о. +6)
Железная кислота H2FeO4, соли –ферраты
2Fe(OH)3 + 10KOH конц. + 3Br2 → 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
феррат К
Ферраты термически нестабильны и при 100–200 ºС разлагаются:
4K2FeO4 → 4KFeO2 + K2O + 3O2
В свободном состоянии железная кислота H2FeO4 и оксид FeO3 не выделены
Более сильные окислители, чем хроматы