Тема: d-элементы VIII группы

Ключевые слова: d-элементы, железо, кобальт, никель, триады – d-элементов, семейство железа, феромагнитные соединения, комплексооразующая способность, пассивация на холоду кислотами, карбонилы железа, кристаллогидраты, желтая и красная кравяные соли, ферраты, соль Мора, железная кислота.

Особенность VIII В-группы состоит в том, что она объединяет 3 триады d-элементов больших периодов, не имеющих электронных аналогов в малых периодах.

Элементы первой триады – Fe, Co, Ni – называют семейством железа. Элементы второй и третьей триад, то есть Ru (рутений), Rh (родий), Pd (палладий), Os (осмий), Ir (иридий), Pt (платина), именуются платиновыми металлами.

Атомы элементов семейства железа в отличие от атомов платиновых металлов не имеют свободного f-подуровня.

Этот факт обуславливает химические особенности элементов семейства железа.

Платиновые металлы, очень сходные по свойствам и трудноотделимые друг от друга, резко отличаются от металлов семейства железа и никогда не встречаются вместе с ними в литосфере.

У элементов VIII В-группы почти полностью достраивается d-подуровень предвнешнего уровня. Однако не все электроны d-подуровня участвуют в образовании химических связей. Только около 10 лет назад было получено соединение железа со степенью окисления +8, чаще же в сложных соединениях для железа характерны степени окисления +3 и +2; у Со +3, а у Ni +2. Для металлов VIII В-группы характерны высокие плотности и температуры плавления. Fe, Co, Ni – ферромагниты; все элементы VIII В-группы хорошие комплексообразователи.

Элементы семейства железа – металлы со средней химической активностью. В ряду стандартных электродных потенциалов расположены левее водорода. Платиновые металлы расположены в конце ряда стандартных электродных потенциалов и отличаются низкой химической активностью.

Платиновые металлы используются в приборостроении, как катализаторы в оргсинтезе и для получения коррозионно-устойчивых сплавов.

Элементы семейства железа расположены в четвертом периоде периодической системы химических элементов. Fe, Co – серебристо-белые металлы, Ni имеет желтовато-белый цвет.

Для железа и кобальта в сложных веществах наиболее характерны степени окисления +2 и +3, а для никеля +2. Подобно элементам подгруппы марганца, способны образовывать соединения со степенью окисления 0 (карбонилы):

[Fe(CO)₅], [Co(CO)₈], [Ni(CO)₄]

Оксиды и гидроксиды.

Fe		Co		Ni
FeO	Fe(OH)2 бледно-зеленый	CoO	Co(OH)2 розовый	NiO	Ni(OH)2 зеленый
Fe2O3	Fe(OH)3 красно-бурый	Co2O3	Co(OH)3 темно-бурый	Ni2O3	Ni(OH)3 бурый

Для кобальта и в большей степени никеля устойчивость солей, где степень окисления металла +3, очень мала.

Металлы образуют комплексные соединения как катионного, так и анионного типов, где координационное число Ме чаще всего равно 6; для Ni – как 4, так и 6:

K₄[Fe(CN)₆], Na₃[Co(NO₂)₆], K₂[Ni(CN)₄], [Ni(NH₃)₆]SO₄

Железо

Электронная формула ₂₆Fe [Ar]3d⁶4s²

В свободном состоянии железо – серебристо-белый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа – чугуны и стали.

Fe – самый главный и самый распространенный элемент из девяти d-металлов побочной подгруппы VIII группы. Вместе с кобальтом и никелем образует «семейство железа».

При образовании соединений с другими элементами чаще использует 2 или 3 электрона (B = II, III).

Железо, как и почти все d-элементы VIII группы, не проявляет высшую валентность, равную номеру группы. Его максимальная валентность достигает VI и проявляется крайне редко.

Наиболее характерны соединения, в которых атомы железа находятся в степенях окисления +2 и +3.

Некоторые важнейшие соединения железа

	Fe+2	Fe+3		Fe+6
Оксиды	FeO основной	Fe2O3 основной со слабыми признаками амфотерности		FeO3 не выделен
Гидроксиды	Fe(OH)2 слабое основание	Fe(OH)3 ↔ HFeO2 + H2O амфотерный гидроксид		H2FeO4 кислота, в свободном состоянии не выделена
Соли	FeCl2, FeSO4, Fe(NO3)2	Тип I FeCl3	Тип II KFeO2	K2FeO4, BaFeO4, SrFeO4 ферраты (VI)