Характеристики элементов подгруппы железа

Элемент	Электронные формулы	Радиус атома, нм	Энергия ионизации, эВ	Степени окисления	Температура плавления, С0
Железо	…3d64s2	0,126	7,87	+2,+3	1536
Кобальт	…3d74s2	0,125	7,86	+2,+3	1495
Никель	…3d84s2	0,124	7,64	+2,+3	1455

Значения стандартных потенциалов (⁰Fe²⁺/Fe = -0,44В; ⁰Co²⁺/Co = -0,27В; ⁰Ni²⁺/Ni = -0,28В) позволяют отнести их к числу металлов средней химической активности. При этом железо активнее, чем кобальт и никель.

Железо устойчиво по отношению к сухому воздуху, но во влажном быстро корродирует и покрывается бурым гидроксидом Fe₂O₃  H₂O, рыхлым и не предохраняющим металл от дальнейшего окисления. Реакция образования ржавчины многостадийна; суммарно ее можно выразить уравнением:

4Fe + 3O₂ + 2H₂O = 2Fe₂O₃  H₂O

Железо легко растворяется в кислотах, вытесняя из них водород:

Fe^o + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂⁰

Концентрированная азотная кислота пассивирует железо. Отношение Fe к серной кислоте зависит от концентрации H₂SO₄. Железу соответствуют три устойчивых оксида: FeO, Fe₃O₄ и Fe₂O₃. Все они имеют преимущественно основной характер. Гидроксиды Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃ – труднорастворимые соединения; Fe(OH)₂ – основание, Fe(OH)₃ – проявляет слабо выраженные амфотерные свойства, что позволяет получить соль NaFeO₂. Известны также соли железной кислоты H₂FeO₄, в которых железо имеет степень окисления +6. Растворы солей железа (II) окрашены в бледно-зеленый цвет, а безводные соли (например, FeCl₂) бесцветны. Это объясняется образованием при растворении солей железа аквакомплексов состава [Fe(H₂O)₆]²⁺.

При действии цианида калия на растворы солей железа (II) получается белый осадок цианида железа:

Fe²⁺ + 2CN^- = Fe(СN)₂ 

В избытке цианида калия осадок растворяется вследствие образования комплексной соли K₄[Fe(CN)₆], называемой гексацианоферратом (II) калия:

Fe(СN)₂ + 4KCN = K₄[Fe(CN)₆]

Гексацианоферрат (II) калия, кристаллизующийся с тремя молекулами воды K₄[Fe(CN)₆]  3Н₂О называется также желтой кровяной солью. При растворении в воде желтая кровяная соль диссоциирует на ионы:

K₄[Fe(CN)₆]  4К⁺ + [Fe(CN)₆]^4-

Анион [Fe(CN)₆]^4- является чувствительным реактивом на ионы Fe³⁺:

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- = Fe₄[Fe(CN)₆]₃

Образующийся осадок имеет характерную синюю окраску (берлинская лазурь). Под действием окислителей гексацианоферраты (II) переходят в гексацианоферраты (III):

2+ 3+

[Fe(CN)₆]^4- - ē = [Fe(CN)₆]^3-

Гексацианоферрат (III калия K₃[Fe(CN)₆]) называется также красной кровяной солью. Ее анион [Fe(CN)₆]^3- служит чувствительным реактивом на ионы Fe²⁺:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- = Fe₃[Fe(CN)₆]₂ 

Образующийся осадок имеет характерный интенсивный синий цвет (турнбулева синь).

Железо и кобальт – необходимые микроэлементы живых организмов. Железо – биогенный элемент, содержится в тканях животных и растений. Общая масса железа в организме взрослого человека примерно 5 г. Металлическое железо мало токсично, а соединения Fe(II) и Fe(III) в больших количествах опасны для здоровья.

Наиболее важными с физиологической точки зрения являются железосодержащие белки: гемоглобин, миоглобин, цитохромы, пероксидазы, каталаза. Гемоглобин – главная составная часть эритроцитов. Обеспечивает внешнее дыхание, являясь переносчиком кислорода от легких к тканям. Миоглобин, цитохромы, каталаза обеспечивает клеточное дыхание.

Кобальт является одним из важнейших биогенных элементов. Общая масса кобальта в организме человека примерно 1,2 мг. Кобальт находится в форме цианкобаламина (жирорастворимый витамин В₁₂) и его аналогов.