Теоретическое введение

В VIII группу входят девять d-элементов, которые составляют три подгруппы — подгруппу железа (железо Fe, рутений Ru, осмий Os), подгруппу кобальта (кобальт Со, родий Rh, иридий Ir) и подгруппу никеля (никель Ni, палладий Pd, платина Pt). Железо, кобальт, никель объединяют в семейство железа.

Подгруппа железа

Для железа наиболее характерны степени окисления +2 и +3, известны также производные железа, в которых его степень окисления равна —2, 0, +4, +6 и +8. Для элементов подгруппы железа характерны координационные числа 6 и 4. Железо — один из наиболее распространенных элементов в земной коpe. Оно входит в состав многочисленных минералов, образующих скопления железных руд. Железо имеет несколько модификаций.

Железо — металл средней химической активности, В отсутствие влаги .в обычных условиях пассивируется на воздухе, но во влажном воздухе легко окисляется и покрывается ржавчиной.

3Fe +4Н₂О = Fe₃О₄ + 4Н₂

При нагревании (в особенности в мелкораздробленном состоянии) взаимодействует почти со всеми неметаллами. При этом в зависимости от условий и активности неметалла образуются твердые растворы (с С, Si, N, В, Р, Н), металлоподобные соединения (Fe₃C, Fe₃Si, Fe₃P, Fe₄N, Fe₂N) или соли и солеподобные соединения (FeF₃, FeCl₃, FeS). Железо легко взаимодействует с разбавленными кислотами в отсут­ствие кислорода, образуя производные Fe (II):

Fe +2НCl = Fe Cl₂ + Н₂

В концентрированных HN0₃ и H₂S0₄ пассивируется. В обычных усло­виях в щелочах железо не растворяется

СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДГРУППЫ ЖЕЛЕЗА

Металлические и металлоподобные соединения. Подобно другим d-элементам, железо с малоактивными неметаллами образует соединениятипа металлических. Так, с углеродом оно дает карбид состава Fe₃C (цементит), твердые растворы, эвтектические смеси (железа с углеродом, железа с цементитом и др.).

Соединения Fe (0)

Fe + 5CO = Fe(CO)₅

Fe(CO)₅ + 4KOH = K₂[Fe(CO)₄] + К₂С0₃ + 2Н₂0

Соединения Fe (II). Для железа (II) наиболее типично координа­ционное число 6, что соответствует октаэдрическому расположению связей в комплексах и структурных единицах. В присутствии влаги постепенно окисляются кислородом воздуха твердые FeC0₃ и FeS, например:

4FeS + 0₂ + 10Н₂О = 4Fe(OH)₃ + 4H₂S

Особо легко окисление идет в щелочной среде. Так, Fe(OH)₂ в момент получения тотчас начинает переходить в Fe(OH)₃ , поэтому бледно-зеленый осадок быстро темнеет:

4Fe(OH)₂ + 0₂ + 2Н₂0 = 4Fe(OH)₃

Производные анионных комплексов железа (II) — ферраты (II) — в большинстве малостойки и напоминают двойные соли. К ним относятся, например, M₂[FeCl₄] и M₂[Fe(NCS)₄]. Для железа (II) наиболее устойчив и легко образуется цианидный комплекс [Fe(CN)₆]^4-

6KCN + FeS0₄ = K₄[Fe(CN)₆] + K₂S0₄

Желтая кровяная соль широко используется в аналитической прак­тике для обнаружения ионов Fe³⁺:

Fe³⁺Cl₃ + K₄[Fe²⁺(CN)₆] = KFe³⁺[Fe²⁺(CN)₆] + 3KC1

Или Fe³⁺ + [Fe(CN)₆]^4- = [Fe₂(CN)₆]^-

При этом образуется соединение интенсивно синего цвета — K[Fe₂(CN)₆], которое часто называют берлинской лазурью.

Соединения Fe (III). Координационные числа Fe (III) равны 6 и 4, что соответствует октаэдрической и тетраэдрической структурной единице (комплексу).

Основные свойства Fe₂О₃ и Fe₂0₃-nH₂0 проявляют при взаимодей­ствии с кислотами, образуя светло-фиолетовые аквакомплексы, [Fе(Н₂О)₆]³⁺.В нейтральных растворах соли Fe (III) гидролизуются в заметной степени, при этом окраска раствора становится желто-коричневой. Начальные стадии гидролиза можно описать уравнениями

[Fe(OH₂)₆]³⁺+ + Н₂0 [Fe(OH₂)₅OH]²⁺+ ОН₃⁺

[Fe(OH₂)₅OH]²⁺ + Н₂0 = [Fe(OH₂)₄(OH)₂]⁺ + ОН₃⁺

Анионные комплексы Fe(III) устойчивее и легче образуются, чем таковые для Fe(II). Так, свежеполученный Fe(OH)₃ (Fe₂0₃-nH₂0) заметно растворяется в концентрированных щелочах, образуя гексагидроксоферраты (III) типа M₃⁺¹ [Fe(OH)₆]. При сплавлении Fe₂0₃ или Fe(OH)₃ со щелочами или карбонатами щелочных металлов образуются полимерные оксоферраты (III) типа MFe0₂ называемые ферритами:

Na₂C0₃ + Fe₂0₃ = 2NaFe0₂ + C0₂

Оксо- и гидроксоферраты (III) s-элементов (желтого или красного цвета) водой разрушаются, образуя Fe₂03*nH₂0.

Наибольшее значение из цианоферратов (III) имеет K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль). Эта соль, в частности, является реактивом на ионы Fe²⁺; дает с ними интенсивно-синий гексацианоферрат (III) калия-железа (II) (турнбуллева синь):

Fe²⁺Cl₂ + K₃[Fe³⁺(CN)₆] = KFe²⁺[Fe³⁺(CN)₆] + 2KC1

Соединения Fe(VI) Производные этих анионов образуются при окислении металлов или соответствующих соединений в сильнощелочной среде, при нагревании, например:

Fe₂0₃ + 3KN0₃ + 4КОН == 2K₂Fe0₄ + 3KN0₂ + 2H₂0