8

Подгруппа железа.

Железо и его соединения

Элементы Fe,Co,Ni образуют триаду железа, или семейство железа. Они имеют на внешнем энергетическом уровне по 2 электрона, но в образовании химических связей участвуют и электроны d-орбиталей. В устойчивых соединениях электроны проявляют степень окисления +2 и +3 и образуют оксиды RO и R₂O₃ и гидроксиды R(OH)₂ и R(OH)₃. Для них характерна особенность: присоединять нейтральные молекулы … СO, карбонилы Ni(CО)₄,Co(CO)₄,Fe(CO)₄ используемые для получения сверхчистых металлов.

Co и Ni менее реакционноспособны, чем Fe. При об.t они устойчивы к коррозии на воздухе , в воде и различных растворах. Разбавленные HCl и концентрированная HNO₃ все 3 металла пассивирует.

Me семейства железа при нагревании взаимодействуют с O₂, парами воды, F₂, S1, P, Si, C и B. Наиболее устойчивыми являются соединения Fe(III), CO(II) и Ni(II).

Fe, Co , Ni в ряду стандартных электродных потенциалов расположены до H, поэтому распространены в природе в виде соединений: оксиды, сульфиды, сульфаты, карбонаты; в свободном состоянии встречаются редко- в виде железных метеоритов. По распространенности в природе за Fe следует Ni, затем Co.

Fe, Co, Ni- важные материалы современной техники, но наибольшее значение имеет железо.

Строение

Fe - d-элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса – 56.

1s22s22p63s23p64s23d6

Металл средней активности, восстановитель.

Основные степени окисления +2, +3

Железо, отдавая 2 внешних s-электрона и 1d-электрон c предпоследнего энергетического уровня проявляет устойчивые c/o Fe⁺² и Fe⁺³

Fe⁰ - 2ē  Fe⁺²

Fe⁰ - 3ē  Fe⁺³

Физические свойства

Железо – блестящий, серебристо-белый мeталл, ρ = 7,87 г/см³, t пл. 1539^○С, пластичен, легко намагничивается и размагничивается, температура Кюри 770^○С – выше которого теряются магнитные свойства.

Химические свойства

Железо образует два ряда соединений.

1. Взаимодействие с простыми веществами

а) накаленная Fe-проволока очень ярко горит в O₂, образуя окалину – оксид железа(II,III) FeO  Fe₂O₃

Fe0-2 ē ®Fe+2	1
2Fe0-6 ē ®2Fe+3
O2+4 ē ®2O-2	2

3Fe +2O₂ Fe₃0₄

б) при нагревании с галогенами с образованием галогенидов:

Fe0-3 ē ®Fe+3	2
Cl20+2 ē ®2Cl-	3

2Fe +3Cl₂ 2FeCl₃

в) взаимодействует с серой, образуя сульфид железа (II):

Fe0-2 ē ®Fe+2	1
S0+ 2ē ®S-2	1

Fe + S FeS

г) при высокой t^○ с углеродом, кремнием, фосфором:

3Fe+CFe₃C - цементит, очень твердое серое вещество, хрупкое, тугоплавкое.

Fe0-2 ē ®Fe+2
2Fe0-6 ē ®2Fe+3	1
2H + 2 ē ®H20	4

д) железо растворяет в себе водород_: так как в металле есть трещинки, то H попадает в микропустоты, скапливаясь под большим давлением; водород делает хрупким железо - водородная хрупкость.

2. Взаимодействие со сложными веществами.

a) при высокой t^○ Fe реагирует с парами воды:

3Fe + 4H₂O FeOFe₂O₃ +4H₂

Этой реакцией пользуются для получения H₂ при гидрировании жиров.

б) взаимодействует с разбавленными кислотами с образованием двухвалентных солей и выделением H₂:

Fe + H₂SO₄(разб.)  FeSO₄ + H₂

в) взаимодействует с кислотами-окислителями:

- при нагревании конц. H₂SO₄ взаимодействует с Fe:

Fe0-3 ē ®Fe+3	2
S+6 + 2 ē ®S+4	3

2Fe + 6H₂SO₄(конц.)  ^t○ Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

- без нагревания H₂SO₄ (конц.) c Fe не реагирует, так как образующаяся сульфатная пленка препятствует коррозии. При обычной t^○ конц. H₂SO₄ перевозят в железных баках.

- разбавленная HNO₃ с Fe образует NH₃ или N₂O и N₂:

Fe0-3 ē ®Fe+3	8
N+5 + 8 ē ®N-3	3

8Fe + 30HNO₃(разб.)  8Fe(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

- концентрированная азотная кислота пассивирует железо.

г) с растворами солей менее активных Me с образованием солей железа (II):

Fe + CuSO₄  FeSO₄ + Cu

Fe⁰ +Cu²⁺Fe+²⁺ + Cu⁰

д) во влажном воздухе железо “ржавеет”, образуя Fe(OH)₃:

Fe0-3 ē ®Fe3+	4
O20 + 4 ē ®2O-2	3

4Fe + 6H₂0 + 3O₂  4Fe(OH)₃

е) образует комплексные соединения:

Fe⁰ + 5CО⁰  Fe(CO)₅ пентакарбонил железа, используется в двигателях внутреннего сгорания для равномерной вспышки.