- •8. Химия переходных металлов
- •8.1. Химия металлов ib группы
- •8.1.1. Способы получения
- •8.1.2. Химические свойства
- •8.1.3. Соединения элементов
- •8.2. Химия металлов iib группы
- •8.2.1. Способы получения
- •8.2.2. Химические свойства
- •8.1.3. Соединения элементов
- •8.3. Химия металлов iiib группы
- •8.3.1. Способы получения
- •8.3.2. Химические свойства
- •8.3.3. Соединения элементов
- •8.4. Химия металлов ivb группы
- •8.4.1. Способы получения
- •8.4.2. Химические свойства
- •8.4.3. Соединения элементов
- •8.5. Химия металлов vb группы
- •8.5.1. Способы получения
- •8.5.2. Химические свойства
- •8.5.3. Соединения элементов
- •8.6. Химия металлов vib группы
- •8.6.1. Способы получения
- •8.6.2. Химические свойства
- •8.6.3. Соединения элементов
- •8.7. Химия металлов VII b группы
- •8.7.1. Способы получения
- •8.7.2. Химические свойства
- •8.7.3. Соединения элементов
- •8.8. Химия металлов VIII b группы
- •8.8.1. Способы получения
- •8.8.2. Химические свойства
- •8.8.3. Соединения элементов
8.8. Химия металлов VIII b группы
К этой группе относятся: железо, кобальт, никель. Электронное строение: Fe: ..3d6, 4s2; Co: ..3d7, 4s2; Ni ..3d8, 4s2. Возможные степени окисления: для Fe: +2, +3, +6; Co: +2, +3; Ni: +2, +3, +4.
8.8.1. Способы получения
Железо, кобальт и никель в свободном виде получают термическим восстановлением их оксидов водородом, оксидом углерода (II), углеродом, алюминием и другими восстановителями: Co2O3+3H2 2Co+3H2O, 3Fe3O4+8AI 9Fe+4AI2O3, 2NiO+Si 2Ni+SiO2
Чистые металлы – разложением карбонилов и электролизом водных растворов солей: Fe(CO)5 Fe+5CO
8.8.2. Химические свойства
Это металлы средней активности, причем в ряду Fe-Ni она понижается. Не взаимодействуют с азотом, с водородом, углеродом образуют твердые растворы, с металлами – сплавы.
Fe+Г2 FeГ2, FeГ3; Со+Г2=СоГ2 (СоF3); NiГ2
Fe+О2 Fe2О3, Fe3О4; Со+О2=СоО, Со3О4; NiО
С разбавленными кислотами железо и кобальт (никель при нагревании) реагируют с выделением водорода. Концентрированные серная и азотная пассивируют поверхность металлов, но при нагревании взаимодействие происходит. Со щелочами металлы не реагируют. 3Fe+4H2O Fe3O4+4H2;
Co+ H2O CoO+H2; Ni + H2O NiO+H2;
2Fe+6H2SO4конц. Fe3(SO4)3+3SO2+2H2O;
Fe+H2SO4разб. FeSO4+H2; Fe+2HCI=FeCI2+H2;
4Fe+10HNO3 разб 4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O;
8.8.3. Соединения элементов
В бинарных соединениях проявляют две степени окисления: +2 и +3, причем у железа более устойчивая - +3, а у никеля +2. Кобальт устойчив в обеих степенях окисления, но для бинарных наиболее характерна +2.
С водородом не образуют соединений определенного состава, но растворяют его как в твердом, так и в расплавленном состоянии, особенно никель. Галогениды получают:
Э+2НГ=ЭГ2+Н2, Э+Г2=ЭГ2, 2FeCI3+H2=2FeCI2+2HCI,
NiO+2HBr=NiBr2+H2O, 2FeCI3+Fe=3FeCI2
Галогениды в основном хорощо растворимы в воде, легко гидролизуются.
Металлы образуют как простые оксиды ЭО, Э2О3, так и смешанные – Э3О4. Все оксиды – твердые вещества, практически нерастворимы в воде и щелочах, что свидетельствует об основных свойствах, только Fe2О3 амфотерен:
Fe2О3 +2NaOH=2NaFeO2+H2O (HFeO2 – железистая кислота) с образованием ферритов.
Образуются оксиды при непосредственном окислении металлов, восстановлением оксидов водородом или СО, разложением гидроксидов, нитратов, карбонатов:
Co(NO3)2 CoO+2NO2+1/2O2
Гидроксиды Э(ОН)2 на воздухе легко переходят в Э(ОН)3:
4Fe(OH)2+O2+2H2O=Fe(OH)3, Гидроксиды Э(ОН)2 легко растворимы в кислотах, но под действием сильно концентрированных щелочей образуют растворимые соединения типа Na2[Э(OH)4]. Окислением Ni(OH)2 и Co(OH)2 могут быть получены Ni(OH)3 и Co(OH)3: 2Co(OH)2+ H2O2= 2Co(OH)3. Для Fe(OH)3 характерны амфотерные свойства:
Fe(OH)3 +3HCI=FeCI3+3H2O
Fe(OH)3 +3KOH=K3[Fe(OH)6]
Соли Э+3 гидролизуются сильнее, чем соли Э+2. При окислении Fe(OH)3 в щелочной среде образуются ферраты, сли, не выделенной в свободном состоянии железной кислоты H2FeO4: 2Fe(OH)3+10KOH+3Br2=2K2FeO4+6KBr+8H2O
Применение. Это основные металлы современной техники (сплавы железа, кобальт – в стекольной и керамической промышленности, катализаторы).