Подготовил Белов Сергей ФХ-12
Fe (лат. Ferrum) 4-3 тыс. до н.э. Хетты Co (лат. Cobaltum) 1735 г. Г. Брандт Ni (лат. Niccolum) 1751 г. А.Ф. Кронстедт Георг Брандт Аксель Фредрик Кронстедт
4. Fe – 4,70% 22. Ni – 0,015 % 30. Co – 0, 0037% Гематит Fe 2 O 3 Магнетит (Fe II Fe 2 III )O 4 Гётит FeO(OH) Сидерит FeCO 3 Лимонит Fe 2 O 3. n H 2 O Гематит Сидерит Железо самородное Гётит Лимонит
Пирротин Fe 0,877 S Пирит Fe(S 2 ) Смальтин (Ni,Co,Fe)As 2 Кобальтин CoAsS Арсенопирит NiAsS Никелин NiAs Хлоантит (Co,Ni)As 2 Пентландит (Fe,Ni) 9 S 8 Э ритрин Co 3 ( AsO 4 ) 2. 8 H 2 O Г арниерит Ni 6 ( Si 4 O 10 )( OH ) 8 Пирит Пирротин Гарниерит Эритрин Никелин Пентландит Арсенопирит Хлоантит
Fe Co Ni Природные изотопы A r 55,847 58,9332 58,6934 Ковалентный радиус, нм 1,17 1,16 1,15 Ионный радиус, нм Атомный радиус, нм 0,126 0,125 0,124 Энергия ионизации, эВ 7,87 7,86 7,635 Сродство к электрону, эВ 0,58 0,94 1,28
Fe Co Ni 1536 1494 1455 2861 2960 2900 Плотность (кг/м 3 ) 7860 8900 8900 Электроотрицательность, эВ 1,8 1,88 1,91 Степени окисления +2; +3; +4; +5; +6 +2; +3; +4 +2; +3; +4
Железо Кобальт Никель Простые вещества Fe Co Ni Семейство железа
Получение никеля из окисленных руд :
Fe 2+ + 2OH – = Fe(OH) 2 ( т ) Fe(OH) 2 + OH – – 1 e – = FeO(OH) + H 2 O O 2 + 2H 2 O + 4 e – = 4 OH – CoCl 2 + NaOH = CoOHCl ( т ) + NaCl синий CoOHCl ( т ) + NaOH = = Co(OH) 2 ( т ) + NaCl розовый 2 Co(OH) 2 ( т ) + H 2 O 2 = = 2 CoO(OH) ( т ) + 2H 2 O коричневый
Ni(OH) 2 уст. на воздухе 4 Ni(NO 3 ) 2. 6H 2 O = = 4 NiO(OH) + 8NO 2 + O 2 + 22H 2 O 4 NiO(OH) = 4NiO + O 2 + 2H 2 O 2 Ni(OH) 2 ( т ) + Br 2 + 2NaOH = зеленый = 2 NiO(OH) ( т ) + 2NaBr + 2H 2 O черный NiO(OH) / Ni(OH) 2 = 0,78 В Br 2 / Br – = 1,09 В
2 NiO(OH) ( т ) + 6HCl = = 2 Ni Cl 2 + Cl 2 + 4H 2 O NiO(OH) + 3 H + + 1 e – = Ni 2+ + 2H 2 O 2Cl – – 2 e – = Cl 2 NiO(OH) / Ni 2+ = +2, 25 В Cl 2 / Cl – = 1, 34 В 4 Ni III O(OH) ( т ) + 4H 2 SO 4 = = O 2 + 4 Ni SO 4 + 6H 2 O NiO(OH) + 3 H + + 1 e – = Ni 2+ + 2H 2 O 2H 2 O – 4 e – = O 2 + 4H + O 2 / H 2 O = 1, 23 В
[ Fe (Н 2 О) 6 ] 2+ + H 2 O [ Fe (Н 2 О) 5 OH] + + H 3 O + ; K к 10 –7 [ Co (Н 2 О) 6 ] 2+ + H 2 O [ Co (Н 2 О) 5 OH] + + H 3 O + ; K к 10 –9 [ Ni (Н 2 О) 6 ] 2+ + H 2 O [ Ni (Н 2 О) 5 OH] + + H 3 O + ; K к 10 –11 Fe II Co II Ni II рост основных свойств [Fe(Н 2 О) 6 ] 3+ + H 2 O [Fe(Н 2 О) 5 OH] 2+ + H 3 O + ; K к 10 –3 K к Fe 2+ ·H 2 O/FeOH + << K к Fe 3+ ·H 2 O/FeOH 2+ Влияние ст. окисл.: рост кислотных св-в с ростом ст.ок.
[ Fe ( H 2 O ) 6 ] 3+ св.-фиол. + H 2 O ; K к 10 –3 [ Fe ( H 2 O ) 5 OH] 2+ + H 2 O ; K к 10 – 4 [ Fe ( H 2 O ) 4 ( OH ) 2 ] + + H 2 O [( H 2 O ) 4 Fe ( OH ) 2 Fe ( H 2 O ) 4 ] 4+ (многоядерный компл.; желт.) + H 2 O Fe O(OH)( т ) Fe Fe OH OH H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O OH 2 OH 2 OH 2 OH 2 4+ рН > 3 рН 2 3 рН 0
[Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + xNCS − [Fe(Н 2 О) 6-х (NCS) х ] 3−х + xH 2 O ; смесь комплексов 4-х видов β 3 10 5 [Fe(Н 2 О) 6-х (NCS) х ] 3−х + 4F − [Fe(H 2 O) 2 F 4 ] − + xNCS − + (4−x)H 2 O ; β 4 10 15 Получение и разрушение тиоцианатного к - са Fe ( III)
[Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + H 3 PO 4 H 2 PO 4 – K к 10 – 3 HPO 4 2 – K к 10 – 8 PO 4 3 – K к 10 – 13 [ Fe ( H 2 PO 4 ) 2 ( H 2 PO 4 ) 2 ] – бидент. и монодент. [ Fe ( HPO 4 ) 3 ] 3 – бидент. [ Fe ( PO 4 ) 3 ] 6 – бидент. Fe 2+ + [ Fe III (CN) 6 ] 3 – + K + Fe 3+ + [ Fe II (CN) 6 ] 4 – + K + K Fe II [ Fe III (NC) 6 ] ; яд (дисс. c выдел. CN – ) K Fe III [ Fe II (CN) 6 ] ; β 6 10 37 K ( Fe III, Fe II ) [ ( Fe II, Fe III ) (CN) 6 ] синий осадок (берлинская лазурь, турнбуллева синь)
[ Co ( H 2 O ) 6 ] 2+ + 4 NCS (к) +эфир [ Co ( NCS ) 4 ] 2 + 6 H 2 O синий, sp 3, β 4 10 2 Комплексные соединения кобальта [ Co ( H 2 O ) 6 ] 2 + d 2 sp 3 розовый + CaCl 2 [ Co ( H 2 O ) 4 ] 2 + sp 3 фиолет. + CaCl 2 [ Co ( H 2 O ) 2 Cl 2 ] sp 3 синий + CaCl 2 [ Co Cl 4 ] 2 – sp 3 темно-синий При нагревании Co [ Co Cl 4 ]
[ Co II ( NH 3 ) 6 ] 2 + [ Co III ( NH 3 ) 6 ] 3+ β 6 10 5 < β 6 10 36 2 Co II Cl 2 + 12 NH 3 ·H 2 O + H 2 O 2 = = 2 [ Co III (NH 3 ) 6 ](OH)Cl 2 + 12H 2 O Co 2+ + 6 NH 3 ·H 2 O – 1 e – = [ Co III (NH 3 ) 6 ] 3+ + 6H 2 O H 2 O 2 + 2 e – = 2OH – Побочные продукты : красный [Co(NH 3 ) 5 Cl] 2+, коричневый [(NH 3 ) 5 Co(O 2 2 )Co(NH 3 ) 5 ] 4+, фиолетовый цис -[Со(NH 3 ) 4 Cl 2 ] +, зеленый транс -[Co(NH 3 ) 4 Cl 2 ] +, красный [Co(H 2 O)(NH 3 ) 5 ] 3+.
Co II Cl 2 + 7KNO 2 + 2CH 3 COOH = = K 3 [ Co III (NO 2 ) 6 ] + NO + 2KCl + 2CH 3 COOK + H 2 O Co 2+ + 6 N O 2 – + 3K + – 1 e – = K 3 [ Co III (NO 2 ) 6 ] NO 2 – + 2CH 3 COOH + 1 e – = NO + 2CH 3 COO – + H 2 O Ni Cl 2 + 6 NH 3 ·H 2 O = [ Ni (NH 3 ) 6 ]Cl 2 + 6H 2 O β 6 10 9 Ni Cl 2 + 2 NH 3 ·H 2 O + 2 H 2 L = = [ Ni (HL) 2 ] + 2NH 4 Cl + 2H 2 O H 2 L – диметилглиоксим (CH 3 ) 2 C 2 (NOH) 2 (см. «Компл.соединения. Хелаты»)
Fe VI – сильный окислитель рН < 7: 4 FeO 4 2 – + 20 H 3 O + = 4 [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + 3 O 2 + 6 H 2 O FeO 4 2 – /Fe 3+ = +1,9 В рН > 7: 4 FeO 4 2 – + 3 S 2 – + 4 H 2 O = FeS + 2S + 8 OH – FeO 4 2 – /Fe(OH) 2 = +0,34 В Fe III – мягкий окислитель 2FeCl 3 + 2KI = 2FeCl 2 + I 2 ( т ) + 2 KCl 2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S( т ) + 2 HCl Fe 3+ /Fe 2+ = +0,77 В
Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих черно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса. Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей. Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах. Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
Сплавы Никель является основой большинства суперсплавов — жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок. монель -металл (65 — 67 % Ni + 30 — 32 % Cu + 1 % Mn ), жаростойкий до 500 °C, очень коррозионно-устойчив; белое золото (например 585 пробы содержит 58,5 % золота и сплав (лигатуру) из серебра и никеля (или палладия)); нихром, сплав никеля и хрома (60 % Ni + 40 % Cr ); пермаллой (76 % Ni + 17 % Fe + 5 % Cu + 2 % Cr ), обладает высокой магнитной восприимчивостью при очень малых потерях на гистерезис; инвар (65 % Fe + 35 % Ni ), почти не удлиняется при нагревании; Кроме того, к сплавам никеля относятся никелевые и хромоникелевые стали, нейзильбер и различные сплавы сопротивления типа константана, никелина и манганина
Медицина Применяется при изготовлении брекет -систем ( никелид титана). Протезирование Монетное дело Никель широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель». Теплоизоляторы Чистый никель ввиду очень низкой теплопроводности иногда применяется для изготовления разного рода держателей нагретых предметов, сочетая хорошую теплоизоляцию с высокой прочностью и достаточной электропроводностью. В частности, из никеля делаются держатели и проводники для кварцевых горелок дуговых ртутных ламп. Музыкальная промышленность Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.
