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.
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):
Металлы побочных подгрупп Железо
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)
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:
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:
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-
Желтая кровяная соль широко используется в аналитической практике для обнаружения ионов Fe 3+ :
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
Железо. Подгруппа железа
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:
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 Fe 2+ ; дает с ними интенсивно-синий гексацианоферрат (III) калия-железа (II) (турнбуллева синь):
Соединения Fe(VI) Производные этих анионов образуются при окислении металлов или соответствующих соединений в сильнощелочной среде, при нагревании, например:
Источник: studfile.net
1. Железо: строение атома, получение, физические и химические свойства
Железо — химический элемент (№) (26), расположенный в побочной подгруппе (VIII) группы, в четвёртом периоде.
Это (d)-элемент. В его атоме на (d)-орбиталях третьего электронного слоя находится (6) электронов, а на (s)-орбитали четвёртого слоя — (2) электрона: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 6 4 s 2 .
Электронно-графическая схема атома железа выглядит следующим образом:
В образовании химических связей участвуют электроны внешнего и предвнешнего уровней, поэтому у железа переменные степени окисления. Наиболее устойчивы соединения со степенями окисления (+2), (+3).
Нахождение в природе и получение
По содержанию в природе железо занимает второе место среди всех металлов (после алюминия) и первое — среди металлов (B)-групп. Важнейшие железные руды: красный железняк (гематит) Fe 2 O 3 , магнитный железняк (магнетит) Fe 3 O 4 , бурый железняк (лимонит) Fe 2 O 3 ⋅ H 2 O , железный колчедан (пирит) FeS 2 .
Рис. (1). Гематит
Рис. (2). Магнетит
Рис. (3). Лимонит
Рис. (4). Пирит
Для получения железа используют пирометаллургию, его восстанавливают коксом и угарным газом:
Fe 2 O 3 + 3 CO = t 2 Fe + 3 CO 2 .
Из железной руды в доменных печах получают чугун, который затем перерабатывают в сталь.
Рис. (5). Чугун
Рис. (6). Сталь
В качестве восстановителя также используется водород:
Fe 2 O 3 + 3 H 2 = t 2 Fe + 3 H 2 O .
Физические свойства железа
Чистое железо — пластичный серебристо-серый металл, обладающий магнитными свойствами. Железо относится к тяжёлым тугоплавким металлам; его плотность составляет (7,874) г/см³, а температура плавления — (1539 °C).
Химические свойства
В ряду активности железо располагается до водорода, относится к металлам средней активности. Во влажном воздухе оно реагирует с кислородом и водой и постепенно покрывается ржавчиной:
Fe + O 2 + H 2 O → Fe 2 O 3 ⋅ n H 2 O .
Железо вступает в реакции с неметаллами.
Реагенты
Характеристика реакций
Уравнения реакций
2 Fe + 3 Cl 2 = t 2 FeCl 3
3 Fe + 2 O 2 = t Fe 3 O 4
Fe + S = t FeS
Железо реагирует с водой и вытесняет водород из кислот, реагирует с растворами некоторых солей, а также восстанавливает ионы Fe 3 + до Fe 2 + .
Железо пассивируется концентрированными азотной и серной кислотами, но при нагревании окисляется ими до соединений железа (+3).
Источник: www.yaklass.ru
Физические свойства
В свободном состоянии железо — серебристо-белый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа — чугуны и стали.
Fe — самый главный и самый распространенный элемент из девяти d-металлов побочной подгруппы VIII группы. Вместе с кобальтом и никелем образует «семейство железа».
При образовании соединений с другими элементами чаще использует 2 или 3 электрона (В = II, III ).
Железо, как и почти все d-элементы VIII группы, не проявляет высшую валентность, равную номеру группы. Его максимальная валентность достигает VI и проявляется крайне редко.
Наиболее характерны соединения, в которых атомы Fe находятся в степенях окисления +2 и +3.
Источник: examchemistry.com