Вопрос 57. Железо, кобальт, никель. Строение атомов, степени окисления. Их отношение к кислотам. Оксиды, гидроксиды, соли, комплексные соединения этих элементов
В ряду железо, кобальт, никель наблюдается переходность свойств от d-элементов групп VI и VII к d-элементам групп I и II. Так железо проявляет высокие степени окисления - II, III и VI, а кобальт и никель – II и III
Железо, кобальт и никель, кстати, относительно легкие металлы
Для них всех характерна склонность к комплексообразованию
Железо кобальт и никель являются металлами средней активности.
Наиболее активным является железо. Во влажном воздухе железо подвергается коррозии 4Fe + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 H2O (FeO(OH)) Образуется смесь веществ, преимещуственно состоящая из основного оксида железа (III). Эта смесь называется ржавчиной.
Кобальт и никель устойчивы к воздействию воды, так как защищены оксидной пленкой. С галогенами они взаимодействуют только при нагревании (в то время как железо в обычных условиях)
В очень мелкораздробленном состоянии все эти металлы могут самовоспламениться на воздухе
Все эти металлы вытесняют водород из разбавленных кислот, образуя соли Э2++ 2HCl = ЭCl2 + H2 но не реагируют с растворами щелочей
В обычных условиях концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют эти металлы, а при нагревании окисляют до солей Co2+, Ni2+ и Fe3+ Co + 2H2SO4 =t CoSO4 + SO2 + 2H2O Fe + 6HNO3 =t Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Соединения железа
При взаимодействии железа с кислородом при комнатной температуре образуется красно-бурый Fe2O3, при нагревании до 400◦C – черный Fe3O4, а выше 575◦C – черный FeO.
Гидроксиды железа – белый Fe(OH)2 и бурый Fe(OH)3 – получают действием щелочей на соответствующие соли.
Гидроксид железа (II) очень легко окисляется кислородом воздуха 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Оксид и гидроксид железа (II) проявляют основные свойства. В отличие от них, оксид и гидроксид железа (III) амфотерны с преобладанием основных свойств. Они растворяются в кислотах с образованием солей катионного типа. Ферриты же получают только при сплавлении этих соединений с щелочами или содой Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2
Соли катионного типа для Fe (III) устойчивы и могут проявлять свойства окислителей в реакциях с сильными восстановителями. Таким образом, вместо обменных реакций с I-, S2- будут идти ОВР
В степени окисления VI железо образует соли неизвестной в свободном состоянии железной кислоты – ферраты. Их получают окислением соединений железа (III) в сильнощелочной среде 2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O или при сплавлении оксидов с окислителями Fe2O3 + 3BaO2 = 2BaFeO4 + BaO
Ферраты – сильные окислители в нейтральной и (особенно) в кислой средах. При pH меньше 10 окисляют даже воду 4K2FeO4 + 10H2O = 8KOH + 4Fe (OH)3 + 3O2
Для железа известно большое число комплексных соединений, например: - образует устойчивые комплексные соединения с анионами слабых кислот: желтая кровяная соль K4[Fe(CN)6], красная кровяная соль K3[Fe(CN)6], гексафтороферрат калия (III) K3[FeF6] и другие - двойные соли, например, соль Мора (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O, квасцы общей формулы MeFe(SO4)2 12H2O, существующие только в растворе
Соединения кобальта и никеля
В ряду Fe(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2 увеличивается устойчивость гидроксидов и уменьшаются восстановительные свойства. Co(OH)2 уже значительно медленнее окисляется кислородом воздуха, а Ni(OH)2 на воздухе устойчив и окисляется под действием более сильных окислителей 2Ni(OH)2 + NaClO + H2O = 2Ni(OH)3 + NaCl
В ряду Fe(OH)3, Co(OH)3, Ni(OH)3 устойчивость гидроксидов уменьшается, окислительные свойства возрастают. Гидроксиды кобальта (III) и никеля (III) окисляют концентрированные HCl и H2SO4 2Ni(OH)3 + 6HCl = 2NiCl2 + Cl2 + 6H2O 4Ni(OH)3 + 4H2SO4 = 4NiSO4 + O2 + 10H2O
Для Co (III) соли катионного типа редки, а для Ni(III) – неизвестны
Кобальт (II) и никель (II) чрезвычайно склонны к образованию комплексных соединений с координационным числом 4 и 6: Ni(CO)4, K2[Ni(CN)4], H2[CoCl4], [Co(H2O)6]Cl2, [Ni(NH3)6]Cl2 и другие
Кобальт (III) образует особенно прочные связи с лигандами, содержащими донорный атом азота. Поэтому ион гексааминкобальт (II) легко окисляется в растворе кислородом воздуха в более устойчивый ион гексааминкобальт (III) 4[Co(NH3)6]Cl2 + 2H2O + O2 = 4[Co(NH3)6](OH)
Качественная реакция на никель (II):
