Менделєєва. Хімія елементів VIII Б групи Періодичної системи Д.І. Менделєєва Загальна характеристика елементів 8 групи побічної підгрупи

Побічна підгрупа восьмої групи охоплює три тріади d-елементів.

Першу тріаду утворюють елементи залізо, кобальт та нікель, другу – рутеній, родій, паладій, і третю тріаду – осмій, іридій та платина.

Більшість елементів аналізованої підгрупи мають два електрони на зовнішній електронній оболонці атома; всі вони є металами.

Крім зовнішніх електронів у освіті хімічних зв'язків беруть участь також електрони з попередньої недобудованої електронної оболонки.

Сімейство заліза включає залізо, кобальт і нікель. Зростання електронегативності у ряді Fe (1,83) – Co (1,88) – Ni (1,91) показує, що від заліза до нікелю має відбуватися зменшення основних та відновлювальних властивостей. У електрохімічному ряді напруг ці елементи стоять до водню.

За поширеністю в природі, застосування сполук в медицині та техніці та ролі в організмі залізо стоїть на першому місці в цій групі.

Елементи сімейства заліза в сполуках виявляють ступеня окиснення +2,

З'єднання заліза (II). Солі двовалентного заліза утворюються при розчиненні заліза у розведених кислотах. Найважливіша з них - сульфат заліза (II), або залізний купорос, FeSO 4 . 7H 2 O, що утворює світло-зелені

кристали, добре розчиняються у воді. На повітрі залізний купорос поступово вивітрюється і водночас окислюється з поверхні, переходячи у жовто-буру основну сіль заліза (III).

Сульфат заліза (II) отримують шляхом розчинення обрізків сталі в 20-30%-ної сірчаної кислоти:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

Сульфат заліза (II) застосовується для боротьби зі шкідниками рослин, у виробництві чорнила та мінеральних фарб, при фарбуванні тканин. При взаємодії розчину солі заліза (II) з лугом випадає білий осад гідроксиду заліза (II) Fe(OH) 2 , який на повітрі внаслідок окислення швидко приймає зелене, а потім буре забарвлення, переходячи в гідроксид заліза (III) Fe(OH) 3 :

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3

З'єднання двовалентного заліза є відновниками і легко можуть бути переведені до з'єднання тривалентного заліза:

6FeSO 4 + 2HNO 3 + 3H 2 SO 4 = 3Fe 2 (SO 4) 3 + 2NO +4H 2 O

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O

Оксид і гідроксид тривалентного заліза мають амфотерні властивості. Гідроксид заліза (III) – слабша основа, ніж гідроксид заліза (II), це виявляється у тому, що солі тривалентного заліза сильно гідролізуються, а зі слабкими кислотами (наприклад, з вугільною, сірководневою) Fe(OH) 3 солей не утворює.

Кислотні властивості оксиду та гідроксиду тривалентного заліза проявляються у реакції сплавлення з карбонатами лужних металів, в результаті якої утворюються ферити – солі не отриманої у вільному стані залізистої кислоти HFeO 2:

Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaFeO 2 + CO

Якщо нагрівати сталеву тирсу або оксид заліза (III) з нітратом і гідроксидом калію, то утворюється сплав, що містить феррат калію K 2 FeO 4 – сіль не виділеної у вільному стані залізної кислоти H 2 FeO 4:

Fe 2 O 3 + 4KOH + 3KNO 3 = 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

У біогенних сполуках залізо пов'язане у комплекс з органічними лігандами (міоглобін, гемоглобін). Ступінь окислення заліза у цих комплексах дискутується. Одні автори вважають, що рівень окислення дорівнює +2, інші припускають, що він змінюється від +2 до +3 залежно від рівня взаємодії з киснем.

додаток

Константи дисоціації деяких кислот та основ /при 25 0 С/

Розташовується у четвертому періоді.
Атомна вага заліза 55, 84, заряд ядра +26. Розподіл електронів за енергетичними рівнями (+26): 2, 8, 14, 2. Електронна конфігурація зовнішнього та переднього шару заліза 3s23p63d64s2.

Таким чином, у атома заліза, крім двох s-електронів четвертого зовнішнього шару, є ще шість d-електронів третього переднього шару. З цих d-Електронів найбільш активні 4 неспарених. Отже, в утворенні валентних зв'язків заліза особливо бере активну участь 6 електронів - 2 із зовнішнього та 4 із передзовнішнього шарів. Найбільш поширеними ступенями окислення заліза є Fe +2 і Fe +3. Залізо - один з найпоширеніших у природі елементів. За поширеністю серед інших елементів воно посідає четверте місце.

■ 57. Виходячи з будови атома заліза, а також розподілу електронів за орбіталями, вкажіть можливі ступені окислення цього елемента.

Залізо у вільному стані являє собою сріблясто-сірий блискучий метал із щільністю 7,87°, температурою плавлення 1535° та температурою кипіння 2740°. Залізо має яскраво виражені феромагнітні властивості, тобто під впливом магнітного поля намагнічується і при припиненні дії поля зберігає магнітні властивості, саме стаючи магнітом. Такі властивості мають всі елементи групи заліза.
За хімічними властивостями залізо дуже активним металом. За відсутності вологи залізо на повітрі не змінюється, але при впливі вологи та кисню повітря піддається сильної корозії і покривається пухкою плівкою іржі, що є залізом, які не захищають його від подальшого окислення, і залізо поступово окислюється у всій своїй масі:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 · 2H2O
Розроблено низку методів захисту цього найціннішого металу від корозії.

У ряді напруг залізо розташовується ліворуч від водню. У зв'язку з цим воно легко піддається дії розведених кислот, перетворюючись на сіль двовалентного заліза, наприклад:
Fe + 2НСl = FeCl2 + Н2
З концентрованими сірчаною та азотною кислотами залізо не реагує. Ці кислоти створюють на поверхні металу таку міцну і щільну плівку окису, що метал стає пасивним і вже не вступає в інші реакції. У той же час при безпосередній взаємодії з такими сильними окислювачами, як , залізо завжди виявляє ступінь окислення +3:
2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
Залізо входить у реакцію з перегрітою парою; при цьому з води витісняється , а розпечене залізо перетворюється на оксид, причому це завжди або закис заліза FeO, або закис-окис заліза Fe3O4(Fe2O3 · FeO):
Fe + Н2О = FeO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Розпечене в чистому кисні залізо енергійно згоряє з утворенням залізної окалини (див. рис. 40).

3Fe + 2O2 = Fe3O4

При прожарюванні залізо утворює з вуглецем сплав і одночасно карбід заліза Fe3C.

■ 58. Перелічіть фізичні властивості заліза.
59. Які хімічні властивості заліза? Дайте відповідь.

З'єднання заліза

Залізо утворює два ряди сполук - з'єднання Fe +2 і Fe +3. Для заліза характерні два окисли - закис FeO і окис Fe2O3. Щоправда, відомий змішаний оксид Fe3O4, молекула якого є дво- і тривалентного заліза: Fe2O3 · FeO. Цей окис називається також залізною окалиною, або закисом-окисом заліза.

З'єднання закисного заліза менш стійкі, ніж окисно-о, і за наявності окислювача, навіть якщо ним є лише повітря, зазвичай переходять у з'єднання тривалентного заліза. Наприклад, гідроокис заліза (II) Fe(OH)2 являє собою білу тверду речовину, але в чистому вигляді її можна отримати лише тоді, коли розчини реагуючих речовин не містять розчиненого кисню і якщо реакцію вести у відсутність кисню повітря:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Сіль, з якої одержують гідроокис заліза (II), звичайно, не повинна містити найменшої домішки окисних сполук. Оскільки такі умови створити у звичайній навчальній лабораторії дуже важко, гідроксид заліза (II) виходить у вигляді більш менш темно-зеленого осаду драглистого виду, що свідчить про окислення сполук двовалентного заліза, що відбувається, в тривалентне. Якщо гідроокис заліза (II) тримати тривалий час на повітрі, поступово відбувається перетворення її на гідроокис заліза (III) Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2O = 4Fe(OH)3
заліза є типовими нерозчинними гідроксидами. Гідроокис заліза (II) має основні властивості, а у Fe(OH)3 дуже слабко виражені амфотерні властивості.

■ 60. Перерахуйте властивості окису заліза як типового основного оксиду. Дайте відповідь. Усі рівняння реакцій напишіть у повній та скороченій іонних формах.

61. Перерахуйте властивості гідроксиду заліза (II). Підтвердьте відповідь рівняннями реакцій.

Серед солей заліза (II) найбільше значення має залізний купорос FeSO4 · 7H2O, до складу якого входить 7 молекул кристалізаційної води. Залізний купорос добре розчиняється у воді. Застосовується він боротьби з шкідниками сільського господарства, і навіть під час виготовлення барвників.
З солей тривалентного заліза найбільше значення має хлорид заліза FeCl3, що є дуже гігроскопічні помаранчеві кристали, які при зберіганні поглинають воду і розпливаються в коричневу кашку.

Солі заліза (II) легко можуть переходити в солі заліза (III), наприклад, при нагріванні з азотною кислотою або перманганатом калію в присутності сірчаної кислоти:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4Н2O
Окислення солей Fe +2 в солі Fe +3 може відбуватися і під дією кисню повітря при зберіганні цих сполук, але цей процес більш тривалий. Для розпізнавання катіонів Fe 2+ та Fe 3+ служать дуже характерні специфічні реактиви. Наприклад, для розпізнавання двовалентного заліза беруть червону кров'яну сіль K3, яка за наявності іонів двовалентного заліза дає з ними характерний інтенсивний синій осад турнбулевої сині:
3FeSО4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SО4
або в іонному вигляді
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
Для розпізнавання солей Fe3+ застосовують реакцію із жовтою кров'яною сіллю K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
У цьому випадає інтенсивного синього кольору осад берлінської блакиті. Берлінська блакить і турнбулева синь використовуються як барвники.
Крім того, тривалентне залізо можна розпізнавати за допомогою розчинних солей - роданіду калію KCNS або роданіду амонію NH4CNS. При взаємодії цих речовин із солями Fe(III) розчин набуває криваво-червоного забарвлення.

■ 62. Перерахуйте властивості солей Fe+3 та Fe+2. Який ступінь окислення є більш стійким?
63. Як здійснити перетворення солі Fe +2 на сіль Fe +3 і навпаки? Наведіть приклади.

Реакція йде за рівнянням:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3КСl
або в іонному вигляді
Fe 3+ + 3CNS - = Fe(CNS),
З'єднання заліза грають велику роль життя організмів. Наприклад, воно входить до складу головного білка крові – гемоглобіну, а також зеленої рослини – хлорофілу. Залізо надходить до організму переважно у складі органічних речовин харчових продуктів. Багато заліза містять яблука, яйця, шпинат, буряк. Як лікарські препарати залізо застосовується у вигляді солей органічних кислот. Хлорид заліза служить кровоспинним засобом.

■ 64. У трьох пробірках знаходяться: а) сульфат заліза (II), б) сульфат заліза (III) та в) хлорид заліза (III). Як визначити, у якій пробірці якась сіль?
65. Як здійснити низку перетворень:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Дані такі: залізо, їдкий натр. Як, користуючись лише цими речовинами, отримати гідроокис заліза (ІІ) та гідроокис заліза (ІІІ)?
67. Розчин, що містить хлорид хрому (III) та хлорид заліза (III), обробили надлишком лугу. Отриманий осад відфільтрували. Що залишилося на фільтрі та що перейшло у фільтрат? Дайте обґрунтовану відповідь за допомогою рівнянь реакцій у молекулярній, повній іонній та скороченій іонній формах.

Сплави заліза

Залізо є основою чорної металургії, тому його видобувають у величезних кількостях. Нова програма розгорнутого будівництва комунізму передбачає 1980 р. виробництво 250 млн. т стали. Це у 3,8 рази більше, ніж у 1960 р.
Залізо майже ніколи не застосовується у чистому вигляді, а лише у вигляді сплавів. Найважливішими сплавами заліза є його з вуглецем - різні чавуни та сталі. Основна відмінність чавуну від сталі у вмісті вуглецю: у чавуні міститься понад 1,7% вуглецю, а сталі – менше 1,7%.

Велике практичне значення мають феросплави (сплав заліза з кремнієм), ферохром (сплав заліза з хромом), феромарганець (сплав заліза з марганцем). Феросплави - це чавуни, що містять понад 10% заліза та не менше 10% відповідного компонента. Крім того, в них є ті самі елементи, що і в чавуні. Феросплави застосовуються в основному при «розкисленні» сталі і як домішки, що легують.
Серед чавунів розрізняють лінійні та передільні. Ливарний чавун використовується для виливків різних деталей, перероблений-переплавляється на сталь, так як має дуже високу твердість і не піддається обробці. Передільний чавун білого кольору, а ливарний – сірого. Передільний чавун містить більше марганцю.

Стали бувають вуглецеві та леговані. Вуглецеві сталі зазвичай є сплавом заліза з вуглецем, а леговані містять легуючі добавки, тобто домішки інших металів, що надають стали більш цінні властивості. надає сталі ковкість, пружність, стійкість при загартуванні, і - твердість і жароміцність. Стали з добавками цирконію дуже пружні та пластичні; їх використовують із виготовлення броньових плит. Домішки марганцю роблять сталь стійкою до удару та тертя. Бор підвищує ріжучі властивості сталі під час виготовлення інструментальних сталей.
Іноді навіть незначні домішки рідкісних металів надають нові властивості. Якщо витримати сталеву деталь у порошку берилію при температурі 900-1000°, твердість сталі, її зносостійкість сильно підвищується.
Хромонікелеві або, як їх ще називають, нержавіючі, стали стійкими до корозії. Сильно шкодять стали домішки сірки та фосфору – вони роблять метал крихким.

■ 68. Які найважливіші заліза вам відомі?
69. У чому головна відмінність стали від чавуну?
70. Які властивості чавуну та які види чавуну ви знаєте?
71. Що таке леговані сталі та легуючі добавки?

Доменний процес

Чавун виходить шляхом відновлювального плавлення в доменних печах. Це величезні споруди тридцятиметрової висоти, що видають за добу понад 2000 т чавуну. Схема влаштування доменної печі наведена на рис. 83.
Верхня частина домни, якою завантажується шихта, називається колошником. Через колошник шихта

Мал. 83. Схема влаштування доменної печі.

потрапляє в довгу шахту печі, що розширюється донизу, що полегшує пересування матеріалу, що завантажується зверху вниз. У міру пересування шихти до найширшої частини печі - розпару - з нею відбувається ряд перетворень, в результаті яких утворюється чавун, що стікає в горн - найбільш гарячу частину печі. Тут же збирається шлак. Чавун і шлак випускають із печі через спеціальні отвори в горні, звані льотками. Через верхню частину горна в домну вдмухують повітря, що підтримує горіння палива в печі.

Розглянемо хімічні процеси, які протікають при виплавці чавуну. Шихта доменної печі, тобто комплекс завантажуваних до неї речовин, складається із залізної руди, палива та флюсів, або плавнів. Залізних руд є багато. Головні руди - магнітний залізняк Fe3О4, червоний залізняк Fe2О3, бурий залізняк 2Fe2О8 · 3H2О. У доменному процесі як залізна руда застосовується сидерит FeCO3, а іноді FeS2, що перетворюється після випалу в колчеданних печах на огарок Fe2О3, який і може використовуватися в металургії. Така руда менш бажана через велику домішку сірки. Виплавляють у доменній печі не тільки чавун, а й феросплави. Паливо, що завантажується в піч, служить одночасно для підтримки високої температури в печі і відновлення заліза з руди, а також бере участь в утворенні сплаву з вуглецем. Паливом зазвичай служить кокс.

У процесі виплавки чавуну кокс газифікується, перетворюючись, як і в газогенераторі, спочатку на двоокис а потім на окис вуглецю:
З + О2 = СО3 СО2 + З = 2СО
Окис вуглецю, що утворюється, є хорошим газоподібним відновником. З її допомогою відбувається відновлення залізняку:
Fe2О3 + 3СО = 3СО2 + 2Fe
Разом із рудою, що містить залізо, у піч обов'язково потрапляють домішки порожньої породи. Вони бувають дуже тугоплавки і можуть закупорити піч, яка працює безперервно довгі роки. Для того, щоб порожню породу було легко витягти з печі, її переводять у легкоплавке з'єднання, перетворюючи флюсами (плавнями) на шлак. Для переведення в шлак основної породи, що містить, наприклад, вапняк, який розкладається в печі за рівнянням
СаСО3 = СаО + СО2
додають пісок. Сплавляючись з окисом кальцію, пісок утворює силікат:
СаО + SiO3 = CaSiO3
Ця речовина з незрівнянно нижчою температурою плавлення. У рідкому стані вона може бути випущена з печі.

Якщо ж кисла порода, що містить велику кількість двоокису кремнію, то тоді в піч завантажується, навпаки, вапняк, який переводить двоокис кремнію в силікат, і в результаті виходить такий же шлак. Раніше шлак був відходом, а тепер його охолоджують водою та використовують як будівельний матеріал.
Для підтримки горіння палива в домну безперервно подається підігріте, збагачене киснем повітря. Підігрівається він у спеціальних повітронагрівачах - кіуперах. Каупер - висока вежа, складена з вогнетривкої цегли, куди відводять гарячі гази, що відходять з домни. Доменні гази містять двоокис вуглецю СО2, N2 і окис вуглецю СО. Окис вуглецю згоряє в каупері, тим самим підвищуючи його температуру. Потім доменні гази автоматично спрямовуються в інший каупер, а через перший починається продування повітря, що спрямовується в домну. У розжареному каупері повітря нагрівається, і таким чином економиться паливо, яке у великій кількості витрачалося б на підігрів повітря, що надходить у домну. Кожна домна має кілька кауперів.

■ 72. Який склад-шихти доменної печі?
73. Перерахуйте основні хімічні процеси, які протікають під час виплавки чавуну.
74. Яким є склад доменного газу і як він використовується в кауперах?
75. Скільки чавуну, що містить 4% вуглецю, можна отримати з 519, 1 кг магнітного залізняку, що містить 10% домішок?
76. Яка кількість коксу дає об'єм окису вуглецю, достатній для відновлення 320 кг окису заліза, якщо кокс містить 97% чистого вуглецю?
77. Як слід обробити сидерит і щоб з них можна було отримати залізо?

Виплавлення сталі

Сталь виплавляється у трьох видах печей – у мартенівських регенеративних печах, безсемерівських конвертерах та електропечах.
Мартенівська піч – найсучасніша піч, призначена для виплавки головної маси сталі (рис. 84). Мартенівська піч, на відміну від доменної, не є безперервно діючою піччю.

Мал. 84. Схема влаштування мартенівської печі

Головна частина її – це ванна, куди через вікна спеціальною машиною завантажують необхідні матеріали. Ванна спеціальними ходами з'єднана з регенераторами, які служать для нагрівання горючих газів та повітря, що подаються в піч. Нагрівання відбувається за рахунок тепла продуктів горіння, які іноді пропускають через регенератори. Оскільки їх кілька, то вони працюють по черзі і по черзі нагріваються. Мартенівська піч може видавати до 500 т за одну плавку.

Шихта мартенівської печі дуже різноманітна: до складу шихти входять чавун, металобрухт, руда, флюси (плавні) такого ж характеру, як і в доменному процесі. Як і в доменному процесі, при виплавці сталі здійснюється підігрів повітря і горючих газів в регенераторах за рахунок тепла газів, що відходять. Паливом у мартенівських печах є або мазут, що розпорошується форсунками, або горючі гази, які нині застосовуються особливо широко. Паливо тут служить лише підтримки високої температури печі.
Процес виплавки стали принципово відрізняється від доменного процесу, оскільки доменний процес - процес відновлювальний, а виплавка стали -процес окисний, мета якого знизити вміст вуглецю шляхом його окислення в масі металу. Процеси, які при цьому протікають, досить складні.

Що міститься в руді і надходить з повітрям у піч для спалювання газоподібного палива, окислює , а також значну кількість заліза, перетворюючи його в основному на окис заліза (II): 2Fe + О2 = 2FeO
Що містяться в чавуні або будь-які домішки інших металів при високій температурі відновлюють отриманий окис заліза (II) знову до металевого заліза згідно з рівнянням: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Мn + FeO = МnО + Fe
Аналогічно реагує з окисом заліза (II) і : + FeO = Fe + СО
Наприкінці процесу відновлення окису заліза (II) (чи, як кажуть, для «розкислення» її) додають «раскислители»- феросплави. Наявні в них добавки марганцю, кремнію відновлюють оксид заліза (II), що залишився, за вказаними вище рівняннями. Після цього плавлення закінчується. Плавка в мартенівських печах триває 8-10 годин.

Мал. 85. Схема пристрою конвертора Бессемера

Безсемерівський конвертор (рис. 85) - пекти старішого зразка, але з дуже високою продуктивністю. Так як конвертор працює без витрат палива, цей спосіб виробництва сталі займає значне місце в металургії. Конвертор - грушоподібна сталева посудина ємністю 20-30 т, футерована зсередини вогнетривкою цеглою. Кожна плавка у конверторі триває 12-15 хвилин. Конвертор має ряд недоліків: він може працювати лише на рідкому чавуні. Це з тим, що окислення вуглецю ведеться повітрям, що пропускається знизу через всю масу рідкого чавуну, що значно прискорює плавку і посилює інтенсивність окислення. Природно, що «чад» заліза у разі особливо великий. У той же час короткий термін плавки не дозволяє регулювати її, додавати легуючі домішки, тому в конверторах головним чином виплавляють вуглецеві сталі. Наприкінці плавки подачу повітря припиняють і, як і в мартенівському процесі, додають розкислювачі.

В електропечах (рис. 86) виплавляється легована сталь спеціальних сортів, головним чином з високою температурою плавлення, що містить , та інші добавки. Готову сталь направляють у прокатку. Там на величезних прокатних станах - блюмінгах і слябінгах - стискають розпечені сталеві болванки за допомогою валків, що дозволяють виготовляти із сталевого зливка різноманітні форми.

Рис 86. Схема електродугової печі. 1-електроди, 2- завантажувальне вікно, 3- жолоб для випуску сталі, 4- поворотний механізм

Залізо у вигляді сплавів знаходить широке застосування у народному господарстві. Без нього не обходиться жодна галузь народного господарства. З метою економії чорних металів нині у міру можливості намагаються замінювати їх синтетичними матеріалами.
З чорних металів виготовляють верстати та автомобілі, літаки та інструменти, арматуру для залізобетонних конструкцій, жерсть для консервних коробок та покрівельне листове залізо, кораблі та мости, сільськогосподарські машини та балки, труби та цілий ряд побутових виробів.

■ 78. У чому принципова відмінність процесу виплавки сталі від доменного процесу?
79. Які печі є для виплавки сталі?
80. Що таке регенератори в мартенівській печі?

81. Вкажіть склад шихти мартенівської печі та її відмінність від складу шихти доменної печі?
82. Що таке "розкислювачі"?
83. Чому виплавку сталі називають окислювальною плавкою?
84. Скільки сталі, що містить 1% вуглецю, можна отримати зі 116,7 кг чавуну, що містить 4% вуглецю?
85. Скільки потрібно феромарганцю, що містить 80% марганцю, щоб «розкислити» 36 кг закису заліза?

Залізо, побічна підгрупа VIII групи

ЗАЛІЗИ ТА ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ Властивості сталей різноманітні. Є сталі, призначені для тривалого перебування в морській воді, сталі, що витримують високу температуру та...

Розташовується у четвертому періоді.
Атомна вага заліза 55, 84, заряд ядра +26. Розподіл електронів за енергетичними рівнями (+26): 2, 8, 14, 2. Електронна конфігурація зовнішнього та переднього шару заліза 3s23p63d64s2.

Таким чином, у атома заліза, крім двох s-електронів четвертого зовнішнього шару, є ще шість d-електронів третього переднього шару. З цих d-Електронів найбільш активні 4 неспарених. Отже, в утворенні валентних зв'язків заліза особливо бере активну участь 6 електронів - 2 із зовнішнього та 4 із передзовнішнього шарів. Найбільш поширеними ступенями окислення заліза є Fe +2 і Fe +3. Залізо - один з найпоширеніших у природі елементів. За поширеністю серед інших елементів воно посідає четверте місце.

■ 57. Виходячи з будови атома заліза, а також розподілу електронів за орбіталями, вкажіть можливі ступені окислення цього елемента.

Залізо у вільному стані являє собою сріблясто-сірий блискучий метал із щільністю 7,87°, температурою плавлення 1535° та температурою кипіння 2740°. Залізо має яскраво виражені феромагнітні властивості, тобто під впливом магнітного поля намагнічується і при припиненні дії поля зберігає магнітні властивості, саме стаючи магнітом. Такі властивості мають всі елементи групи заліза.
За хімічними властивостями залізо дуже активним металом. За відсутності вологи залізо на повітрі не змінюється, але при впливі вологи та кисню повітря піддається сильної корозії і покривається пухкою плівкою іржі, що є залізом, які не захищають його від подальшого окислення, і залізо поступово окислюється у всій своїй масі:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 · 2H2O
Розроблено низку методів захисту цього найціннішого металу від корозії.

У ряді напруг залізо розташовується ліворуч від водню. У зв'язку з цим воно легко піддається дії розведених кислот, перетворюючись на сіль двовалентного заліза, наприклад:
Fe + 2НСl = FeCl2 + Н2
З концентрованими сірчаною та азотною кислотами залізо не реагує. Ці кислоти створюють на поверхні металу таку міцну і щільну плівку окису, що метал стає пасивним і вже не вступає в інші реакції. У той же час при безпосередній взаємодії з такими сильними окислювачами, як , залізо завжди виявляє ступінь окислення +3:
2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
Залізо входить у реакцію з перегрітою парою; при цьому з води витісняється , а розпечене залізо перетворюється на оксид, причому це завжди або закис заліза FeO, або закис-окис заліза Fe3O4(Fe2O3 · FeO):
Fe + Н2О = FeO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Розпечене в чистому кисні залізо енергійно згоряє з утворенням залізної окалини (див. рис. 40).

3Fe + 2O2 = Fe3O4

При прожарюванні залізо утворює з вуглецем сплав і одночасно карбід заліза Fe3C.

■ 58. Перелічіть фізичні властивості заліза.
59. Які хімічні властивості заліза? Дайте відповідь.

З'єднання заліза

Залізо утворює два ряди сполук - з'єднання Fe +2 і Fe +3. Для заліза характерні два окисли - закис FeO і окис Fe2O3. Щоправда, відомий змішаний оксид Fe3O4, молекула якого є дво- і тривалентного заліза: Fe2O3 · FeO. Цей окис називається також залізною окалиною, або закисом-окисом заліза.

З'єднання закисного заліза менш стійкі, ніж окисно-о, і за наявності окислювача, навіть якщо ним є лише повітря, зазвичай переходять у з'єднання тривалентного заліза. Наприклад, гідроокис заліза (II) Fe(OH)2 являє собою білу тверду речовину, але в чистому вигляді її можна отримати лише тоді, коли розчини реагуючих речовин не містять розчиненого кисню і якщо реакцію вести у відсутність кисню повітря:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Сіль, з якої одержують гідроокис заліза (II), звичайно, не повинна містити найменшої домішки окисних сполук. Оскільки такі умови створити у звичайній навчальній лабораторії дуже важко, гідроксид заліза (II) виходить у вигляді більш менш темно-зеленого осаду драглистого виду, що свідчить про окислення сполук двовалентного заліза, що відбувається, в тривалентне. Якщо гідроокис заліза (II) тримати тривалий час на повітрі, поступово відбувається перетворення її на гідроокис заліза (III) Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2O = 4Fe(OH)3
заліза є типовими нерозчинними гідроксидами. Гідроокис заліза (II) має основні властивості, а у Fe(OH)3 дуже слабко виражені амфотерні властивості.

■ 60. Перерахуйте властивості окису заліза як типового основного оксиду. Дайте відповідь. Усі рівняння реакцій напишіть у повній та скороченій іонних формах.

61. Перерахуйте властивості гідроксиду заліза (II). Підтвердьте відповідь рівняннями реакцій.

Серед солей заліза (II) найбільше значення має залізний купорос FeSO4 · 7H2O, до складу якого входить 7 молекул кристалізаційної води. Залізний купорос добре розчиняється у воді. Застосовується він боротьби з шкідниками сільського господарства, і навіть під час виготовлення барвників.
З солей тривалентного заліза найбільше значення має хлорид заліза FeCl3, що є дуже гігроскопічні помаранчеві кристали, які при зберіганні поглинають воду і розпливаються в коричневу кашку.

Солі заліза (II) легко можуть переходити в солі заліза (III), наприклад, при нагріванні з азотною кислотою або перманганатом калію в присутності сірчаної кислоти:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4Н2O
Окислення солей Fe +2 в солі Fe +3 може відбуватися і під дією кисню повітря при зберіганні цих сполук, але цей процес більш тривалий. Для розпізнавання катіонів Fe 2+ та Fe 3+ служать дуже характерні специфічні реактиви. Наприклад, для розпізнавання двовалентного заліза беруть червону кров'яну сіль K3, яка за наявності іонів двовалентного заліза дає з ними характерний інтенсивний синій осад турнбулевої сині:
3FeSО4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SО4
або в іонному вигляді
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
Для розпізнавання солей Fe3+ застосовують реакцію із жовтою кров'яною сіллю K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
У цьому випадає інтенсивного синього кольору осад берлінської блакиті. Берлінська блакить і турнбулева синь використовуються як барвники.
Крім того, тривалентне залізо можна розпізнавати за допомогою розчинних солей - роданіду калію KCNS або роданіду амонію NH4CNS. При взаємодії цих речовин із солями Fe(III) розчин набуває криваво-червоного забарвлення.

■ 62. Перерахуйте властивості солей Fe+3 та Fe+2. Який ступінь окислення є більш стійким?
63. Як здійснити перетворення солі Fe +2 на сіль Fe +3 і навпаки? Наведіть приклади.

Реакція йде за рівнянням:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3КСl
або в іонному вигляді
Fe 3+ + 3CNS - = Fe(CNS),
З'єднання заліза грають велику роль життя організмів. Наприклад, воно входить до складу головного білка крові – гемоглобіну, а також зеленої рослини – хлорофілу. Залізо надходить до організму переважно у складі органічних речовин харчових продуктів. Багато заліза містять яблука, яйця, шпинат, буряк. Як лікарські препарати залізо застосовується у вигляді солей органічних кислот. Хлорид заліза служить кровоспинним засобом.

■ 64. У трьох пробірках знаходяться: а) сульфат заліза (II), б) сульфат заліза (III) та в) хлорид заліза (III). Як визначити, у якій пробірці якась сіль?
65. Як здійснити низку перетворень:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Дані такі: залізо, їдкий натр. Як, користуючись лише цими речовинами, отримати гідроокис заліза (ІІ) та гідроокис заліза (ІІІ)?
67. Розчин, що містить хлорид хрому (III) та хлорид заліза (III), обробили надлишком лугу. Отриманий осад відфільтрували. Що залишилося на фільтрі та що перейшло у фільтрат? Дайте обґрунтовану відповідь за допомогою рівнянь реакцій у молекулярній, повній іонній та скороченій іонній формах.

Сплави заліза

Залізо є основою чорної металургії, тому його видобувають у величезних кількостях. Нова програма розгорнутого будівництва комунізму передбачає 1980 р. виробництво 250 млн. т стали. Це у 3,8 рази більше, ніж у 1960 р.
Залізо майже ніколи не застосовується у чистому вигляді, а лише у вигляді сплавів. Найважливішими сплавами заліза є його з вуглецем - різні чавуни та сталі. Основна відмінність чавуну від сталі у вмісті вуглецю: у чавуні міститься понад 1,7% вуглецю, а сталі – менше 1,7%.

Велике практичне значення мають феросплави (сплав заліза з кремнієм), ферохром (сплав заліза з хромом), феромарганець (сплав заліза з марганцем). Феросплави - це чавуни, що містять понад 10% заліза та не менше 10% відповідного компонента. Крім того, в них є ті самі елементи, що і в чавуні. Феросплави застосовуються в основному при «розкисленні» сталі і як домішки, що легують.
Серед чавунів розрізняють лінійні та передільні. Ливарний чавун використовується для виливків різних деталей, перероблений-переплавляється на сталь, так як має дуже високу твердість і не піддається обробці. Передільний чавун білого кольору, а ливарний – сірого. Передільний чавун містить більше марганцю.

Стали бувають вуглецеві та леговані. Вуглецеві сталі зазвичай є сплавом заліза з вуглецем, а леговані містять легуючі добавки, тобто домішки інших металів, що надають стали більш цінні властивості. надає сталі ковкість, пружність, стійкість при загартуванні, і - твердість і жароміцність. Стали з добавками цирконію дуже пружні та пластичні; їх використовують із виготовлення броньових плит. Домішки марганцю роблять сталь стійкою до удару та тертя. Бор підвищує ріжучі властивості сталі під час виготовлення інструментальних сталей.
Іноді навіть незначні домішки рідкісних металів надають нові властивості. Якщо витримати сталеву деталь у порошку берилію при температурі 900-1000°, твердість сталі, її зносостійкість сильно підвищується.
Хромонікелеві або, як їх ще називають, нержавіючі, стали стійкими до корозії. Сильно шкодять стали домішки сірки та фосфору – вони роблять метал крихким.

■ 68. Які найважливіші заліза вам відомі?
69. У чому головна відмінність стали від чавуну?
70. Які властивості чавуну та які види чавуну ви знаєте?
71. Що таке леговані сталі та легуючі добавки?

Доменний процес

Чавун виходить шляхом відновлювального плавлення в доменних печах. Це величезні споруди тридцятиметрової висоти, що видають за добу понад 2000 т чавуну. Схема влаштування доменної печі наведена на рис. 83.
Верхня частина домни, якою завантажується шихта, називається колошником. Через колошник шихта

Мал. 83. Схема влаштування доменної печі.

потрапляє в довгу шахту печі, що розширюється донизу, що полегшує пересування матеріалу, що завантажується зверху вниз. У міру пересування шихти до найширшої частини печі - розпару - з нею відбувається ряд перетворень, в результаті яких утворюється чавун, що стікає в горн - найбільш гарячу частину печі. Тут же збирається шлак. Чавун і шлак випускають із печі через спеціальні отвори в горні, звані льотками. Через верхню частину горна в домну вдмухують повітря, що підтримує горіння палива в печі.

Розглянемо хімічні процеси, які протікають при виплавці чавуну. Шихта доменної печі, тобто комплекс завантажуваних до неї речовин, складається із залізної руди, палива та флюсів, або плавнів. Залізних руд є багато. Головні руди - магнітний залізняк Fe3О4, червоний залізняк Fe2О3, бурий залізняк 2Fe2О8 · 3H2О. У доменному процесі як залізна руда застосовується сидерит FeCO3, а іноді FeS2, що перетворюється після випалу в колчеданних печах на огарок Fe2О3, який і може використовуватися в металургії. Така руда менш бажана через велику домішку сірки. Виплавляють у доменній печі не тільки чавун, а й феросплави. Паливо, що завантажується в піч, служить одночасно для підтримки високої температури в печі і відновлення заліза з руди, а також бере участь в утворенні сплаву з вуглецем. Паливом зазвичай служить кокс.

У процесі виплавки чавуну кокс газифікується, перетворюючись, як і в газогенераторі, спочатку на двоокис а потім на окис вуглецю:
З + О2 = СО3 СО2 + З = 2СО
Окис вуглецю, що утворюється, є хорошим газоподібним відновником. З її допомогою відбувається відновлення залізняку:
Fe2О3 + 3СО = 3СО2 + 2Fe
Разом із рудою, що містить залізо, у піч обов'язково потрапляють домішки порожньої породи. Вони бувають дуже тугоплавки і можуть закупорити піч, яка працює безперервно довгі роки. Для того, щоб порожню породу було легко витягти з печі, її переводять у легкоплавке з'єднання, перетворюючи флюсами (плавнями) на шлак. Для переведення в шлак основної породи, що містить, наприклад, вапняк, який розкладається в печі за рівнянням
СаСО3 = СаО + СО2
додають пісок. Сплавляючись з окисом кальцію, пісок утворює силікат:
СаО + SiO3 = CaSiO3
Ця речовина з незрівнянно нижчою температурою плавлення. У рідкому стані вона може бути випущена з печі.

Якщо ж кисла порода, що містить велику кількість двоокису кремнію, то тоді в піч завантажується, навпаки, вапняк, який переводить двоокис кремнію в силікат, і в результаті виходить такий же шлак. Раніше шлак був відходом, а тепер його охолоджують водою та використовують як будівельний матеріал.
Для підтримки горіння палива в домну безперервно подається підігріте, збагачене киснем повітря. Підігрівається він у спеціальних повітронагрівачах - кіуперах. Каупер - висока вежа, складена з вогнетривкої цегли, куди відводять гарячі гази, що відходять з домни. Доменні гази містять двоокис вуглецю СО2, N2 і окис вуглецю СО. Окис вуглецю згоряє в каупері, тим самим підвищуючи його температуру. Потім доменні гази автоматично спрямовуються в інший каупер, а через перший починається продування повітря, що спрямовується в домну. У розжареному каупері повітря нагрівається, і таким чином економиться паливо, яке у великій кількості витрачалося б на підігрів повітря, що надходить у домну. Кожна домна має кілька кауперів.

■ 72. Який склад-шихти доменної печі?
73. Перерахуйте основні хімічні процеси, які протікають під час виплавки чавуну.
74. Яким є склад доменного газу і як він використовується в кауперах?
75. Скільки чавуну, що містить 4% вуглецю, можна отримати з 519, 1 кг магнітного залізняку, що містить 10% домішок?
76. Яка кількість коксу дає об'єм окису вуглецю, достатній для відновлення 320 кг окису заліза, якщо кокс містить 97% чистого вуглецю?
77. Як слід обробити сидерит і щоб з них можна було отримати залізо?

Виплавлення сталі

Сталь виплавляється у трьох видах печей – у мартенівських регенеративних печах, безсемерівських конвертерах та електропечах.
Мартенівська піч – найсучасніша піч, призначена для виплавки головної маси сталі (рис. 84). Мартенівська піч, на відміну від доменної, не є безперервно діючою піччю.

Мал. 84. Схема влаштування мартенівської печі

Головна частина її – це ванна, куди через вікна спеціальною машиною завантажують необхідні матеріали. Ванна спеціальними ходами з'єднана з регенераторами, які служать для нагрівання горючих газів та повітря, що подаються в піч. Нагрівання відбувається за рахунок тепла продуктів горіння, які іноді пропускають через регенератори. Оскільки їх кілька, то вони працюють по черзі і по черзі нагріваються. Мартенівська піч може видавати до 500 т за одну плавку.

Шихта мартенівської печі дуже різноманітна: до складу шихти входять чавун, металобрухт, руда, флюси (плавні) такого ж характеру, як і в доменному процесі. Як і в доменному процесі, при виплавці сталі здійснюється підігрів повітря і горючих газів в регенераторах за рахунок тепла газів, що відходять. Паливом у мартенівських печах є або мазут, що розпорошується форсунками, або горючі гази, які нині застосовуються особливо широко. Паливо тут служить лише підтримки високої температури печі.
Процес виплавки стали принципово відрізняється від доменного процесу, оскільки доменний процес - процес відновлювальний, а виплавка стали -процес окисний, мета якого знизити вміст вуглецю шляхом його окислення в масі металу. Процеси, які при цьому протікають, досить складні.

Що міститься в руді і надходить з повітрям у піч для спалювання газоподібного палива, окислює , а також значну кількість заліза, перетворюючи його в основному на окис заліза (II): 2Fe + О2 = 2FeO
Що містяться в чавуні або будь-які домішки інших металів при високій температурі відновлюють отриманий окис заліза (II) знову до металевого заліза згідно з рівнянням: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Мn + FeO = МnО + Fe
Аналогічно реагує з окисом заліза (II) і : + FeO = Fe + СО
Наприкінці процесу відновлення окису заліза (II) (чи, як кажуть, для «розкислення» її) додають «раскислители»- феросплави. Наявні в них добавки марганцю, кремнію відновлюють оксид заліза (II), що залишився, за вказаними вище рівняннями. Після цього плавлення закінчується. Плавка в мартенівських печах триває 8-10 годин.

Мал. 85. Схема пристрою конвертора Бессемера

Безсемерівський конвертор (рис. 85) - пекти старішого зразка, але з дуже високою продуктивністю. Так як конвертор працює без витрат палива, цей спосіб виробництва сталі займає значне місце в металургії. Конвертор - грушоподібна сталева посудина ємністю 20-30 т, футерована зсередини вогнетривкою цеглою. Кожна плавка у конверторі триває 12-15 хвилин. Конвертор має ряд недоліків: він може працювати лише на рідкому чавуні. Це з тим, що окислення вуглецю ведеться повітрям, що пропускається знизу через всю масу рідкого чавуну, що значно прискорює плавку і посилює інтенсивність окислення. Природно, що «чад» заліза у разі особливо великий. У той же час короткий термін плавки не дозволяє регулювати її, додавати легуючі домішки, тому в конверторах головним чином виплавляють вуглецеві сталі. Наприкінці плавки подачу повітря припиняють і, як і в мартенівському процесі, додають розкислювачі.

В електропечах (рис. 86) виплавляється легована сталь спеціальних сортів, головним чином з високою температурою плавлення, що містить , та інші добавки. Готову сталь направляють у прокатку. Там на величезних прокатних станах - блюмінгах і слябінгах - стискають розпечені сталеві болванки за допомогою валків, що дозволяють виготовляти із сталевого зливка різноманітні форми.

Рис 86. Схема електродугової печі. 1-електроди, 2- завантажувальне вікно, 3- жолоб для випуску сталі, 4- поворотний механізм

Залізо у вигляді сплавів знаходить широке застосування у народному господарстві. Без нього не обходиться жодна галузь народного господарства. З метою економії чорних металів нині у міру можливості намагаються замінювати їх синтетичними матеріалами.
З чорних металів виготовляють верстати та автомобілі, літаки та інструменти, арматуру для залізобетонних конструкцій, жерсть для консервних коробок та покрівельне листове залізо, кораблі та мости, сільськогосподарські машини та балки, труби та цілий ряд побутових виробів.

■ 78. У чому принципова відмінність процесу виплавки сталі від доменного процесу?
79. Які печі є для виплавки сталі?
80. Що таке регенератори в мартенівській печі?

81. Вкажіть склад шихти мартенівської печі та її відмінність від складу шихти доменної печі?
82. Що таке "розкислювачі"?
83. Чому виплавку сталі називають окислювальною плавкою?
84. Скільки сталі, що містить 1% вуглецю, можна отримати зі 116,7 кг чавуну, що містить 4% вуглецю?
85. Скільки потрібно феромарганцю, що містить 80% марганцю, щоб «розкислити» 36 кг закису заліза?

Залізо, побічна підгрупа VIII групи

ЗАЛІЗИ ТА ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ Властивості сталей різноманітні. Є сталі, призначені для тривалого перебування в морській воді, сталі, що витримують високу температуру та...

Підгрупа складається з 9 елементів і є у цьому сенсі унікальною у Періодичній таблиці. Іншою унікальною властивістю цієї групи є те, що елементи цієї підгрупи не досягають вищого ступеня окиснення (за винятком Ru та Os). Загальноприйнятим є розподіл 9 елементів на 4 сімейства: тріаду заліза та діади Ru-Os, Rh-Ir, Pd-Pt. Такий поділ виправдано кайносиметричністю 3d-підрівня елементів Fe, Co і Ni, а також лантаноїдним стисненням у Os, Ir та Pt.

Хімія елементів тріади заліза Прості речовини

Залізо за поширеністю Землі займає четверте місце, проте його частина перебуває у непридатному для промислового використання стані (алюмосилікати). Промислове значення мають лише руди на основі оксидів заліза FeO та Fe 2 O 3 . Кобальт і нікель - малопоширені елементи, які хоч і утворюють власні мінерали, в промисловості видобуваються з поліметалевих руд.

Одержання елементів зводиться до відновлення їх із оксидів. Як відновник використовують похідні вуглецю (кокс, CO), тому одержуваний метал містить до кількох відсотків вуглецю. Залізо, що містить понад 2% вуглецю, називається чавуном; цей матеріал добре підходить для лиття масивних виробів, але механічна міцність його невелика. Шляхом випалювання вуглецю в мартенівських печах чи конверторах одержують сталь, з якої можна отримувати механічно міцні вироби. Залежність властивостей матеріалу від способу його отримання та обробки особливо добре видно для заліза: поєднання загартування та відпустки дозволяє отримати різні за властивостями матеріали.

Отримання Co та Ni – складний процес. На кінцевому етапі оксиди металів (CoO, Co 2 O 3 NiO) відновлюють вугіллям, і отриманий метал очищають електролізом.

Властивості простих речовин сильно залежить від наявності у яких домішок інших елементів. Чисті компактні метали стійкі на повітрі при нормальних температурах за рахунок утворення міцної оксидної плівки, особливо Ni. Однак у високодисперсному стані ці метали пірофорні, тобто. самозаймисті.

При нагріванні Fe, Co, Ni реагують з основними неметалами, причому взаємодія заліза з хлором відбувається особливо інтенсивно через леткість FeCl 3 , що утворюється, який не захищає поверхню металу від окислення. Навпаки, взаємодія Ni з фтором практично не відбувається через утворення міцної плівки фториду, тому нікелеву апаратуру використовують під час роботи з фтором.

З воднем Fe, Co, Ni не утворюють певних сполук, але здатні поглинати його у помітних кількостях, особливо у високодисперсному стані. Тому метали сімейства заліза є добрими каталізаторами процесів гідрування.

З неокислюючими кислотами метали добре реагують:

Е + 2HCl  ЕCl 2 + H 2

Окислювальні кислоти пасивують метали, а з лугами реакція не протікає через основний характер оксидів металів.

З'єднання е(0)

Цей ступінь окислення характерний для карбонілів. Залізо утворює карбоніл складу Fe(CO) 5 кобальт - Co 2 (CO) 8 а нікель - Ni(CO) 4 . Карбоніл нікелю утворюється особливо легко (50 °C, атмосферний тиск), тому його використовують для одержання чистого нікелю.

З'єднання Е(+2)

Стійкість сполук у цій мірі окиснення зростає від Fe до Ni. Це з тим, що збільшення заряду ядра при незмінному розмірі атома посилює зв'язок між ядром і d-электронами, тому останні важче відриваються.

З'єднання Е(+2) виходять розчиненням металів у кислотах. Гідроксиди Е(OH) 2 випадають в осад для додавання до водних розчинів солей розчину лугу:

ЕCl 2 + 2NaOH = Е(OH) 2  + 2NaCl

Звідси можна дійти невтішного висновку про схильності солей аналізованих металів гідролізу по катіону. В результаті гідролізу виходять різні продукти, у тому числі поліядерні комплекси, наприклад NiOH + ,.

Прожарюванням Е(OH) 2 без доступу повітря можна отримати оксиди. Оксиди та гідроксиди виявляють переважно основний характер; ферати (+2), кобальтати (+2) і нікелати (+2) виходять тільки в жорстких умовах, наприклад сплавленням:

Na 2 O + NiO = Na 2 NiO 2

Сульфіди Е(+2) можна осадити з водних розчинів за допомогою Na 2 S або навіть H 2 S (на відміну від MnS, який не осаджується за допомогою H 2 S), але в сильних кислотах ці сульфіди розчиняються, що використовується в хімічному аналізі :

Е 2+ + S 2–  Е 2 S, Е 2 S + 2H + (поз.)  Е 2+ + H 2 S

Зі сполук Е(+2) тільки Fe(+2) виявляє помітні відновлювальні властивості. Так, усі прості (не комплексні) сполуки Fe(+2) окислюються киснем повітря та іншими сильними окислювачами:

4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2  4Fe(OH) 3

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4  5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O

Сполуки кобальту(+2) та нікелю(+2) окислюються тільки сильними окислювачами, наприклад NaOCl:

Е(OH) 2 + NaOCl + x H 2 O  Е 2 O 3  x H 2 O + NaCl

З'єднання Е(+3)

Стійкі сполуки у цій мірі окислення дає залізо і, частково, кобальт. З похідних Ni(+3) є стійкими тільки комплексні сполуки.

Гідроксиди Е(OH) 3 виходять дією лугу на розчини солей або окисленням Е(OH) 2:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl

2Co(OH) 2 + H 2 O 2 = 2Co(OH) 3

При цьому виходять продукти, що містять змінну кількість води (що не мають постійного складу). Оксиди є кінцевими продуктами зневоднення гідроксидів, однак отримати чисті Co 2 O 3 і Ni 2 O 3 не вдається через їхнє розкладання на кисень і нижчий оксид. Для заліза та кобальту вдається отримати оксиди складу Е3O4, які можна розглядати як змішані оксиди ЕOЕ2O3. З іншого боку, Е 3 O 4 є солями, що відповідають кислотній функції гідроксидів Е(OH) 3 .

Fe 2 O 3 + Na 2 O  2NaFeO 2

Набагато краще виражені основні функції Fe(OH) 3:

Fe(OH) 3 + 3HCl  FeCl 3 + 3H 2 O

Зважаючи на те, що Fe(OH) 3 є слабким електролітом, солі Fe(+3) схильні до гідролізу. Продукти гідролізу фарбують розчин у характерний бурий колір, а при кип'ятінні розчину випадає осад Fe(OH) 3:

Fe 3+ + 3H 2 O  Fe(OH) 3 + 3H +

Отримати прості солі Co(+3) та Ni(+3), що відповідають основній функції гідроксиду Е(OH) 3 не вдається: у кислому середовищі протікають окислювально-відновні реакції з утворенням Е(+2):

2Co 3 O 4 + 12HCl  6CoCl 2 + O 2 + 6H 2 O

З'єднання Co(+3) і Ni(+3) можуть бути тільки окислювачами, причому досить сильними, а залізо(+3) не належить до сильних окислювачів. Проте отримати солі Е(+3) з аніоном-відновником (I – , S 2–) не завжди вдається. Наприклад:

2Fe(OH) 3 + 6HI  2FeI 2 + 6H 2 O + I 2

На відміну від кобальту та нікелю, залізо дає похідні Fe(+6), які виходять жорстким окисленням Fe(OH) 3 у лужному середовищі:

2Fe(OH) 3 + 3Br 2 +10KOH  2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

Ферати (+6) є сильнішими окислювачами, ніж перманганати.

Єдина речовина залишається рідкою при температурах аж до 0 К. Кристалізується тільки під тиском 25 атм. має найнижчу температуру кипіння. при температурах нижче 2,2 К рідкий гелій існує у вигляді суміші двох рідин, одна з яких має аномальні властивості – зокрема надплинність (в'язкість нижче в 10 млрд. разів, ніж у води).

Гелій – другий за поширеністю (після водню) елемент у Всесвіті. З нього приблизно на 10% складається Сонце (виявлено 1868 р). На землі гелій був знайдений в 1895 в реакційних газах при розчиненні в кислотах мінералу клевеїта. Інші благородні гази були виділені з повітря.

Неон – легкий газ: він легший за повітря в 1,44 рази, аргону майже в 2 рази, але важчий за гелій у 5 разів. За комплексом властивостей він ближчий до гелію, ніж до аргону. Спектр неону багатий: у ньому виділено понад 900 ліній. Найбільш яскраві лінії складають пучок у червоній, помаранчевій та жовтій частинах спектру на хвилях від 6599 до 5400 Ǻ. Ці промені значно менше поглинаються і розсіюються повітрям та зваженими в ньому частинками, ніж промені коротких хвиль – блакитні, сині, фіолетові.

У 1898 році в Старому Світі при дослідженні за допомогою спектроскопа перших порцій газу, що випаровуються з рідкого повітря, шотландський хімік Вільям Рамзай (Ремзі) спільно з Моррісом Вільямом Трейвером виявили в них новий газ Неон (Ne 6) інертний газ, що міститься в повітрі кількостях.

Аргон одноатомний газ з температурою кипіння (при нормальному тиску) -185,9 ° C (трохи нижче, ніж у кисню, але трохи вище, ніж у азоту), температура плавлення -189,3 ° C У 100 мл води при 20 ° C розчиняється 3,3 мл аргону, у деяких органічних розчинниках аргон розчиняється значно краще, ніж у воді.

Відкритий Дж Релеєм та англійським фізиком У. Рамзаєм 1894 з повітря. Газ відрізнявся одноатомним складом молекул і практично повною хімічною недіяльністю (аргон не вступає в жодні хімічні реакції). новий газ і отримав свою назву (грец. Argos неактивний).

Криптон інертний одноатомний газ без кольору, смаку та запаху. У 3 рази важче за повітря. t пл = - 157,3 про С, t кип = -152,0 про С, щільність при н.у. дорівнює 3,74 г/л. Відкритий в 1898 У. Рамзаєм (Англія) Застосування: для заповнення ламп розжарювання. Сполуки криптону - окислювачі та фторуючі агенти в реакціях хімічного синтезу.

Ксенон - інертний одноатомний газ без кольору, смаку та запаху. Tпл 112 ° C, Tк т 108 ° C, свічення в розряді фіолетовим кольором. У 1889 р англійський учений У Рамзай виділив з рідкого повітря суміш, у якій спектральним методом було відкрито два газу: криптон («прихований», «секретний») і ксенон («чужий», «незвичайний»).

Радон радіоактивний одноатомний газ без кольору та запаху. Розчинність у воді 460 мл/л; в органічних розчинниках, жирової тканини людини розчинність радону в десятки разів вище, ніж у воді. Власна радіоактивність радону викликає його флюоресценцію. Газоподібний і рідкий радон флюоресціює блакитним світлом, Колір свічення в газовому розряді радону синій.

Безбарвні кристали розчиняються у воді. Молекула лінійна. Розчин у воді - дуже сильний окислювач, особливо в кислому середовищі, де окислює бром і марганець до вищих ступенів окислення +7. У лужному середовищі гідролізується за рівнянням: XeF 2 + 4КОН = 2Xe + 4КF + O 2 + 2H 2 O

При взаємодії з водою XeF 4 диспропорціонує: 6XeF H 2 O = 2XeО НF + 4Xe + 3О 2

Утворюється при гідролізі XeF 4. Це біла нелетюча, дуже вибухова речовина, добре розчинна у воді, причому розчин має слаболужну реакцію. При дії озону на такий розчин утворюється сіль ксенонової кислоти, в якій ксенон має ступінь окислення +8: XeО 3 + О 3 + 4NaOH = Na 4 XeО 6 + О Н 2 O

Може бути отриманий при взаємодії перксенату барію з безводною сірчаною кислотою при низьких температурах: Вa 2 XeО 6 + 2Н 2 SO 4 = 2 ВaSO 4 + XeО Н 2 O XeО 4 – безбарвний газ, який дуже вибухонебезпечний і розкладається при температурах вище 0° С : 3XeО 4 = 2XeО 3 + Xe + 3О 2