Металлы триады железа

1.

Т Е М А : М Е ТА Л Л Ы
ТРИАДЫ ЖЕЛЕЗА
ВОПРОСЫ:
1. ЖЕЛЕЗО, НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ И
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ.
2 . К О Б А Л ЬТ , Н А Х О Ж Д Е Н И Е В П Р И Р О Д Е , Ф И З И Ч Е С К И Е И
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ.
3. НИКЕЛЬ, НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ И
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ.
4 . Б И О Л О Г И Ч Е С К И Е Ф У Н К Ц И И Ж Е Л Е З А , К О Б А Л ЬТ А , Н И К Е Л Я .

2.

ЖЕЛЕЗО, КОБА ЛЬТ И НИКЕЛЬ – ЭЛЕМЕНТЫ 8 ГРУППЫ
ТАБЛИЦЫ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА. ОНИ ОТНОСЯТСЯ К D –
ЭЛЕКТРОННОМУ СЕМЕЙСТВУ. МАКСИМА ЛЬНАЯ ВА ЛЕНТНОСТЬ
РАВНА 6. НАИБОЛЕЕ ХАРАКТЕРНА ВА ЛЕНТНОСТЬ 2 И 3.
• Вопрос 1. Железо, нахождение в природе, физические и
химические свойства, получение и применение
• В природе железо находится в виде следующих соединений: Fe3O4 –
магнитный железняк; Fe2O3 – красный железняк; Fe2O3•nН2О – бурый
железняк; FeCO3 – сидерит (шпатовый железняк).
• Железо (Fe) – серебристо-белый металл; мягче серебра и золота;
существует в виде четырех аллотропных модификаций (ά, β, γ, δ); ά – при
обычной температуре; переходит в β при 769оС; β переходит в γ при 910оС; γ
переходит в δ при 1400оС; температура плавления 1539оС; ά – железо
ферромагнетик.

3.

• Железо – металл средней активности. Вступает в реакцию практически со всеми
неметаллами. При высокой температуре сгорает в кислороде, образуя Fe3O4. Во влажном
воздухе окисляется (ржавеет):
4Fe + 3O2 +nH2O = 2Fe2O3 •nH2O.
• Железо растворяется в кислотах не окислителях, выделяя водород. При комнатной
температуре и ниже пассивируется в концентрированной азотной и концентрированной
серной кислоте. При нагревании железо в этих кислотах растворяется:
Fe + 4HNO3(разб) → Fe(NO3)3 + NO +2H2O;
Fe + 6HNO3(конц) → Fe(NO3)3 + 3NO2 +3H2O;
6Fe + 12H2SO4(конц) → 3Fe2(SO4)3 + 4SO2 +6H2O.
• Соединения железа. Оксид железа (II) – черное кристаллическое вещество, легко
окисляется кислородом воздуха до Fe2O3. Растворяется в кислотах, Соли FeSO4 и FeCl2 на
воздухе в присутствии кислот окисляется до солей железа (III):
4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 = 2Fe2(SO4)3 +2H2O.

4.

• Действием щелочей на соли железа (II) получают гидроксид железа (II) – белый
студенистый осадок, легко растворяющийся в кислотах. На воздухе в присутствии воды
он окисляется с образованием гидроксида железа (III):
• 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.
• Все соли железа (II) в водных растворах гидролизуются. Железо склонно к образованию
комплексов.
• Оксид железа (III) не растворяется в воде и щелочах, растворяется в кислотах, образуя
соли. Действием щелочей на соли железа (III) получают гидроксид железа (III) – осадок
бурого цвета, который легко растворяется в кислотах с образованием солей железа (III).
При нагревании гидроксид железа (III) разлагается:
• 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O.
• Все соли железа (III) гидролизуются в водных растворах.
• Получают железо восстановлением из оксидов:
• Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O;
• Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO.

5.

• В промышленных масштабах железо получают восстановлением руд
коксом (углем). При этом вначале образуется чугун (сплав железа с
углеродом) с примесями. Затем из чугуна получают сталь, удаляя
примеси и оставляя не более 1,7 % углерода.
• Железо применяется в виде стали и чугуна. Оно входит в состав
нержавеющих сталей. Сульфат железа (III) применяется для окрашивания
кожи, пропитки древесины, борьбы с вредителями с/х культур. Оксид
железа (III) используют как пигмент в красках. Нитрат железа (III)
является протравой при хранении тканей, а хлорид железа (III)
применяют в медицине как дезинфицирующее и кровоостанавливающее
средство.

6.

ВОПРОС 2. КОБАЛЬТ, НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ И
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ
• В природе кобальт встречается в виде соединений: CoAsS2 – кобальтовый спейс;
CoAsS – кобальтовый блеск.
• Кобальт – блестящий металл серого цвета; ковкий и тягучий; полируется;
тверже стали; температура плавления 1495оС; ферромагнетик.
• Активность у кобальта ниже, чем у железа. Наиболее характерная валентность
равна 2. Компактный кобальт не реагирует с кислородом воздуха, но медленно
реагирует при нагревании. С образованием СоО. При температуре 10000С кобальт
сгорает, образуя Со2О3. При высокой температуре кобальт реагирует с другими
неметаллами (серой, углеродом, кремнием, фосфором). Кобальт в кислотах не
окислителях растворяется медленно. Как и железо, пассивируется в
концентрированной азотной и концентрированной серной кислоте при комнатной и
ниже температуре. При нагревании растворяется в этих кислотах аналогично
железу.

7.

• Соединения кобальта. Оксид кобальта (II) – порошок серо-зеленого цвета, не
растворяется в воде и щелочах, растворяется в кислотах, образуя соли.
• Оксид кобальта (III) –буро-черный порошок, Не растворяется в воде и щелочах.
Растворяется в соляной кислоте, но как сильный окислитель восстанавливается, образуя
соли кобальта (II) Co2O3 +6HCl = 2CoCl2 + Cl2 + 3 H2O.
• Гидроксиды кобальта (II) и кобальта (III) не растворяются в воде и щелочах,
растворяются в кислотах, однако соли образуются кобальта (II). Гидроксиды кобальта
термически разлагаются, при этом образуются оксиды кобальта. Гидроксид кобальта (II)
в присутствии воды окисляется медленно кислородом воздуха с образованием
гидроксида кобальта (III), что наблюдается и для гидроксида железа (II) (см. уравнение
реакции для железа). Кобальт склонен к образованию комплексов.
• Получают кобальт обжигом руд с последующим восстановлением оксида кобальта
(III) углем или водородом.
• Применяют кобальт в сплавах. Оксиды кобальта идут на окрашивание стекла и как
пигменты для красок и эмалей.

8.

ВОПРОС 3. НИКЕЛЬ, НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ И
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ
• В природе никель находится в виде соединений – NiS – желтый никелевый колчедан;
NiAs – красный никелевый колчедан; NiSb – брейгаунтит.
• Физические свойства никеля – серебристо-белый металл с сильным блеском; ковкий
и тягучий; хорошо полируется; температура плавления 1455оС; электро- и
теплопроводность в 7 раз ниже, чем у серебра; ферромагнетик, но в меньшей степени,
чем железо.
• В соединениях никель проявляет степень окисления, как правило, +2. Как и кобальт в
компактном виде не реагирует с кислородом и водой. В чистом кислороде порошок
никеля сгорает, образуя оксид никеля (III). При высокой температуре реагирует со
многими другими неметаллами. С выделением водорода медленно реагирует с
кислотами не окислителями. Пассиивруется в концентрированной азотной и
концентрированной серной кислоте при комнатной и ниже температуре. В горячих
растворах азотной и серной кислоты растворяется аналогично железу.

9.

• Соединения никеля. Оксид никеля (II) – зеленоватые кристаллы, не растворяются в
воде и щелочах, растворяются в кислотах, образуя соли никеля (II). Оксид никеля (III) –
черный порошок, также не растворяется в воде и щелочах. Солей никеля (III) не
существует, поэтому при растворении оксида никеля (III) в соляной кислоте, образуется
хлорид никеля (II). Гидроксиды никеля не растворяются в воде и щелочах. Гидроксид
никеля (II) растворяется в кислотах, образуя соли никеля (II). Оба гидроксида термически
разлагаются с образованием соответствующих оксидов. Гидроксид никеля (II) окисляется
сильными окислителями
2Ni(OH)2 + Br2 + 2KOH = 2Ni(OH)3 + 2KBr.
• Окисляется он также электрохимически (например, в аккумуляторах при зарядке
аккумулятора).
• Получают никель обжигом руд с последующим восстановление оксида никеля (III)
углем. Применяют никель для защитных покрытий стали от коррозии, для получения
сплавов с железом, хромом, медью, цинком. Нержавеющие стали обязательно содержат
никель. В больших количествах никель используется в аккумуляторах. Оксид никеля (II)
используется для окраски стекол, в качестве пигмента эмалей и красок.

10.

ВОПРОС 4. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЖЕЛЕЗА,
КОБАЛЬТА, НИКЕЛЯ
• Все эти металлы являются микроэлементами. Железо участвует в процессе переноса
кислорода посредством гемоглобина. Недостаток железа приводит к развитию анемии.
Комплексы железа входят в состав различных ферментов (каталаза, пероксидаза).
Нехватка железа у растений приводит к замедлению синтеза хлорофилла. Однако
избыток железа может привести к негативным последствиям в организме человека.
• Кобальт входит в состав комплексных соединений (витамин В12), которые участвуют
в синтезе гемоглобина. При недостатке кобальта в организме человека и животных могут
развиваться признаки анемии. Избыток кобальта может негативно сказаться на здоровье
человека и животных.
• Никель оказывает влияние на действие многих ферментов, катализирует окисление
сульфгидридных групп (–S–H) в дисульфидные группы (–S–S–), усиливает синтез
аминокислот, содержащих серу. Совместно с кобальтом способствует синтезу
гемоглобина. В избыточных количествах никель опасен для человека и животных.