Физические свойства простых веществ 8 – 10 групп.

Физические свойства простых веществ приведены в таблицах.

Таблица 6.5. Физические свойства элементов семейства железа

Таблица 6.5. Физические свойства элементов легких платиновых металлов

Таблица 6.5. Физические свойства тяжелых платиновых металлов

^* экстраполированное значение

Железо – серебристо-белый, ковкий и пластичный тугоплавкий металл, существующий в форме нескольких полиморфных модификаций. Ниже 917 °C устойчива структура с объемно-центрированной кристаллической решеткой (α-Fe), она обладает ферромагнетизмом. При 769 °C доменная структра разрушается, ферромагнитные свойства исчезают, и железо становится парамагнетиком (β-Fe). Этот фазовый переход сопровождается лишь небольшим увеличением объема кристаллической решетки и резким увеличением теплоемкости, существенных изменений кристаллической структруры при этом не происходит. Дальнейшее нагревание до 917 °C приводит к возникновению более плотной модификации (γ-Fe) с кубической гранецентрированной решеткой. В отличие от α-Fe, оно способно значительно лучше растворять углерод – до 2 % по массе. Образующийся при этом твердый раствор внедрения называют аустенитом, в отличие от феррита – твердого раствора углерода в α-железе, максимальная концентрация которого достигает 0,14 %. При 1400 °C железо вновь приобретает кубическую объемноцентрированную решетку, переходя в новую полиморфную модификацию (δ-Fe), которая сохраняется вплоть до температуры плавления (Рис.6.10. Физические свойства железа: (а) Кривая охлаждения железа, (б) Изменение плотности железа при нагревании, (в) Фазовая диаграмма железа). При сильном сжатии α-железо переходит в гексагональную ε-модификацию, плотность которой в 1,15 раза превосходит плотность α-формы. При атмосферном давлении гексагональная модификация может быть достигнута путем легирования.

Кобальт представляет собой серовато-белый металл, ковкий и тягучий, хорошо полирующийся. По твердости он превосходит сталь и труднее поддается пластической обработке. Ниже 427 °C устойчива гексагональная α-модификация, которая при нагревании переходит в кубическую с гранецентрированной ячейкой (β-Co).

По внешнему виду и физическим свойствам никель напоминает кобальт. Он кристаллизуется в кубической гранецентрированной ячейке, хотя некоторые примеси споосбны стабилизировать метастабильную гексагональную структуру. В отличие от железа и кобальта, он хуже намагничивается и теряет ферромагнитные свойства при гораздо более низкой температуре (358 °C).

В отличие от железа, кобальта и никеля, платиновые металлы очень тугоплавки – их удается расплавить лишь в водородно-кислородном пламени. Металлы пятого и шестого периода различаются по плотности, поэтому их иногда называют легкими (Ru, Rh, Pd) и тяжелыми (Os, Ir, Pt) платиновыми металлами. Металлы восьмой и девятой групп представляют собой твердые хрупкие серовато-белые вещества с высокой плотностью, наибольшей твердостью обладает осмий. В противоположность им платина и палладий довольно мягкие. Они легко куются и, подобно серебру и золоту, вытягиваются в проволоку диаметром до 0,001 мм. По цвету платина отдаленно напоминает серебро, недаром название элемента в переводе с испанского означает «серебришко». Она имеет коэффиицент термического расширения стекла, и поэтому может быть напрямую впаяна в стеклянные изделия. Через раскаленную платину и палладий водород быстро диффундирует. Оба металла способны поглощать значительные количества водорода и некоторых других газов (Сноска: жидкий палладий, подобно серебру, хорошо растворяет кислород), особенно при комнатной температуре. Так, один объем губчатого палладия удерживает до 900 объемов водорода, при этом параметры кристаллической решетки возрастают более чем на 5%. Поглощенный водород находится в металлах в атомарном виде (Сноска: местонахождение атомов водорода в кристаллической решетке металла до конца не ясно, высказываются предположения о том, что при этом образуются гидриды переменного состава или атомы водорода в форме катионов находятся в междоузлиях кристаллической решетки), что обусловливает его высокую химическую активность: при внесении палладия, насыщенного водородом в раствор сульфата меди(II) происходит выделение красного порошка меди, хлор и иод восстанавливаются им до галогеноводородов. На этом основано использование палладия и платины в качестве катализаторов. Нагретая спираль из тонкой платиновой проволоки долго остается в раскаленном состоянии при внесении ее в заполненный воздухом сосуд, содержащий пары спирта или аммиак. Наибольшей каталитической активностью обладает мелкодисперсный металл, например, губчатая платина, получаемая прокаливанием хлороплатината аммония (NH₄)₂PtCl₆, и платиновая чернь, образующаяся при внесении цинка в платинохлористоводородную кислоту. Она вызывает воспламенение водорода и взрыв гремучего газа.