Свойства железа, кобальта, никеля

Указанные элементы относятся к I триаде восьмой группы и резко отличаются по свойствам от элементов II и III триады. Исходя из электронных формул и распределения электронов по квантовым ячейкам:

₂₆Fe ... 3d⁶4s²

₂₇Co ...3d⁷4s²

₂₈Ni ...3d⁸4s²

можно прогнозировать следующие степени окисления: для Fe от 0 до +6 (недавно получено соединение ), для Со от 0 до +5 (комплексные соединения малочисленны и малоизученные), для Ni - от 0 до +4. Таким образом, в ряду: Fe-Co-Ni, четко прослеживается тенденция к снижению устойчивости высших сословий окисления. Программой курса химии для нехимических специальностей предусмотрено изучение свойств металлов и их соединений, в которых ионы металлов имеют наиболее типичные степени окисления - Fe: +2, +3, +6; Co: +2, +3 и Ni: +2, +3.

Стандартные электродные потенциалы железа, кобальта и никеля (-0,44; -0,27 и -0,25В соответственно) свидетельствуют о том, что эти металлы относятся к среднеактивным.

Решая вопрос об отношении Fe, Co, Ni в водных растворов щелочей, кислот, необходимо помнить, что очень концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют железо и никель. В разбавленных неокисляющих кислотах (Н₂SO₄, HCl) эти металлы растворяются с образованием соединений Fe(2+), Co(2+), Ni(2+). Необходимо иметь в виду, что если в степени окисления +2 для всех этих элементов известны оксиды, гидроксиды и соли (простые и комплексные), то в степени окисления +3 Co и Ni не образуют простых солей. Поэтому в реакции: Ni₂O₃ + HCl → ... стоит ожидать образование не NiCl₃, а NiCl₂ (окислительно-восстановительная реакция):

2Ni³⁺ + 2e ® 2Ni²⁺ окислитель

2Cl^- - e ® восстановитель

Типичные металлы в степенях окисления +2, +3, +6 дают оксиды, для которых характерны основные, амфотерные и кислотные свойства соответственно. Fe, Co, Ni в степенях окисления +2, +3 дают многочисленные устойчивые комплексные соединения с различными лигандами (нейтральными, органическими, неорганическими молекулами, анионами). Координационное число железа в большинстве комплексных соединений обычно равно шести, а для кобальта и никеля в соединениях катионного типа 6, анионного типа 4. Надо также отметить, что получены комплексные соединения, в которых Fe, Co и Ni проявляют формальную отрицательную степень окисления, к примеру: .

Задача 1. Предложите способы получения Fe(OH)₃ и Co(OH)₃.

Решение. Для получения Fe(OH)₃ можно использовать общий метод получения нерастворимых в воде оснований, то есть, к раствору соли Fe(3+) нужно добавить раствор щелочи:

Гидроксид кобальта (3+) нельзя получить таким способом, потому что простые соли кобальта (3+) неизвестны. Единственный путь - окисление гидроксида кобальта (2+): .

Co²⁺ - e ® Co³⁺ │ 2 восстановитель

Cl⁺¹ + e ® Cl^- │ 1 окислитель

Задача 2. Какие соли можно получить при сплавлении FeО, Fe₂O₃, FeО₃ со щелочами?

Решение. Поскольку FeО - основный, Fe₂O₃ - амфотерный, FeО₃ - кислотный оксиды, то со щелочами взаимодействует два последних с образованием феррита и феррата соответственно:

Задача 3. Составьте формулы комплексных ионов, которые можно получить из следующих частей: Fe³⁺, Co²⁺, CN^-, NH₃.

Решение. Из приведенных ионов комплексообразователями могут выступать: Fe³⁺, Co²⁺, лигандами - CN^- и NH₃. С учетом этого можно составить, например, формулы следующих комплексных ионов: [Fe(CN)₆]^3-, [Fe(NH₃)₆]²⁺, [Co(CN)₄]^2-, [Co(NH₃)₆]²⁺.