Соединения железа, кобальта, никеля

Мелкодисперсное железо в кислороде сгорает при нагре­вании до образования Fe₃О₄, который является самым устой­чивым оксидом железа и такой же оксид образует кобальт. Эти оксиды являются производными элементов в степенях окис­ления +2, +3 (). Термическое окисление кобальта и никеля протекает при более высоких температурах, при этом образуются NiO и СоО, обладающие переменным составом, зависящим от условий окисления.

Для железа, никеля, кобальта известны оксиды ЭО и Э₂О₃.

Оксиды ЭО и Э₂О₃ нельзя получить в чистом виде пря­мым синтезом, поскольку при этом образуется набор оксидов, каждый из которых является фазой переменного состава. Их получают косвенным путем – разложением некоторых солей и гидроксидов. Оксид Э₂О₃ устойчив только для железа и по­лучается при обезвоживании гидроксида.

Оксиды ЭО нерастворимы в воде и не взаимодействуют с ней и с растворами щелочей. Это же характерно и для соот­ветствующих гидроксидов Э(ОН)₂. С кислотами гидроксиды Э(ОН)₂ легко взаимодействуют с образованием солей. Кис-лотноосновные свойства гидроксидов элементов триады же­леза приведены в таблице 2.

Гидроксид железа (III) Fe(OH)₃ образуется при окислении Fe(OH)₂ кислородом воздуха:

Аналогичная реакция характерна и для кобальта. Гидрок­сид никеля (II) по отношению к кислороду воздуха устойчив. Вследствие этого гидроксиды Э(ОН)₃ различным образом ве­дут себя при взаимодействии с кислотами. Если Fe(OH)3 образует соли железа (III), то реакция Со(ОН)₃ и Ni(OH)₃ с кисло­тами сопровождается их восстановлением до :

Таблица 2

Кислородсодержащие соединения элементов VIII группы побочной подгруппы

Название	Степень окисления	Оксиды	Гидроксиды	Соли
Формула	Характер	Формула	Название	Формула иона	Название
Fe	+2	FeO	основный	Fe(OH)2	Гидроксид железа (II)	Fe2+	Соли железа (II)
+3		амфотерный с преобладанием основного характера		Гидроксид железа (III)   Железистая кислота		Соли железа (III)   Ферриты
+6		кислотный		Железная кислота		Ферраты
Со	+2	СоO	основный	Со(OH)2	Гидроксид кобальта (II)	Со2+	Соли кобальта (II)
+3		основной		Гидроксид кобальта (III)		Соли кобальта (III)
Ni	+2	NiO	основный	Ni(OH)2	Гидроксид никеля (II)	Ni2+	Соли никеля (II)
+3		основной		Гидроксид никеля (III)		Соли никеля (III)

Гидроксид Fe(OH)₃ проявляет и кислотную функцию, реа­гируя с горячими концентрированными растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов, например, Na₃[Fe(OH)₆]. Производные железистой кислоты HFeО₂ (ферриты) получают при сплавлении щелочей или карбонатов с Fe₂О₃:

Ферриты относятся к классу шпинелей. Рас­смотренные выше оксиды Fe₃О₄ и Со₃О₄ формально пред­ставляют собой шпинели FeFe₂О₄ и СоСо₂О₄.

В отличие от кобальта и никеля известны соединения же­леза, в которых его степень окисления равна +6. Ферраты об­разуются при окислении Fe(OH)₃ в горячей концентрирован­ной щелочи в присутствии окислителя:

Ферраты термически нестабильны и при небольшом на­гревании (100 – 200 °С) превращаются в ферриты:

В свободном состоянии железная кислота и соответству­ющий ей оксид FeО₃ не выделены. По растворимости и в структурном отношении ферраты близки к соответствующим хроматам и сульфатам. Феррат калия образуется при сплавле­нии Fe₂О₃ с KNО₃ и КОН:

Ферраты – это красно-фиолетовые кристаллические ве­щества. При нагревании они разлагаются. Кислота H₂FeО₄ не может быть выделена, она мгновенно разлагается на Fe₂О₃, Н₂О и О₂. Ферраты сильные окислители. В кислой и нейт­ральной средах ферраты разлагаются, окисляя воду:

Соединения с неметаллами. Галогениды Fe, Ni, Co сравни­тельно немногочисленны и отвечают наиболее характерным степеням окисления +2 и +3. Для железа известны галогениды FeГ₂ и FeГ₃ со фтором, хлором и бромом. При непосредствен­ном взаимодействии образуются FeF₃, FeCl₃, FeBr₃. Галогениды железа (II), кобальта (II), никеля (II) получают косвенным путем – растворением металла (или его оксида) в соответствующей галогеноводородной кис­лоте. Для кобальта получены фторид кобальта (III) CoF₃ и хлорид кобальта (III) СоС1₃. Никель не образует галогенидов (III). Все галогениды железа (II), кобальта (II), никеля (II) триады железа являются типичными солеобразными соедине­ниями с заметным ионным вкладом в химическую связь.

Железо, кобальт, никель энергично взаимодействуют с халькогенами и образуют халькогениды: ЭХ и ЭХ₂. Монохалькогениды можно получить взаимодействием соответству­ющих компонентов в растворах:

Все халькогениды являются фазами переменного состава.

Соединения металлов триады железа с остальными не­металлами (пниктогены, углерод, кремний, бор) заметно от­личаются от рассмотренных выше. Все они не подчиняются правилам формальной валентности и в большинстве своем обладают металлическими свойствами.

Железо, кобальт, никель поглощают водород, но опреде­ленных соединений с ним не дают. При нагревании раствори­мость водорода в металлах растет. Растворенный в них водо­род находится в атомарном состоянии.

Соли кислородосодержащих кислот и комплексные соедине­ния

Все соли соляной, серной и азотной кислот растворимы в воде.

Соли никеля (II) имеют зеленый цвет, кобальта (II) – си­ний, а их растворы и кристаллогидраты – розовый, напри­мер , соли железа (II) – зеленоватый цвет, а же­леза (III) – бурый. Наиболее важными солями являются: ; – железный купорос, – соль Мора; – железоаммонийные квасцы; и другие.

Способность солей железа, кобальта и никеля к образова­нию кристаллогидратов свидетельствует о склонности этих элементов к комплексообразованию. Кристаллогидраты пред­ставляют собой типичный пример аквакомплексов:

Для элементов триады железа характерны анионные комплексы, например: галогенидные (, , и т.п.), роданидные (, , ), оксалатные (, ).

Особенно характерны и устойчивы цианидные комплексы: K₄[Fe(CN)₆] – гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) и K₃[Fe(CN)₆] – гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль). Эти соли являются важными реактивами для обнаружения ионов Fe³⁺ (желтая соль) и ионов Fe²⁺ (красная соль) при рН = 7:

берлинская лазурь

турнбуллева синь

Берлинская лазурь используется как синяя краска. При добавлении к раствору, содержащему ионы Fe³⁺, роданистых солей, например, KSCN раствор окрашивается в кроваво-красный цвет из-за образования роданида железа (III):

Эта реакция очень чувствительна и используется для обна­ружения иона Fe³⁺.

Для кобальта (II) характерны устойчивые простые соли и неустойчивые комплексные соединения K₂[Co(CNS)₄], К₄[Со(CN)₆], которые переходят в соединения кобальта (III): K₃[Co(CN)₆l, [Co(NH3)₆lCl₃.

Характерными комплексными соединениями железа, ко­бальта и никеля являются карбонилы. Наиболее типичными среди карбонилов яв­ляются [Fe(CO)₅], [Со₂(СО)₈], [Ni(CO)₄]. Карбонилы железа и никеля получают в виде жидкостей при обычном давлении и 20 – 60 °С при пропускании потока СО над порошками метал­лов. Карбонил кобальта получают при 150 – 200 °С и давлении (2 – 3) × 10⁷Па. Это оранжевые кристаллы. Кроме [Fe(CO)₅] существуют карбонилы более сложного состава: [Fe(CO)₉] и трехядерные карбонилы [Fe₂(CO)₁₂], представляющие собой соединения кластерного типа.

Никель (II), наоборот, образует много устойчивых ком­плексных соединений: [Ni(NH3)₆](OH)₂, K₂[Ni(CN)₄]; ион [Ni(NH₃)₆]²⁺ имеет темно-синий цвет. Этой реакцией широко пользуются при качественном и количественном анализе для определения никеля. Соедине­ния никеля и особенно кобальта ядовиты.

Поиск по сайту: