Распространение в природе и получение. Железо - один из самых распространенных (после А1) металлов, содержание в земной коре составляет 4,65 мас.%

Железо - один из самых распространенных (после А1) металлов, содержание в земной коре составляет 4,65 мас.%. Co и Ni встречается значительно реже –2×10^-3 мас.%.

Основные минералы: Fe₂О₃ - красный железняк, (гематит); Fe₃О₄ - магнитный железняк; или магнетит, СuFeS₂ – халькоперит; FeСО₃ - сидерит; FeS₂ –пирит (железный колчедан).

Кобальт входит в состав полиметаллических руд, сопутствующих Сu, Ni, Fe. Встречается в вине минералов: СоS₂ - кобальт-пирит; СоAsS - кобальтовый блеск.

Минералы никеля: NiS - миллерит; NiAsS-никелевый блеск; NiAs₂- купферникель, NiО -бунзенит.

Сплавы на основе железа принято называть черными металлами, а их производство – черной металлургией.

Выплавка чугуна производится в доменных печах (домнах).

Доменный процесс. Схема химических реакций, протекающих в различных частях доменной печи, представлена на рис. 3.3.

В доменную печь через верхнее отверстие - колошник - загружают шихту, которая состоит из чередующихся слоев руды, кокса и флюсов. Кокс служит источником теплоты, необходимой для процесса восстановления руды; из него же образуется оксид углерода (II), играющий роль восстановителя.

Флюсы необходимы для превращения находящейся в руде пустой породы (кремнезем, глина) в легкоплавкие соединения - шлаки. В нижней части домны, куда поступает воздух, предварительно нагретый до 600...800 °С, интенсивно сгорает кокс; образующийся диоксид углерода проходит через раскаленный кокс и превращается в оксид углерода (II):

С + О₂ = СО₂ и СО₂ + С = 2СО

Восстановление оксида железа (III) до железа можно представить в виде схемы Fe₂O₃ ® Fe₃O₄ ® FeO ® Fe.

Выделяющееся из руды свободное железо постепенно опускается вниз и при температуре около 1200 °С плавится, растворяя уголь. Одновременно образуется карбид железа, или цементит, Fe₃C, который также растворяется в расплавленном металле:

3Fe + 2СО = Fe₃C + СО₂ и 3Fe + С = Fe₃C

Так происходит насыщение железа углеродом и образование чугуна.Находящиеся в руде соединения марганца, кремния и фосфора восстанавливаются раскаленным углем:

МnО + С = Мn + СО

SiO₂ + 2С = Si + 2CO

Р₂О₅ + 5С = 2Р + 5СО

Часть марганца, кремния и серы (из золы) уходит в шлак, остальная часть этих элементов и почти весь фосфор растворяются в расплавленном чугуне.

В качестве флюса для удаления пустой породы применяется известняк СаСО₃, который при высокой температуре разлагается до СаО.

Взаимодействуя с пустой породой (SiO₂, A1₂O₃ и другие оксиды), оксид кальция образует шлак - смесь силикатов и алюминатов кальция.

Расплавленный чугун и шлак стекают в нижнюю часть домны. Состав: Fe » 95%; C » 4,5%; Si » 3%; Mn » 2,5%; вредных примесей : S до 0,08%; P до 2,5 %;

Шлак как более легкий собирается над чугуном, предохраняя его тем самым от окисления поступающим в домну кислородом.

Рис. 3.3.Схема доменного процесса

Чугун и шлак выпускают из доменной печи раздельно через расположенные на разных уровнях отверстия.

Различают следующие виды чугуна.

Литейный. Его применяют для отливки машинных станин, плит и т. д. Он содержит углерод в виде графита и на изломе имеет серый цвет. С этим связано его название серый чугун.

Передельный. Этот чугун идет для дальнейшей переработки в сталь. Углерод находится в нем в виде цементита Fe₃C. Передельный чугун светлее серого и потому называется белым чугуном.

Специальный. Этот чугун используют в производстве высококачественной стали.

Получаемый в доменной печи шлак находит применение в производ­стве цемента и других строительных материалов.

Сплавы Fe с углеродом называютсясталями.

Производство стали. В процессе переработки чугуна в сталь из чугуна удаляется избыток углерода, серы, фосфора, кремния, марганца и других элементов. Это осуществляется тремя способами: кислородно-конвертерным, мартеновским и электрометаллургическим.

При переработке чугунов кислородно-конвертерным способом в конвертер заливают жидкий чугун и продувают кислород под давлением (4...5)×10⁵ Па, при этом основная масса примесей окисляется. Летучие оксиды (СО, СО₂ и SO₂) уносятся газовым потоком, а оксиды металлов и фосфора переходят в шлак. Конвертерный способ отличается высокой производительностью, но этим способом можно получить только сравнительно низкосортную сталь, так как кратковременность процесса не позволяет регулировать состав стали во время плавки. Длительность цикла составляет 30 мин. Выход »300 т стали. Более дешевый способ.

В мартеновском способе используют твердые окислители - оксиды железа, содержащиеся в руде, окалине и скрапе (металлоломе). Мартеновский процесс проводят в специальных печах, которые нагреваются пламенем, получаемым при сжигании горючих газов над поверхностью нагреваемой массы.

В мартеновскую печь загружают чугун, руду и скрап в таком соотношении, чтобы кислорода оксидов железа было достаточно для окисления определенного количества примесей. Флюсы подбирают так, чтобы шлак был кислым или основным - в зависимости от характера выводимых примесей. В течение плавки периодически берут пробы расплавленной стали, определяют ее состав и вносят необходимые компоненты в виде ферросплавов (сплавов железа с различными металлами и неметаллами, такими, как никель, марганец, титан, молибден, вольфрам, хром, кремний и др.). Плавка протекает 10 час. (200-500т). Сталь более высокого качества.

Специальные стали выплавляют в электрометаллургических печах, отличающихся от пламенных тем, что источником тепла в них является электрический ток, что позволяет достичь более высокой температуры, поэтому в них выплавляют тугоплавкие стали.

Все стали классифицируются по химическому составу и назначению. По химическому составу стали делятся на углеродистые и специальные, содержащие кроме углерода, серы, фосфора, марганца и кремния, имеющихся в углеродистых сталях, легирующие элементы - никель, хром, ванадий, вольфрам, молибден. Они улучшают свойства стали. Так, хром повышает ее твердость, прочность и устойчивость к действию кислот; никель - механическую прочность и вязкость; вольфрам - твердость; ванадий - вязкость и упругость; титан - термостойкость; молибден, улучшает механические свойства.

По назначению стали делятся на инструментальные, строительные, или конструкционные, применяемые для изготовления машин и аппара­тов, и стали специального назначения.

Качество стальных изделий можно улучшить термической обработкой, цементацией, азотированием, алитированием и нанесением других антикоррозионных покрытий.

При термической обработке стали используют ее свойство изменять структуру с изменением температуры. Если нагретую сталь охлаждать постепенно, то ее кристаллическая структура резко меняется. При низкой температуре сталь отличается низкой твердостью и прочностью. Если же нагретую до высокой температуры сталь охладить резко, то сохранится структура, характерная для высокой температуры. Этот процесс называется термической закалкой. Сталь, подвергнутая такой обработке, очень твердая и прочная. Для каждого сорта стали существуют свои условия термической закалки: скорость и температура нагрева, скорость охлаждения. Если сталь, прошедшую термическую закалку, снова нагреть до высокой температуры и медленно охладить, то она теряет приобретенные вследствие закалки механические свойства, становится мягкой. Такой процесс называется отпуском стали.

Цементация — процесс получения на поверхности изделия карбида железа, отличающегося высокой твердостью. Такое изделие имеет в сере­дине мягкое железо, а на поверхности - очень твердый карбид. Процесс цементации осуществляют длительным нагреванием изделия в атмосфере монооксида углерода или в ящиках, наполненных древесными опилками.

Азотирование - процесс, аналогичный цементации: изделие подвер­гают длительному нагреванию в атмосфере аммиака.

Алитирование - процесс покрытия поверхности изделия алюминием.

Большая дороговизна коксующих углей заставляет искать другие способы получения Fe. Так, прямое восстановление руд смесью СО и Н₂, получаемых конверсией природного газа или углей. Образуется губчатое железо, переплавкой которого в электропечах, минуя стадию получения чугуна, получают сталь.

В лабораторных условиях – железо можно получить электролизом растворов FeSO₄ или FeCI_3, а также восстановлением водородом оксидов и гидроксидов:

Fe₂О₃ + Н₂ 2 Fe + 3 Н₂О или

2Fe(ОН)₃ + 3Н₂ 2 Fe + 6Н₂О

Кобальт из мышьяковистых, никель из медно-никелевых сульфидных руд получают окислительной плавкой с последующим восстановлением их оксидов водородом:

Со₂О₃ + 3 Н₂ СО + 3 Н₂О , NiО + Н₂ Ni + СО₂

или электролизом раствора NiSO₄.

Сверхчистые металлы получают восстановлением карбонилов Fe(СО)₅ или Ni (СО)₄ , при Р=250 атм, t=200 ⁰С, например:

Fe (СО)₅ Fe + 5СО­

Физические свойства

Железо, кобальт и никель представляют собой блестящие белые металлы с сероватым(Fe, Со) или серебристым (Ni) оттенком. Они тугоплавкие и тяжелые металлы, обладающие превосходными механическими свойствами и образующие множество сплавов.

Железо обладает хорошей пластичностью и ферромагнитными свойствами (намагничивается и сохраняет свои магнитные свойства по прекращению действия магнитного поля) Имеет четыре изотопа: 54,56 ( основной), 57;58; есть и радиоактивные 55;59. Кобальт более тверд и хрупок.

Таблица 3.11.

Некоторые свойства элементов подгруппы железа

Металл	R ат., нм	Плотность, г/см3	J ион., эВ	Стандартный электродный потенциал процесса, В	T пл.., 0C	Tкип.,0C	Содержание в земной коре, масс.%	Относительная электроотрицательность по Полингу
Э2+	Э+3
Fe	0,126	7,9	7,89	-0,44	-0,036			4,65	1,8
Сo	0,125	8,8	7,87	-0,28	0,4			4×10-3	1,8
Ni	0,124	8,9	7,64	-0,25	-			4×10-8	1,8

.

Химические свойства

Значение стандартных электродных потенциалов этих металлов позволяет отнести их к металлам средней активности. Причем активность в ряду уменьшается.

Отношение к неметаллам. В обычных условиях Со и Ni устойчивы к О₂ влажного воздуха а Fe ржавеет:

4 Fe +3О₂ + Н₂О = 2 Fe₂О₃×n Н₂О

При температуре красного каления сгорает, превращаясь в железную окалинуFe₃О₄.

При нагревании все металлы взаимодействуют с парами Н₂О, кислорода, галогенами, серой, углеродом, CO:

3Fe +4Н₂О = Fe₃О₄ + Н₂↑ или Co + Н₂О = CoO + Н₂

3Fe + C = Fe₃C

Ni + CI₂ = NiCI₂

цементит

Схематично взаимодействие металлов подгруппы железа с неметаллами можно представить схемой:

Водород эти металлы растворяет, образуя гидриды состава: МеН, МеН₂, МеН₃ и МеН₄. Наибольшей растворяющей способностью обладает никель, чем объясняется его высокая каталитическая активность в реакциях гидрирования.

С азотом эти металлы непосредственно не реагируют, но косвенным путем можно получить металлоподобные Fe₄N; Fe₂N. Со₂N.

С углеродом образуют металлоподобные карбиды: Ме₃С, Ме₂С, а с фосфором- Ме₃Р₂.

Все металлы образуют карбонилы: Ni(CO)₄, Fe(CO)₅ ,Co(CO)₄ или Со₂(СО)₈, обладающие диамагнитными свойствами.

Отношение к кислотам. В кислотах H₂SO₄ (разб), НС1, HNO₃(разб.) Fe и Со растворяются при обычной температуре, а Ni – при нагревании с образованием солей Ме (II):

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

5Со + 12HNO₃ = 5Со(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

В кислотах – окислителях конц. HNO₃ и H₂SO₄все металлы пассивируют, но при нагревании растворяются с образованием солей Fe (III), а Со и Ni (II), например:

Fe + 4HNO₃ Fe (NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Со + 2H₂SO₄ = СоSO₄+ SO₂ +2H₂О

Царская водка растворяет все металлы:

3 Ni + 2HNO₃ +6НС1 NiС1₂ +2 NO + 4H₂O

Схематично отношение металлов семейства железа к кислотам можно представить так:

Со щелочамиFe Со и Ni не реагируют.

Соединения металлов

Для железа наиболее характерны два ряда соединений: соединения железа (II) и железа (III). Наиболее устойчивы простые соединения кобальта (II), а среди координационных – соединения трехвалентного кобальта.

Оксиды.Fe , Со, Ni образуют как простые оксиды: ЭО и Э₂О₃, так и смешанные - Э₃О₄, причем Ni₂О₃ и Со₂О₃ малоустойчивы, а Со₃О₄ = СоО×Со₂О₃ более устойчив. Все оксиды- твердые вещества, с большой долей нестехиометрии, практически нерастворимы в воде, щелочах, что свидетельствует об основных их свойствах. Только Fe₂О₃ обладает слабо амфотерными свойствами.

Смешанный оксид Fe₃О₄ , образующийся по реакции:

FeО + Fe₂О₃ Fe₃О₄

устойчив в воде и в кислотах, в кристаллической решетки имеет ионы Fe⁺² и Fe⁺³ , что придает этим кристаллам свойства полупроводников и магнетиков: Fe ⁺² Û Fe ⁺³ . Это используется в радиоэлектронике - ферритные антены.

В ряду

Fe₂О₃ -- Fe₃О₄--FeО

устойчивость оксидов возрастает

С ростом температуры возможен процесс:

Fe₂О₃ + 3Н₂ = 2FeО + 3Н₂О

Все оксиды при нагревании совместно с восстановителями (Н₂,СО, С и др.) восстанавливаются до металла, при обычной нагревании легко переходят в оксиды типа Э₂О₃ или Э₃О₄:

FeO Fe₂O₃, CoO Co₃O₄

Получают оксиды при непосредственном окислении металлов, так и в результате различных процессов разложения карбонатов, нитратов, гидроксидов, например:

Fe(ОН)₃ FeО(ОН) Fe₂О₃

4CoCО₃ + O₂ 2 Co₂O₃ +4CO₂

Fe₂О₃ взаимодействует со щелочами, оксидами и карбонатами различных металлов (обычно при сплавлении) с образованием ферритов-солей железистой кислоты НFeО₂:

Fe₂О₃ + 2NaOH 2NaFeO₂ + H₂О

феррит

Оксиды кобальта и никеля (III) – сильные окислители в кислой среде, так , они восстанавливаются до солей металлов (II):

Со₂О₃ + 6НС1 = 2СоС1₂ + С1₂ +3Н₂О

Гидроксиды.Известны гидроксиды Fe(ОН)₂ (белый), Со(ОН)₂ (синий- на холоду, a-форма, или розовый в теплом растворе b-форма), Ni(OH)₂ (зеленый). При подщелачивании растворов солей этих металлов выпадают осадки, например:

CoCI₂ + 2NaOH = Co(OH)₂¯ + 2NaCI

Это слабые основания, устойчивость соединений в ряду Fe(ОН)₂- Со(ОН)₂—Ni(OH)₂ увеличивается. Так, белый гидроксид железа (II) легко превращается в красно-коричневый Fe(OH)₃:

4Fe(OH)₂¯ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃¯

Гидроксиды кобальта и никеляна воздухе устойчивы.

Гидроксиды Э(ОН)₂ легко растворимы в кислотах, но под действием сильно концентрированных щелочей образуют растворимые соединения типа Na₂[Э(OH)₄].

В отличие от Fe(OH)₂ гидроксид Со(OH)₂ окисляется слабыми окислителями, например, Н₂О₂:

2Со(OH)₂¯ + Н₂О₂ 2Со(OH)₃¯

розов. черн.

а Ni(OH)₂ устойчив на воздухе и окисляется только сильными окислителями в щелочной среде:

Ni(OH)₂ + СI₂ +2КОН = 2 Ni(OH)₃¯ +2КСI

зелен. черн.

Ni(OH)₂ растворим в аммиаке и солях аммония с образованием синего [Ni(NH₃)₆]²⁺.

Э(ОН)₃ (более правильно Э₂О₃) –слабые основания, плохо растворимые в воде, причем для Fe(ОН)₃ характерны амфотерные свойства. Получают его обменной реакций, а остальные гидроксиды окислением Со(ОН)₂ и Ni(OH)₂ (см. выше). Свежий раствор легко растворяется в кислотах и при нагревании в щелочах:

2Fe(ОН)₃ +3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ +6H₂O

Fe(ОН)₃ + 3NaOH = Na ₃[Fe(OH)₆]

В ряду гидроксидов:

Fe(ОН)₃ - Со(ОН)₃ - Ni(OH)₃

бурый черн. черн

амф. слаб.амф. основ.

устойчивость соединений уменьшается

окислительные свойства усиливаются.

Так при взаимодействии гидроксидов никеля и кобальта с соляной или серной кислотами протекает окислительно-восстановительная реакция, например:

2Ni(OH)₃ +6НСI = 2NiСI₂+ СI₂ +6H₂O

При этом никель, кобальт переходят в более устойчивую степень окисления (II).

Fe(ОН)₃–это железистая слабая кислота Н₃FeО₃, ее соли ферриты (орто- или мета-) образуются при сплавлении:

Fe₂О₃ + Na₂СO₃ = NaFeO₂ + СО₂­

метаферрит натрия

FeО₃- и его гидрат Н₂FeО₄- в свободном виде не получены. Устойчивы их соли ферраты, получаемые при сплавлении солей Fe (+2) и(+3) с окислителями в щелочной среде:

Fe₂О₃ + 3КNO₃ + 4КОН 2К₂FeO₄ + 3КNO₂ + H₂О

Соли.Соединения железа, кобальта и никелясо степенью окисления (II)в той или иной степени подвергаются гидролизу:

2FeSO₄ + H₂О = (FeОН)₂SO₄ + H₂SO₄

Гидратированные ионы окрашены:

Fe⁺²- бледно-зеленый; Со⁺²- розовый; Ni⁺²-ярко-зеленый.

Это резко проявляется в случае комплекса:

[Co(H₂O)₆] С1₃® [Co(H₂O)₆]⁺²®[Co(H₂O)₄]⁺² ®[Co(H₂O)₂]⁺² ® СоС1₂

розов розов син-фиол голуб

Сульфид никеля NiS имеет важное значение как катализатор. Это труднорастворимое соединение, растворяется в соляной кислоте в присутствие окислителей:

3NiS + 6НС1 + 2НNО₃ = 3 NiС1₂ + 3S + 2NО + 4Н₂О

Соли Fe⁺³ в водных растворах гидролизованы, так как Fe(OH)₃ более слабое основание чем Fe(OH)₂ :

Fe₂(SO₄)₃ +H₂O = 2FeОНSO₄+ H₂SO₄

NaFeO₂ + 2H₂O = Fe(OH)₃¯ + NaOH.

Кроме ферритов, получены ферраты и перферраты- соли железной Н₂FeО₄ и наджелезной Н₂FeО₅ кислот, которые образуются в сильно щелочной среде:

3Fe₂O₃ +5 KCIO₃ + 12 KOH 6K₂FeO₅ +5 KCI +6 H₂O

Ферраты и перферраты щелочных металлов и Са устойчивы только в твердом состоянии. При растворении в воде они неустойчивы:

4K₂FeO₅ + 10H₂O 4 Fe(ОН)₃ + 5О₂ + 8КОН;

Комплексные соединения.Это типичные комплексообразователи и образуют множество комплексов с NH₃; H₂O; CO; NO; CN^- и др. лигандами. Наиболее характерно к.ч.= 6, причем наиболее прочны комплексы Fe⁺² , Fe⁺³, Со⁺³, Ni⁺².Известны:

- роданидные комплексы [Fe(CNS)₆]^3-;[Co(CNS)₄]^2-; [Co(CNS)₆]^3-

- цианистые [Ni (CN)₄]^2-; - для нанесения Ni-покрытий.

- карбонилы Fe(CO)₅- жидкость, сильно преломляющая свет, растворима в органических растворителях - детонатор для моторного топлива. Со(СО)₄ или Со₂(СО)₈-димеры, тримеры Со₃(СО)₁₂, Ni(CO)₄- жидкость, используется для никелирования изделий.

Связывание Fe⁺² в комплексные частицы стабилизирует степень окисления +2, так растворы гексацианоферратов (П) калия К₄[Fe(CN)₆]-желтая кровяная соль – устойчивы по отношению к О₂ воздуху и являются реактивом на Fe⁺³:

4Fe⁺³ + 3K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12K⁺.

берлинская лазурь (синего цвета)

Катион Fe⁺³- хороший комплексообразователь, соли его гидратированы: [ Fe (Н₂О)₆]⁺³- бесцветный ион.

Гексацианоферрат (Ш) калия: К₃[Fe (CN)₆] - красная кровяная соль, является реактивом на катионы Fe⁺²:

3Fe⁺² + 2[Fe(CN)₆]^3- = Fe₃[Fe(CN)₆]₂

турнбулевая синь

С избытком роданид-иона железо (III) образуется комплексное соединение красного цвета:

FeСI₃ + 6КCNS = К₃[Fe(CNS)₆] + 3KCI

гексароданоферрат (III) калия

поэтому, данная реакция является качественной для обнаружения катионов Fe (III) в растворе.

Кобальт (II) в присутствии веществ, образующих с ними прочные комплексные соединения, очень легко окисляются до степени окисления (III) (комплексы Со в с.о. +3 более устойчивы), например:

2[Со(NН₃)₆ ]²⁺ + Н₂О₂ = 2[Со(NН₃)₆ ]³⁺ + 2ОН^-

В отличие от кобальта, никель склонен к образованию внутрикомплексных соединений. При взаимодействии Ni (+2) с аммиачным раствором диметилглиоксима образуется ярко-красный осадок никельдиметилглиоксима, внутрикомплексной соли хелатного (клешневидного) строения:

О………Н - О

Н₃С - С=== N N=== C -C Н₃

Ni

Н₃С - С=== N N=== C -C Н₃

O - H……. O

Эта реакция используется в аналитической химии для качественного и количественного определения никеля (реакция Чугаева).

Окислительно-восстановительные свойства. Соединения Fe(+2) обладают сильными восстановительными свойствами. Поэтому его соли неустойчивы как в жидком, так и в твердом состоянии: Fe⁺² стабилизируется в двойных солях- соль Мора (NH₄)₂SO₄×FeSO₄×6H₂O; а водные растворы Fe⁺² окисляются:

4FeSO₄ + О₂ + 2Н₂O = 4FeОНSO₄

Это сильные восстановители:

3FeSO₄ + 3AgNО₃ = Fe₂(SO₄)₃ +3Ag +Fe(NO₃)₃

или

10FeSO₄ +2KMnО₄ +H₂SO₄=5Fe₂(SO₄)₃ +K₂SO₄ +2MnSO₄+ 8H₂O

эта реакция используется для количественного определения Fe⁺² в аналитической химии.

В ряду соединений Fe⁺² - Со⁺²- Ni⁺²

У солей никеля она практически отсутствует.

Соединения Fe⁺³ могут быть как окислителями, так и восстановителями, а соединения Со⁺³и Ni⁺³ главным образом окислителями, причем в ряду она увеличивается.

Вследствие окислительных свойств Fe⁺³ неустойчивы соли FeJ₃ , Fe₂S₃, Fe(СN)₃, при попытке их получения протекает окислительно-восстановительная реакция, так при сливании Fe(OH)₃ и H₂S не образуется осадок Fe₂S₃:

2FeCI₃ + H₂S = 2FeCI₂ + S + 2HCI

2FeCI₃ + 6КJ = 2Fe J ₂ + J ₂ + 6КCI

По окислительной способности ферраты превосходят перманганат ион:

FeO₄^2- + 8H⁺ +3е® Fe⁺³ +4 Н₂О (Е⁰>1,96 в)

и окисляют Сr⁺³ до Cr⁺⁶:

2K₂FeO₄+2СrС1₃ + 2НС1®2FeC1₃ + К₂Сr₂О₇ + 2КС1 + Н₂О

Соединения Fe⁺²- легко окисляется в щелочной и кислой среде, а соединения Со⁺² и Ni⁺² в кислой среде, устойчивы к действию окислителей, только в щелочной среде они окисляются сильными окислителями:

Применение

Железо и сплавы (чугун и стали) составляют основу современной техники. Ni и Cо – являются лигирующими добавками. Широко применяются как катализаторы при синтеза аммиака, гидрировании органических соединений. Чистый никель используется для никелирования. Сплавы никеля делятся:

1)жаропрочные: НИМОНИК (59%, Ni, 20%Cr,16%Co а все остальное- Ti, Al, Fe, Mn, Si) - в современных турбинах и реактивных двигателях, где температура достигает 900⁰С.

НИХРОМ - элементы электронагревательных приборов (обмотка печей, обладающих высокой электросопротивлением).

2)магнитные ПЕРМАЛЛОЙ (78.5%Ni и Fe) - способен намагничеваться в слабых полях

3) особые

МОНЕЛЬМЕТАЛЛ (Cu + Ni) производстве монет.

ИНВАР (36%Ni; 0,5% Mn ; 0,5%C; остальное Fe) не расширяется при нагревании до 100⁰С

ПЛАТИНИТ (45%Ni; 0,15%C; остальное Fe) имеет коэффициент термического расширения такой же как у стекла, применяют для впаивания вводов металлических контактов в стекло.

Изотоп Со⁶⁰ используют в медицине как " кобальтовая пушка"- против рака.

Добавка до 10% Со – сверхтвердый сплав ПОБЕДИТ, для увеличения твердости

Вопросы для контроля

1.Напишите электронные и электронно-графические формулы атомов Fe, Co, Ni. Укажите их валентные электроны.

2.Какие степени окисления проявляют элементы семейства железа? Какие оксиды и гидроксиды соответствуют этим степеням окисления? Укажите их кислотно-основный характер. Напишите уравнения реакций, характерных для оксидов и гидроксидов железа (II) и (III).

3. Назовите важнейшие природные соединения железа, кобальта и никеля. Какими методами их получают и как проводят их очистку?

4.Какие реакции лежат в основе получения железа в доменной печи?

5.Что такое сталь? Каким способом ее получают? Конвекторный и мартеновский способ получения стали.

6. С какими кислотами реагирует железо? Напишите уравнения реакций и назовите полученные вещества,

7.Как получить чистое железо электролизом водного раствора сульфата железа? Как получить из пентакарбонила железа?

8.Какими окислительно-восстановительными свойствами обладают соединения Fe(II) и Fe(III)?

9.Составьте уравнения реакций получения карбонилов никеля, железа и кобальта. Определите тип гибридизации орбиталей.

10.Напишите уравнения реакции взаимодействия железа с кислотами: НС1, H₂SO₄, HNO₃(конц), HNO₃(разб). Почему происходит пассивация железа в кислотах-окислителях?