(семейство железа и семейство платины).
В VIIIБ-группе периодической системы расположены химические элементы — переходные металлы: Fе, Со, Ni, Rn, Rh, Рd, Оs, Ir, Рt.
Закономерные изменения свойств элементов четвертого периода (Fе, Со, Ni) проявляются значительно четче, чем у остальных элементов VIIIБ-группы. Поэтому Fе, Со, Ni объединены в семейство железа. Другие шесть элементов — в семейство платины.
Элементы семейства железа имеют близкие по значениям орбитальные радиусы (123, 118, 114 пм). Это можно объяснить тем, что ns-электроны частично экранируются (n-1)d-электронами. При этом увеличение заряда ядра на единицу не вызывает соответствующего роста экранирования:
Рост электроотрицательности в ряду Fе (1,83) — Со (1,88) — Ni (1,91) показывает, что от железа к никелю должно происходить уменьшение основных и восстановительных свойств. В электрохимическом ряду напряжений элементы подгруппы железа стоят перед водородом.
По распространенности в природе, применению соединений в медицине и технике и роли в организме железо стоит на первом месте в VIIIБ-группе. Элементы семейства железа в соединениях проявляют степень окисления +2, +3. Соединения элементов со степенью окисления +2 малоустойчивы. Более устойчивы соединения элементов со степенью окисления +3.
Химические свойства соединений железа, кобальта, никеля. Оксиды общей формулы МО могут быть получены восстановлением оксидов более высокой валентности (М2О3, М3О4), а также окислением металла М, термическим разложением солей и гидроксидов без доступа воздуха.
Оксиды нерастворимы в воде, растворяются в кислотах с образованием оксоаквакатионов, придающих раствору зеленую окраску различных оттенков:
|
|
МО + 2Н3О+ + 3Н2О ⇄ [М(Н2О)6]2+
При подщелачивании этих растворов выпадают осадки гидроксидов основного характера М(ОН)2. Гидроксид Fе(ОН)2 — белого цвета (на воздухе зеленый за счет частичного окисления). Гидроксид Со(ОН)2 — синего цвета (на холоду, α-форма) или розового цвета (в теплом растворе, β-форма). При образовании коллоидного раствора появляется коричневое окрашивание. Гидроксид Ni(ОН)2 представляет собой зеленые кристаллы.
Из трех перечисленных гидроксидов в аммиаке и солях аммония растворяется только Ni(ОН)2:
Ni(ОН)2 + 2NН4Сl + 4NН4ОН → [Ni(NН3)6]Сl2 + 6Н2О
зеленый синий
Гидроксид никеля (II) окисляется на воздухе. Гидроксиды железа (II) и кобальта (II) окисляются (как и соли) лишь в присутствии влаги:
4Fе(ОН)2 + O2 + 2Н2О → 4Fе(ОН)3
Восстановительные свойства уменьшаются в ряду Fе2+ — Со2+ — Ni2+. У солей Ni2+ восстановительные свойства практически отсутствуют.
В биогенных соединениях железо связано в комплекс с органическими лигандами (миоглобин, гемоглобин). Степень окисления железа в этих комплексах дискутируется. Одни авторы считают, что степень окисления равна +2, другие предполагают, что она меняется от +2 до +3 в зависимости от степени взаимодействия с кислородом.
Оксид железа (III). Fе2О3 в природе существует в виде минерала гематита красного цвета (аналогия с кровью).
Оксид железа (III) соответствует гидроксиду Fе(ОН)3, обладающему слабо выраженными амфотерными свойствами. При его растворении в щелочи образуется гидроксоанионы:
Fе(ОН)3 + 3ОН- → [Fе(ОН)6]3-
Fе(ОН)3 может выпасть в осадок при обработке солей железа (III) раствором КСN низкой концентрации. При более высоких концентрациях образуется калий гексацианоферрат (III) К3[Fе(СN)6]:
|
|
2FеСl3 + 6КСN + 6Н2О → 2Fе(ОН)3 + 6КСl + 6НСN
Fе(ОН)3 + 6КСN → К3[Fе(СN)6] + 3КОН
Это токсичное соединение упоминается в алхимической литературе (VII—XVII в.) под названием красная кровяная соль.
Калий гексацианоферрат (III), как и желтая кровяная соль — калий гексацианоферрат (II) К4[Fе(СN)6], применяется в аналитической химии для определения ионов Fе2+ и Fе3+. Оба иона образуют комплексные соединения, где координационное число металла равно 6. Анионные комплексы Fе (III) более устойчивы, чем анионные комплексы Fе (II).