Элементы триады железа

D -МЕТАЛЛЫ VIII ГРУППЫ

При взаимодействии с соляной кислотой вначале протекает реакция нейтрализации, а затем образующийся хлорид марганца (IV) разлагается по внутримолекулярной окислительно-восстановительной реакции

МnО₂ + 4НСl = МnСl₄ + 2Н₂О,

Мn⁺⁴Сl^-₄= Мn⁺²Сl₂+ Сl⁰₂↑.

Наиболее широко применяемое соединение семивалентного марганца -перманганат калия КМпО₄. Соединения марганца в высшей степени окисления -+7, в частности перманганаты, являются сильными окислителями. Степень восстановления перманганата калия зависит от рН среды:

1) В кислой среде восстанавливается до +2

2КМnО₄ + 5К₂SО₃ + 3Н₂SО₄ = 2 МnSО₄ + 6К₂SО₄ + 3Н₂О,

2) В нейтральной до +4

2 КМnО₄ + 3 К₂SО₃ + Н₂О = 2 МnО₂↓ + 3 Na₂SО₄ + 2КОН,

3) В щелочной среде до +6

2 КМnО₄ + К₂SО₃ + 2КОН = 2К₂МnО₄ + К₂SО₄ + КОН.

При нагревании в сухом виде перманганат калия применяется для получения в лабораторных условиях кислорода

2 КМnО₄ = К₂МnО₄ + МnО₂ + О₂.

Марганец преимущественно применяется для получения специальных сортов стали. Сплав манганин (12% Мn, 3% Ni) обладает высоким электрическим сопротивлением. В виде ферромарганца при выплавке стали используется для удаления кислорода (раскисление) и серы.

Из соединений технеция практический интерес представляют пертехнаты, являющиеся эффективными ингибиторами коррозии железа в воде даже при температуре 250 ⁰С.

Рений и его сплавы применяются в электрических лампах и электровакуумных приборах. Жаропрочные и тугоплавкие сплавы рения с вольфрамом, молибденом, танталом применяются для изготовления некоторых ответственных деталей.

d-металлы VIII группы включают три триады. В четвертом периоде это триада железа, а в пятом и шестом – две триады, объединённые под общим названием платиновые металлы.

В триаду железа входят: железо(Fе), кобальт (Со) и никель(Ni). Это основные конструкционные металлы.Электронные конфигурация данных атомов имеют соответственно вид: 3d⁶4s². 3d⁷4s². 3d⁸4s². Наиболее устойчивые степени окисления для железа +2, +3 и +6, а для кобальта и никеля +2, +3.

Для железа наиболее устойчива при обычных условиях степень окисления +3, поэтому соединения железа +2 являются сильными восстановителями, а +6 – сильными окислителями. Для кобальта и никеля наиболее устойчива степень окисления+2, а в степени окисления +3 они обладают сильными окислительными свойствами.

В таблице 2 приведены основные классы соединений, образуемых железом.

Таблица 2. Основные классы соединений железа

	+2	+3	+6
Оксиды	FеО (основной) оксид железа (II)	Fе₂О₃ (амфотерный) оксид железа (III)	FеО₃ (кислотный) оксид железа (VI)
FеО + Fе₂О₃= Fe₃О₄ смешанный оксид
Гидроксиды	Fе(ОН)₂ гидроксид железа (II)	Fе(ОН)₃ гидроксид железа (III) НFеО₂ мета-железистая кислота Н₃FеО₃ орто-железистая кислота	Н₂FеО₄ железная кислота Н–О О Fе Н–О О
Соли	FеСl₂ хлорид железа (II)	FеСl₃хлорид железа (III) К₃СrО₃ – феррит калия	К₂FеО₄ феррат калия

На примере железа в таблицы 24.1 приведен системный анализ основных классов неорганических соединений.

Железо, кобальт и никель - активные металлы, находящийся в ряду напряжений до водорода. На воздухе окисляются с образованием соответствующих оксидов. Накаленное железо сгорает по реакции

4Fe + 3О₂ = Fe₂О₃.

В мелкораздробленном состоянии (диаметр частиц около 5мкм) самовоспламеняются на воздухе, т.е. обладают пирофорными свойствами.

Железо при температуре красного каления (~500 ⁰С) окисляется водой

3Fe + 4Н₂О = Fe₂О₃ + H₂.

Оксид железа (II) FeO и соответствующий ему гидроксид Fe(OH)₂ обладают основными свойствами; оксид железа (III) Fe₂О₃ проявляет амфотерные свойства растворяется в кислотах, а при сплавлении со щелочами образует соли железистой кислоты - метаферриты:

Fe₂О₃ + 6 НС1 = 2 FeCl₃ + 3 Н₂О;

Fe₂О₃ + 2 NaOH = 2NaFeО₂ + H₂О .

Смешанный оксид железа (II, III) – Fe₃О₄ можно рассматривать как соль, образованную при взаимодействии основного оксида (FeO) и амфотерного оксида(Fe₂О₃) с образованием соли Fe(FeО₂)₂- метаферрит железа (II). Структурную формулу данной соли можно представить следующим образом

О – Fe = О

Соединения железа (II) проявляют восстановительные свойства и легко окисляются до соединений железа (III). Например, белый гидроксид железа (II) уже в момент осаждения из растворов принимает зеленоватую окраску вследствие частичного окисления кислородом воздуха, а затем зелёный цвет изменяется на бурый в результате полного окисления Fe(OH)₂ до Fe(OH)₃

4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 Н₂О = 4 Fe(OH)₃.

Данная реакция используется для обезжелезивания воды.