double arrow

Химические свойства железа, кобальта и никеля


Физические свойства элементов триады железа

Железо, кобальт и никель в свободном состоянии – серебристо-белые металлы. Железо имеет сероватый оттенок, кобальт – розоватый, никель – желтоватый. Чистые металлы пластичны, незначительные примеси повышают их твердость и хрупкость. Все металлы обладают магнитными свойствами.

Для железа и кобальта характерен полиморфизм. Железо имеет четыре кристаллические модификации, кобальт – две кристаллические модификации. Никель при обычном давлении кристаллизуется только в кубической гранецентрированной решетке.

Металлы триады железа тугоплавки, в ряду Fe – Co – Ni температура плавления уменьшается. Относятся к металлам средней активности.


В химическом отношении железо, кобальт и никель относятся к металлам средней активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов они располагаются левее водорода, между цинком и оловом. Чистые металлы при комнатной температуре довольно устойчивы, их активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если они находятся в мелкодисперсном состоянии. Наличие примесей значительно снижает устойчивость металлов.




  1. Взаимодействие с неметаллами

При нагревании на воздухе выше 200 °С железо взаимодействует с кислородом, образуя оксиды нестехиометрического состава FexO, мелкодисперсное железо сгорает с образованием смешанного оксида железа (II, III):

3Fe + 2O2 = Fe3O4.

Кобальт и никель реагируют с кислородом при более высоких температурах, образуя в основном оксиды двухвалентных элементов, имеющие переменный состав в зависимости от условий получения:

2Co + O2 = 2CoO,

2Ni + O2 = 2NiO.

С галогенами металлы реагируют, образуя галогениды :

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3,

Co + Br2 = CoBr2,

Ni + Cl2 = NiCl2.

Металлы довольно устойчивы к действию фтора, никель не разрушается фтором даже при температуре красного каления.

При взаимодействии с азотом при невысокой температуре железо, кобальт и никель образуют нитриды различного состава, например:

4Fe + N2 = 2Fe2N,

2Co + N2 = 2CoN,

3Ni + N2 = Ni3N2.

Взаимодействие с серой экзотермично и начинается при слабом нагревании, в результате образуются нестехиометрические соединения, которые имеют состав, близкий к ЭS:

Э + S = ЭS.

С водородом металлы триады железа не образуют стехиометрических соединений, но они поглощают водород в значительных количествах.

С углеродом, бором, кремнием, фосфором также при нагревании образуют соединения нестехиометрического состава, например:

3Co + C = Co3C,

2Ni + B = Ni2B,

Co + Si = CoSi,

3Fe + P = Fe3P.

  1. Взаимодействие с водой

В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует):

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3.

При температуре 700–900 °С раскаленное железо реагирует с водяным паром:



3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2.

Кобальт и никель с водой не взаимодействуют.

  1. Взаимодействие с кислотами

Железо реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот, образуя соли железа (II):

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2,

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2;

с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:

Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.

При обычных условиях концентрированные (до 70 мас. %) серная и азотная кислоты пассивируют железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа (III):

2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O,

Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

По отношению к кислотам кобальт и никель устойчивее железа, медленно реагируют с неокисляющими кислотами с образованием солей кобальта (II) и никеля (II) и водорода. С разбавленной азотной кислотой образуют нитраты кобальта (II) и никеля (II) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты:

3Э + 8HNO3 = 3Э(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

При обычных условиях концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют кобальт и никель, хотя в меньшей степени, чем железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа двухвалентных металлов:



Co + 2H2SO4 = CoSO4 + SO2 + 2H2O,

Ni + 4HNO3 = Ni(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

  1. Взаимодействие со щелочами

Разбавленные растворы щелочей на металлы триады железа не действуют. Возможно только взаимодействие железа с щелочными расплавами сильных окислителей:

Fe + KClO3 + 2KOH = K2FeO4 + KCl + H2O.

Для кобальта и никеля взаимодействие с расплавами щелочей не характерно.

  1. Восстановительные свойства

Железо, кобальт и никель вытесняют металлы, которые расположены правее в электрохимическом ряду напряжений их растворов солей:

Fe + SnCl2 = FeCl2 + Sn,

Ni + CuSO4 = NiSO4 + Cu.

  1. Образование карбонилов

Для металлов триады железа характерно образование карбонилов, в которых железо, кобальт и никель имеют степень окисления, равную 0. Карбонилы железа и никеля получаются при обычном давлении и температуре 20–60 °С:

Fe + 5CO = Fe(CO)5,

Ni + 4CO = Ni(CO)4.

Карбонилы никеля образуются при давлении 2·107 – 3·107 Па и температуре 150–200 °С:

2Co + 8CO = Co2(CO)8.








Сейчас читают про: