Singura substanță rămâne lichidă la temperaturi de până la 0 K. Se cristalizează doar la o presiune de 25 atm. are cel mai scăzut punct de fierbere. la temperaturi sub 2,2 K, heliul lichid există ca un amestec de două lichide, dintre care unul are proprietăți anormale - în special, superfluiditatea (vâscozitatea este de 10 miliarde de ori mai mică decât cea a apei).
Heliul este al doilea element cel mai abundent (după hidrogen) din univers. Aproximativ 10% din acesta este Soare (descoperit în 1868). Pe pământ, heliul a fost găsit în 1895 în gazele de reacție când mineralul kleveit a fost dizolvat în acizi. Gazele nobile rămase au fost izolate din aer.
Neonul este un gaz ușor: este de 1,44 ori mai ușor decât aerul, de aproape 2 ori mai ușor decât argonul, dar de 5 ori mai greu decât heliul. Conform complexului de proprietăți, este mai aproape de heliu decât de argon. Spectrul de neon este bogat: peste 900 de linii se disting în el. Cele mai strălucitoare linii formează un fascicul în părțile roșii, portocalii și galbene ale spectrului la lungimi de undă de la 6599 la 5400 Ǻ. Aceste raze sunt mult mai puțin absorbite și împrăștiate de aer și particulele suspendate în el decât razele undelor scurte - albastru, albastru, violet.
În 1898, în Lumea Veche, când folosea un spectroscop pentru a studia primele porțiuni de gaz care se evapora din aerul lichid, chimistul scoțian William Ramsay (Ramsey), împreună cu Morris William Traver, au descoperit în ele un nou gaz, Neon (Ne 6). ), un gaz inert conținut în aer în cantități microscopice.
Argonul este un gaz monoatomic cu punctul de fierbere (la presiune normală) de -185,9°C (puțin mai mic decât cel al oxigenului, dar puțin mai mare decât cel al azotului), punctul de topire de -189,3°C În 100 ml apă la 20°C. °C 3,3 ml de argon se dizolvă; în unii solvenți organici, argonul se dizolvă mult mai bine decât în apă.
Descoperit de J. Rayleigh și fizicianul englez W. Ramsay în 1894 din aer. Gazul se distingea printr-o compoziție monoatomică a moleculelor și o inactivitate chimică aproape completă (argonul nu intră în nicio reacție chimică). gaz nou și și-a primit numele (greacă argos inactiv).
Kryptonul este un gaz monoatomic inert, fără culoare, gust sau miros. De 3 ori mai greu decât aerul. egal cu 3,74 g/l. Deschis în 1898 de W. Ramsay (Anglia) Aplicație: pentru umplerea lămpilor cu incandescență. Compușii criptonilor sunt oxidanți și agenți de fluorurare în reacțiile de sinteză chimică.
Xenonul este un gaz monoatomic inert, fără culoare, gust sau miros. Tm 112 °C, Tk t 108 °C, strălucesc în descărcare în violet. În 1889, omul de știință englez Wu Ramsay a izolat un amestec din aerul lichid, în care au fost descoperite două gaze prin metoda spectrală: criptonul („ascuns”, „secret”) și xenon („extraterestru”, „neobișnuit”).
Radonul este un gaz monoatomic radioactiv, incolor și inodor. Solubilitate în apă 460 ml/l; în solvenți organici, în țesutul adipos uman, solubilitatea radonului este de zece ori mai mare decât în apă. Radioactivitatea proprie a radonului face ca acesta să devină fluorescent. Radonul gazos și lichid fluoresce cu lumină albastră Culoarea strălucirii din descărcarea gazoasă a radonului este albastră.
Cristale incolore, solubile în apă. Molecula este liniară. O soluție în apă este un agent oxidant foarte puternic, mai ales într-un mediu acid, unde oxidează bromul și manganul la cele mai înalte stări de oxidare de +7. Într-un mediu alcalin, se hidrolizează conform ecuației: XeF 2 + 4KOH \u003d 2Xe + 4KF + O 2 + 2H 2 O
Când interacționează cu apa, XeF 4 este disproporționat: 6XeF H 2 O \u003d 2XeO HF + 4Xe + 3O 2
Se formează în timpul hidrolizei XeF 4. Aceasta este o substanță albă, nevolatilă, foarte explozivă, foarte solubilă în apă, iar soluția are o reacție ușor alcalină. Sub acțiunea ozonului asupra unei astfel de soluții, se formează o sare a acidului xenonic, în care xenonul are o stare de oxidare de +8: XeO 3 + O 3 + 4NaOH \u003d Na 4 XeO 6 + O H 2 O
Poate fi obținut prin reacția perxenatului de bariu cu acid sulfuric anhidru la temperaturi scăzute: Ba 2 XeO 6 + 2H 2 SO 4 \u003d 2 BaSO 4 + XeO H 2 O XeO 4 este un gaz incolor care este foarte exploziv și se descompune la temperaturi peste 0 ° C : 3XeО 4 = 2XeО 3 + Xe + 3О 2
Subgrupul este format din 9 elemente și este unic în acest sens în Tabelul Periodic. O altă proprietate unică a acestui grup este că elementele acestui subgrup nu ating cea mai înaltă stare de oxidare (cu excepția Ru și Os). Se acceptă în general împărțirea a 9 elemente în 4 familii: triada fierului și diadele Ru-Os, Rh-Ir, Pd-Pt. Această împărțire este justificată de kainosimetria subnivelului 3d al elementelor Fe, Co și Ni, precum și de contracția lantanidă a lui Os, Ir și Pt.
Chimia elementelor triadei fierului Substanţe simple
Fierul este al patrulea cel mai abundent de pe Pământ, dar cea mai mare parte se află într-o stare nepotrivită utilizării industriale (aluminosilicați). Numai minereurile pe bază de oxizi de fier FeO și Fe 2 O 3 au importanță industrială. Cobaltul și nichelul sunt elemente rare, care, deși își formează propriile minerale, sunt extrase industrial din minereurile polimetalice.
Obținerea elementelor se reduce la refacerea lor din oxizi. Derivații de carbon (cocs, CO) sunt utilizați ca agent reducător, astfel încât metalul rezultat conține până la câteva procente de carbon. Fierul care conține mai mult de 2% carbon se numește fontă; acest material este potrivit pentru turnarea produselor masive, dar rezistența sa mecanică este scăzută. Prin arderea carbonului în cuptoare cu focar deschis sau convertoare se obține oțel, din care se pot obține produse rezistente mecanic. Dependența proprietăților materialului de metoda de producere și prelucrare a acestuia este deosebit de clară pentru fier: combinația de călire și revenire face posibilă obținerea de materiale cu proprietăți diferite.
Obținerea Co și Ni este un proces complex. În etapa finală, oxizii metalici (CoO, Co 2 O 3 , NiO) se reduc cu cărbune, iar metalul rezultat este purificat prin electroliză.
Proprietățile substanțelor simple depind puternic de prezența impurităților altor elemente în ele. Metalele pure compacte sunt stabile în aer la temperaturi obișnuite datorită formării unei pelicule puternice de oxid, în special Ni. Cu toate acestea, în stare foarte dispersă, aceste metale sunt piroforice; autoaprindere.
La încălzire, Fe, Co, Ni reacționează cu nemetale bazice, iar interacțiunea fierului cu clorul este deosebit de intensă datorită volatilității FeCl 3 rezultat, care nu protejează suprafața metalului de oxidare. Dimpotrivă, interacțiunea Ni cu fluorul practic nu are loc din cauza formării unei pelicule puternice de fluor; prin urmare, echipamentele cu nichel sunt utilizate atunci când se lucrează cu fluor.
Fe, Co, Ni nu formează anumiți compuși cu hidrogenul, dar sunt capabili să-l absoarbă în cantități vizibile, mai ales într-o stare foarte dispersă. Prin urmare, metalele din familia fierului sunt buni catalizatori pentru procesele de hidrogenare.
Metalele reacţionează bine cu acizii neoxidanţi:
E + 2HCl ECl 2 + H 2
Acizii oxidanți pasivează metalele, dar cu alcalii, reacția nu are loc din cauza naturii de bază a oxizilor metalici.
e(0) compuși
Această stare de oxidare este caracteristică carbonililor. Fierul formează un carbonil cu compoziţia Fe(CO)5, cobaltul formează Co2(CO)8, iar nichelul formează Ni(CO)4. Nichel-carbonilul este deosebit de ușor de format (50 °C, presiune atmosferică), așa că este folosit pentru a obține nichel pur.
compuși E(+2).
Stabilitatea compușilor în această stare de oxidare crește de la Fe la Ni. Acest lucru se datorează faptului că o creștere a încărcăturii nucleului cu aceeași dimensiune a atomului întărește legătura dintre nucleu și d-electroni, astfel încât aceștia din urmă sunt mai greu de rupere.
Compușii E(+2) se obțin prin dizolvarea metalelor în acizi. Hidroxizii E (OH) 2 precipită atunci când se adaugă o soluție alcalină la soluții apoase de săruri:
ECl 2 + 2NaOH \u003d E (OH) 2 + 2NaCl
Din aceasta putem concluziona că sărurile metalelor luate în considerare sunt susceptibile de hidroliză de către cation. Ca rezultat al hidrolizei, se obțin diverși produși, inclusiv complexe polinucleare, cum ar fi NiOH + ,.
Prin calcinarea E (OH) 2 fără acces la aer se pot obține oxizi. Oxizii și hidroxizii sunt predominant bazici; feratii (+2), cobaltații (+2) și nichelații (+2) se obțin numai în condiții dure, de exemplu, prin fuziune:
Na2O + NiO = Na2NiO2
Sulfurile E(+2) pot fi precipitate din soluții apoase cu Na 2 S sau chiar cu H 2 S (spre deosebire de MnS, care nu se precipită cu H 2 S), dar aceste sulfuri se dizolvă în acizi tari, care este utilizat în analiza chimică:
E 2+ + S 2– E 2 S, E 2 S + 2H + (ex.) E 2+ + H 2 S
Dintre compușii E(+2), doar Fe(+2) prezintă proprietăți reducătoare vizibile. Deci, toți compușii simpli (necomplexi) Fe(+2) sunt oxidați de oxigenul atmosferic și de alți agenți oxidanți puternici:
4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 4Fe(OH) 3
10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O
Compușii de cobalt (+2) și nichel (+2) sunt oxidați numai de agenți oxidanți puternici, cum ar fi NaOCl:
E(OH)2 + NaOCl + X H 2 O E 2 O 3 X H20 + NaCI
compuși E(+3).
Compușii stabili în această stare de oxidare sunt produși de fier și, într-o oarecare măsură, de cobalt. Dintre derivații Ni(+3), numai compușii complecși sunt stabili.
Hidroxizii E (OH) 3 se obțin prin acțiunea alcalinei asupra soluțiilor sărate sau prin oxidarea E (OH) 2:
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl
2Co(OH)2 + H2O2 = 2Co(OH)3
Rezultă astfel produse care conțin o cantitate variabilă de apă (neavând o compoziție constantă). Oxizii sunt produșii finali ai deshidratării hidroxidului, cu toate acestea, nu este posibil să se obțină Co 2 O 3 și Ni 2 O 3 pur din cauza descompunerii lor în oxigen și oxid inferior. Pentru fier şi cobalt se pot obţine oxizi de compoziţie E 3 O 4 , care pot fi consideraţi ca oxizi mixţi EOE 2 O 3 . Pe de altă parte, E 3 O 4 sunt săruri corespunzătoare funcției acide a hidroxizilor E(OH) 3.
Fe 2 O 3 + Na 2 O 2NaFeO 2
Principalele funcții ale Fe (OH) 3 sunt mult mai bine exprimate:
Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + 3H2O
Datorită faptului că Fe (OH) 3 este un electrolit slab, sărurile Fe (+3) sunt supuse hidrolizei. Produșii de hidroliză colorează soluția într-o culoare maro caracteristică, iar când soluția este fiertă, Fe (OH) 3 precipită:
Fe 3+ + 3H 2 O Fe (OH) 3 + 3H +
Nu se pot obține săruri simple Co (+3) și Ni (+3), care corespund funcției principale a hidroxidului de E (OH) 3: în mediu acid apar reacții redox cu formarea de E (+2). ):
2Co 3 O 4 + 12HCl 6CoCl 2 + O 2 + 6H 2 O
Compușii Co(+3) și Ni(+3) pot fi doar agenți oxidanți și mai degrabă puternici, în timp ce fierul (+3) nu se numără printre agenții oxidanți puternici. Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să se obțină săruri E(+3) cu un anion reducător (I – , S 2–). De exemplu:
2Fe(OH) 3 + 6HI 2FeI 2 + 6H 2 O + I 2
Spre deosebire de cobalt și nichel, fierul dă derivați de Fe (+6), care se obțin prin oxidarea dură a Fe (OH) 3 într-un mediu alcalin:
2Fe(OH) 3 + 3Br 2 +10KOH 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O
Ferrații(+6) sunt oxidanți mai puternici decât permanganații.
Elementele grupelor a opta (fier, ruteniu, osmiu, gasiu), a noua (cobalt, rodiu, iridiu, meitnerium) și a zecea (nichel, paladiu, platină, darmstadtium) sunt considerate istoric împreună în legătură cu unificarea lor într-un singur al optulea. grupa versiunii cu perioade scurte a tabelului periodic . Elementele perioadei a cincea și a șasea incluse în compoziția sa (ruteniu, osmiu, rodiu, iridiu, paladiu, platină) sunt nobile, adesea întâlnite împreună sub formă de aliaje în care predomină platina, deci sunt de obicei combinate într-o familie de metale de platină (platinoide). De asemenea, fierul, cobaltul și nichelul sunt uneori tratate ca o triadă separată (triada de fier). Cu o oarecare similitudine necondiționată a metalelor de platină, chimia elementelor incluse în diferite grupuri, de exemplu, osmiu, rodiu și paladiu, diferă semnificativ, dar, în același timp, există o similitudine notabilă între compușii similari ai elementelor din grup, pentru de exemplu, amoniații de cobalt (III), rodiu (III) și iridiu (III). Prin urmare, proprietățile chimice ale compușilor complecși și care conțin oxigen sunt descrise în manual pe grupuri. Elementele din perioada a șaptea gassium, meitnerium și darmstadtium sunt radioactive cu un timp de înjumătățire scurt și se obțin numai în cantitate de câteva zeci de atomi.
Fierul este unul dintre cele șapte metale ale antichității, adică cunoscut omenirii din cele mai timpurii perioade ale istoriei societății. Deși egiptenii și fenicienii cunoșteau deja capacitatea compușilor de cobalt de a da ochelarilor o culoare albastră strălucitoare, elementul în sine sub formă de substanță simplă a fost obținut abia în 1735 de chimistul german G. Brandt, iar câțiva ani mai târziu suedez. metalurgist AF Cronstedt a izolat nichelul din minereul de cupru. Platina este considerată în mod tradițional metalul indienilor din Ecuador, deoarece era folosită de aceștia pentru a face bijuterii și măști rituale înainte de sosirea conchistadorilor. Metalul infuzibil, asemănător exterior cu argintul, a primit de la spanioli denumirea de platina, un diminutiv al cuvântului „argint”. Multă vreme, metalul nu și-a găsit nicio utilizare datorită durității și refractarității sale mari. Pentru prima dată, chimistul englez W. Wollaston a reușit să obțină platină maleabilă în 1805, care a îmbunătățit procesul de forjare la cald. El este creditat cu descoperirea paladiului (numit după asteroidul Pallas, descoperit în 1802) și a rodiului, numit după culoarea roz-roșu a sărurilor. Iridiul (din latinescul iris - curcubeu, conform compușilor care au o culoare strălucitoare de diferite culori) și osmiul (din grecescul οσμη - miros, conform mirosului neplăcut ascuțit de tetroxid volatil) au fost curând izolate din pulberea rămasă după procesare. platină brută cu apă regia. În 1844, Klaus, profesor de chimie la Universitatea din Kazan, a izolat ruteniul, pe care l-a numit după Rusia, din minereul Ural trimis la el pentru analiză.
Metalele supergrele de platină sunt gazul radioactiv, meitnerium și darmstadtium. Aceste elemente au fost obținute în anii 1980–1990. la superputernicul accelerator nuclear din Darmstadt (Germania) asupra reacțiilor
208 Pb + 58 Fe 265 Hs + 1 n τ 1/2 (265 Hs) = 2×10 –3 s
209 Bi + 58 Fe 266 Mt + 1 n τ 1/2 (266 Mt) = 3,4 × 10 -3 s
208 Pb + 62 Ni 269 Ds + 1 n τ 1/2 (269 Ds) = 2,7 × 10 -4 s
Gassium a fost numit după țara Hesse, unde se află orașul Darmstadt, meitnerium - în onoarea savantului australian Lise Meitner, care a studiat reacțiile de fisiune a nucleelor de uraniu, iar darmshadtium în onoarea lui Darmstadt. Numele ultimului element a fost aprobat de comisia IUPAC în 2003.
Elementele celui de-al optulea grup au o configurație electronică comună în starea fundamentală (n – 1)d 6 ns 2 este rupt în ruteniu din cauza „alunecării electronilor”. Fenomene similare apar în atomul de rodiu, care face parte din al nouălea grup, cu o configurație electronică comună. (n – 1)d 7 ns 2 . Printre elementele grupei a zecea, configurația (n – 1)d 8 ns 2 se observă numai în atomul de nichel: în platină în starea fundamentală are loc un electron „descoperire”, iar în paladiu - doi, ceea ce duce la completarea completă a carcasei d (Tabelul 6.1).
Tabelul 6.1.
Unele proprietăți ale elementelor din grupele a opta - a zecea.
| grup | Al optulea | nouălea | Al zecelea | ||||||||
| Taxa de bază | 26Fe | 44 Ru | 76 Os | 27Co | 45 Rh | 77 Ir | 28 Ni | 46 Pd | 78 Pt | ||
| Numărul de izotopi naturali | |||||||||||
| Configuratie electronica | 3d 6 4s 2 | [kr] 4d 7 5s 1 | [Xe]4f 14 5d 6 6s 2 | 3d 7 4s 2 | [kr]4d 8 5s 1 | [Xe]4f 14 5d 7 6s 2 | 3d 8 4s 2 | [kr]4d 10 | [Xe]4f 14 5d 9 6s 1 | ||
| Raza metalică, nm | 0.126 | 0.134 | 0.135 | 0.125 | 0.134 | 0.136 | 0.124 | 0.137 | 0.139 | ||
| Energia de ionizare, kJ/mol, | I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 | (4500) (6100) | (1600) (2400) (3900) (5200) | (4400) (6500) | (1680) (2600) (3800) (5500) | (4700) (6300) | (2800) (3900) (5300) | ||||
| Raza ionică, nm (cn = 6) | E 2+ E 3+ E 4+ E 5+ E 6+ E 7+ | 0.061* 0.065* 0.059 | - 0.068 0.062 0.057 | - - 0.063 0.058 0.055 0.053 | 0.065* 0.054* 0.053 | - 0.067 0.060 0.055 | - 0.068 0.063 0.057 | 0.069 0.056* 0.048 | 0.086 0.076 0.062 | 0.080 ‘ 0.063 0.057 | |
| Electronegativitatea după Pauling | 1.83 | 2.2 | 2.2 | 1.88 | 2.28 | 2.20 | 1.91 | 2.20 | 2.28 | ||
| Electronegativitatea conform lui Allred-Rochow | 1.64 | 1.42 | 1.52 | 1.70 | 1.45 | 1.55 | 1.75 | 1.35 | 1.44 | ||
| Stări de oxidare | (–2), (–1), 0, +2, +3, (+4), (+5), +6 | (–2), 0, (+2), (+3), +4, (+5), +6, +7, +8 | (–2), 0, (+2), +3, +4, (+5), +6, +7, +8 | (–1), 0, (+1) (+2), (+3), +4, (+5), (+6), (+7), +8 | (–1), 0, +1, +2, +3, (+4), (+5), (+6) | (–1), 0, +1, (+2), +3, +4, (+5), (+6) | (–1), 0, (+1), +2, (+3), (+4) | 0, (+1), +2, (+3), (+4) | 0, (+1), +2, (+3), +4, (+5), (+6) | ||
* în stare de spin scăzut
Modelele de modificări ale proprietăților elementelor grupelor 8–10 atunci când se deplasează de-a lungul unei perioade și într-un grup respectă legile generale discutate în Capitolul 1. Primele energii de ionizare din grupele a opta și a noua scad la trecerea de la metalul 3d la 4d. (Tabelul 6.1.), care se datorează creșterii razei atomice și îndepărtarii electronilor de valență din nucleu. Creșterea suplimentară a E 1 la trecerea la d-metale din a șasea perioadă este explicată de efectele de screening asociate cu umplerea subnivelului 4f. Modelul general nu se aplică elementelor din grupa a zecea datorită stabilizării semnificative a orbitalilor d ai atomului de nichel, cauzată de o dublă „pătrundere” a electronilor.
Metalele triadei de fier, ca și alte elemente din seria 3d, având o rază atomică mică și orbitali d relativ mici, cu un grad nesemnificativ de suprapunere, au o activitate chimică mult mai mare în comparație cu metalele de platină. Spre deosebire de acestea, fierul, cobaltul și nichelul înlocuiesc hidrogenul din soluțiile acide și se oxidează în aer. Ele nu sunt caracterizate de compuși cluster, care, dacă se formează, se dovedesc adesea a fi instabili în aer și în soluție apoasă. În general, metalele de platină pot fi considerate ca fiind metalele cel mai puțin active din punct de vedere chimic, datorită razei atomice relativ scăzute (comparativ cu elementele d de la începutul rândurilor de tranziție) și a gradului ridicat de suprapunere a orbitalilor d. Dintre acestea, numai osmiul este capabil să interacționeze direct cu oxigenul și doar paladiul reacţionează cu acidul azotic concentrat. În general, metalele de platină se caracterizează prin compuși complecși, inclusiv complecși cu liganzi de acceptoare π (monoxid de carbon, alchene, alcadiene), hidruri, care sunt adesea stabile chiar și în soluție apoasă și clustere. Ca și alte metale grele de tranziție, platinoizii prezintă stări de oxidare ridicate, până la +8 (OsO 4). Stabilitatea stărilor superioare de oxidare crește de-a lungul grupelor (Notă de subsol: Pentru o revizuire a chimiei metalelor de platină în stările de oxidare de la +4 la +8, vezi DJ Gulliver, W. Levason, Coord. Chem. Rev., 1982, 46). , 1).
Când se deplasează de-a lungul perioadei, pe măsură ce numărul de electroni de valență crește și împerecherea lor, subnivelul d se stabilizează, iar stabilitatea stărilor superioare de oxidare scade. Deci, fierul poate fi oxidat într-o soluție apoasă la ferat FeO 4 2–, care conține un atom de metal în starea de oxidare +6, cobaltul și nichelul în aceste condiții dobândesc starea de oxidare +3. Cele mai ridicate stări de oxidare sunt cele mai stabile pentru elementele din grupa a opta - fier (+6), ruteniu (+8) și osmiu (+8) (Notă de subsol: Există informații despre obținerea compușilor de fier în starea de oxidare +8: Vezi Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Doklady AN SSSR, 1987, v. 292, nr. 3, p. 628). Aceste metale prezintă cele mai scăzute stări de oxidare cu compuși cu liganzi de acceptoare π, de exemplu, în carbonili: K 2 , K. Valoarea stării de oxidare cele mai stabile scade monoton la deplasarea de-a lungul perioadei: pentru fier, cea mai caracteristică stare de oxidare este +3, cobaltul în soluții apoase există predominant în starea de oxidare +2, iar în complecșii +3, nichelul exclusiv în starea de oxidare +2. Acest lucru este în concordanță cu creșterea energiilor de ionizare a treia din seria Fe - Co - Ni (Tabelul 6.1.). Ionii Ni 2+ sunt rezistenți la oxidarea oxigenului din aer la orice pH, sărurile de cobalt (II) sunt stabile în medii acide și neutre și sunt oxidate în prezența ionilor OH, fierul (II) este transformat în fier (III) sub acțiunea oxigenului (E0 (O2/H2O) = 1,229 B, pH = 0 și 0,401 B, pH = 14) la orice pH. Activitatea reducătoare a metalelor triadei scade, de asemenea, atunci când se deplasează de-a lungul seriei 3d (Tabelul 6.2.).
Tabelul 6.2. Potențialele standard ale electrodului M(III)/M(II) și M(III)/M(0) pentru elementele triadei de fier
Modificarea stărilor de oxidare care sunt stabile în soluții apoase poate fi reprezentată sub formă de diagramă:
Exemple de compuși ai elementelor din 8 - 10 grupe cu grade diferite de oxidare sunt date în tabel. 6.3. Pentru ionii cu configurații electronice d 3 (Ru +5), d 5 (Fe +3,) și d 6 (Fe +2, Co +3, Rh +3, Ir +3), complexele octaedrice sunt caracteristice, pentru configurațiile d 4 ( Ru +4, Os +4) și d 7 (Co +2) sunt octaedrice distorsionate tetragonal, apărute din cauza efectului Jahn-Teller, pentru d 8 - octaedric (Ni +2 cu liganzi de câmp slab și mediu) - sau pătrat planar ( Pd +2 , Pt +2 și, de asemenea, Ni +2 cu liganzi puternici de câmp). Moleculele și ionii cu geometrie tetraedrică apar atunci când ionii metalici interacționează cu liganzi voluminoase (PR3, Cl–, Br–, I–) sau când subnivelul d este complet umplut (d10, Pd0, Rh–1, Ru–2).
O scădere succesivă a razelor atomice și ionice pe măsură ce se deplasează de-a lungul perioadei duce la o scădere treptată a numerelor maxime de coordonare de la 10 pentru fier (în ferocen) la 8 pentru cobalt (în 2–) și 7 pentru nichel (în complexele cu macrocicli). liganzi). Analogii grei ai fierului - ruteniu și osmiu, de asemenea, rareori cresc numărul de coordonare mai mult de șase. Pentru platină (II) și paladiu (II), care au configurația electronică d 8, complexele planare pătrate cu un număr de coordonare de 4 sunt cele mai caracteristice.
O altă consecință a scăderii razelor ionice este o anumită scădere a valorilor produsului de solubilitate al hidroxizilor M(OH) 2 și, în consecință, constantele lor de bazicitate atunci când se deplasează de-a lungul seriei 3d:
Mn(OH)2Fe(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2
PR, 20 °C 1,9×10 –13 7,1×10 –16 2,0×10 –16 6,3×10 –18
În aceeași direcție crește și gradul de hidroliză a sărurilor cu anioni cu același nume. Acest lucru duce la faptul că atunci când sărurile de mangan (II) și fier (II) sunt expuse la o soluție de carbonat de sodiu mediu, carbonați medii precipită, iar ionii de cobalt și nichel dau săruri bazice în aceste condiții. O creștere a moliciunii Pearson a cationilor de metal 3d pe măsură ce se deplasează de-a lungul perioadei pe măsură ce subnivelul d este umplut și scăderea razelor ionice determină întărirea legăturii M-S în comparație cu M-O. Aceasta ilustrează clar schimbarea monotonă a produselor de solubilitate ai sulfurilor:
MnS FeS CoS NiS CuS
PR, 20 °C 2,5×10 –13 5,0×10 –1 8 2,0×10 – 25 2,0×10 – 26 6,3×10 – 36
Astfel, manganul și fierul apar în natură în principal sub formă de compuși cu oxigen, urmate de fier, cobalt, nichel și cupru în minereurile polisulfurate.
Tabelul 6.3. Stări de oxidare, configurații electronice, numere de coordonare (C.N.) și geometria moleculelor și ionilor
| Configurație electronică | K.Ch. | Geometrie | A opta grupă | A noua grupă | A zecea grupă | ||||
| Stare de oxidare | Exemple | Stare de oxidare | Exemple | Stare de oxidare | Exemple | ||||
| d 10 | tetraedru | –2 | 2– , M = Fe, Ru, Os | –1 | – , M = Co, Rh | Ni(CO)4, M(PF3)4, M = Pd, Pt | |||
| d9 | bipiramida trigonală | –1 | 2– | – | +1 | – | |||
| – | Co2(CO)8, M4(CO)12, M = Rh, Ir | – | |||||||
| octaedru | |||||||||
| d8 | octaedru | – | +1 | – | +2 | 2+ , 3+ | |||
| bipiramida trigonală | , | 3– | |||||||
| – | – | 2– | |||||||
| tetraedru | |||||||||
| – | RhCl(PPh 3) 2 | 2–. 2– , M = Pd, Pt | |||||||
| pătrat | |||||||||
| d7 | octaedru | +1 | + | +2 | 2+, Rh2 (CH3COO)4(H20)2 | +3 | 3– , M = Ni, Pd | ||
| tetraedru | – | 2– | – | ||||||
| d6 | tetraedru | +2 | 2– | +3 | 5– | +4 | 2– , 2– , M = Pd, Pt | ||
| octaedru | 2+ , 4– | 3+ | – | ||||||
| d5 | tetraedru | +3 | – | +4 | – | +5 | – | ||
| octaedru | 3+ , 3– | 2– , 2– , M = Co, Rh | – | ||||||
| d4 | tetraedru | +4 | +5 | – | +6 | PTF 6 | |||
| octaedru | 2– , M = Ru, Os | – , M = Rh, Ir | – | ||||||
| d3 | tetraedru | +5 | 3– , – , M = Ru, Os | +6 | MF6, M = Rh, Ir | ||||
| d2 | tetraedru | +6 | 2– , 2– , | – | |||||
| d1 | tetraedru | +7 | – , M = Ru, Os | – | |||||
| octaedru | OSOF 5 | – | |||||||
| bipiramidă pentagonală | OSF 7 | – | |||||||
| d0 | tetraedru | +8 | MO4, M = Ru, Os | – |
PLUS. Biochimia fierului.
Deși corpul unui adult conține doar aproximativ 4 g de fier, acesta joacă un rol important în procesele de transfer de oxigen către țesuturi și celule, eliminarea dioxidului de carbon și fosforilarea oxidativă. Trei sferturi din atomii de fier din organism sunt sub formă de hemoglobină, care este alcătuită dintr-un complex de porfirină de fier numit hem și proteina globină. Hemoglobina asigură transportul oxigenului către țesuturile corpului, iar proteina aferentă mioglobina, care are o structură mai simplă și, spre deosebire de hemoglobina, nu are o structură cuaternară, determină capacitatea țesuturilor de a stoca oxigen. Hemoglobina se găsește în celulele roșii din sânge, iar mioglobina se găsește în țesutul muscular. Ambii compuși au culoare roșie datorită prezenței unui atom de fier în ei în starea de oxidare +2, iar oxidarea fierului duce la pierderea activității lor biologice! În structura proteinei, hemul este situat în golul dintre două elice formate de lanțul polipeptidic. Complexul porfirinei asigură coordonarea plană pătrată a atomului de fier de către cei patru atomi de azot ai ciclului porfirinei. Atomul de azot al inelului imidazol al aminoacidului histidină aparținând celui mai apropiat lanț polipeptidic completează numărul de coordonare al fierului la cinci. Astfel, în forma neoxigenată a hemoglobinei, poziţia a şasea în sfera de coordonare a atomului de fier rămâne liberă. Aici intervine molecula de oxigen. Când se adaugă oxigen, atomul de fier părăsește planul ciclului porfirinei cu 0,02 nm în comparație cu forma deoxi. Acest lucru duce la modificări conformaționale în aranjamentul lanțurilor polipeptidice. În acest caz, complexul devine diamagnetic datorită tranziției atomului de fier la o stare de spin scăzut:
Sângele arterial conține predominant oxihemoglobină și, pe măsură ce moleculele de oxigen conținute în acesta trec în mioglobină, culoarea sângelui devine mai închisă - aceasta indică revenirea hemului la forma sa anterioară deoxi. Hemoglobina nu numai că transportă oxigenul de la plămâni la țesuturile periferice, dar accelerează și transportul dioxidului de carbon din țesuturi la plămâni. Imediat după eliberarea oxigenului, acesta leagă aproximativ 15% din CO 2 dizolvat în sânge.
Molecula de CO este capabilă să formeze un complex mai puternic cu hem decât molecula de oxigen, împiedicând astfel transportul acestuia de la plămâni la țesuturi. De aceea, inhalarea monoxidului de carbon duce la moarte din cauza lipsei de oxigen. Ionul de cianură joacă, de asemenea, un rol similar, deși toxicitatea sa se datorează în principal interacțiunii cu alte hemoproteine care conțin fier - citocromi. Citocromii sunt implicați în fosforilarea oxidativă - oxidarea piruvatului care are loc în mitocondrii, care se formează în timpul oxidării primare a carbohidraților. Energia eliberată în acest proces este stocată sub formă de legături de înaltă energie ale moleculei de ATP. Într-un lanț complex de fosforilare oxidativă, citocromii a, b și c sunt purtători de electroni de la o enzimă la alta și, în cele din urmă, la oxigen. În acest caz, atomul de fier își schimbă constant starea de oxidare.
Cel mai studiat este citocromul P 450, care este un hem care diferă de hem din hemoglobină printr-un set de substituenți și conține fier +3, coordonat de o moleculă de apă și un atom de sulf aparținând aminoacidului cisteină (Fig. 6.1). .Model al centrului activ al citocromului P 450înconjurat de partea proteică a moleculei) . Rolul său este de a hidroxila compușii lipofili străini organismului, care se formează ca produse secundare sau intră în organism din exterior:
R–H + O 2 + 2e – + 2H + ¾® ROH + H 2 O
În prima etapă (Fig. 6.2. Ciclul catalitic al citocromului P 450). Citocromul atașează o moleculă de substrat, care este apoi (etapa 2) supusă reducerii de către o altă enzimă. A treia etapă este adăugarea de oxigen, similar cu cel descris mai sus pentru hemoglobină. În complexul de fier cu spin scăzut rezultat, molecula de O2 coordonată este redusă la un ion de peroxid (etapa 4), care, ca urmare a transferului intramolecular de electroni, duce la un complex oxoferil care conține fier în starea de oxidare +5 (etapa 5). ). Când este restaurat, substratul oxidat este separat, iar citocromul trece în starea inițială (etapa 6).
Hemul formează și baza catalazelor și peroxidazelor, enzime care catalizează reacțiile de oxidare cu peroxid de hidrogen. O moleculă de catalază pe secundă este capabilă să provoace descompunerea a 44.000 de molecule de H 2 O 2.
În fosforilarea oxidativă, împreună cu citocromi, sunt implicate ferredoxinele - proteine fier-sulf, al căror centru activ este un grup care conține un atom de fier, punți sulfuroase și reziduuri de aminoacizi de cisteină (Fig. 6.3. Structura ferredoxinei bacteriene ( a), centrul activ al ferredoxinei (b)). Ferredoxinele găsite în bacterii, conținând fiecare câte opt atomi de fier și sulf, joacă un rol cheie în procesele de fixare a azotului atmosferic. În molecula de ferredoxină bacteriană au fost găsite două grupe identice de Fe 4 S 4, având formă de cub și situate la o distanță de 1,2 nm una de cealaltă. Aceste două grupuri sunt situate în interiorul unei cavități formate din lanțuri de aminoacizi legați unul de celălalt. Compoziția nitrogenazei (vezi p. 169, volumul 2) include și proteine cu o greutate moleculară de aproximativ 220 mii, care conțin doi atomi de molibden și până la 32 de atomi de fier. (R. Murray, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell, Human Biochemistry, M., Mir, 1993).
SFÂRȘIT SUPLIMENTUL
6.2. Distribuția în natură, producția și utilizarea substanțelor simple din 8-10 grupe.
În ceea ce privește prevalența în natură printre elementele grupelor 8-10, liderul incontestabil este fierul, mai precis, izotopul său 56 Fe, ale cărui nuclee au cea mai mare energie de legare a protonilor și neutronilor și, prin urmare, sunt foarte stabile. .
Într-adevăr, numărul de atomi de fier din Univers depășește semnificativ numărul de atomi ai oricăruia dintre elementele învecinate din sistemul Periodic și este aproape de hidrogen și heliu. De exemplu, pe Soare, conținutul de hidrogen este estimat la 1 × 10 12 unități convenționale, heliu - la 6,31 × 10 10 și fier - la 3,16 × 10 17. Acest lucru se datorează faptului că nucleul nuclidului 56 Fe aparține numărului de magie, adică având înveliș nuclear complet umplut. Pe măsură ce numărul de nucleoni din nucleu crește, energia de legare per nucleon crește mai întâi rapid, atingând un maxim chiar la nucleul de fier, apoi scade treptat (Fig. 6.4. Energia de legare per nucleon în funcție de numărul atomic al nucleului). element).(RJ Theiler, Origin chemical elements, M., Mir, 1975).
În funcție de conținutul din scoarța terestră, fierul se află pe locul al patrulea (4,1%), al doilea după oxigen, siliciu și aluminiu, nichelul (8 × 10 -3%) este pe al doilea zece, cobaltul (2 × 10 -3). %) - în al treilea, iar metalele de platină sunt rare (Ru 10–7%, Pt 10–7%, Pd 6×10–8%, Rh 2×10–8%, Os 10–8%, Ir 3× 10–10%). În scoarța terestră, fierul este reprezentat în principal de hematit Fe 2 O 3 (minereu de fier roșu), magnetit Fe 3 O 4 (minereu de fier magnetic), limonit Fe 2 O 3 ×xH 2 O (minereu de fier brun), siderit FeCO 3 (spar de fier, minereu de fier), ilmenită FeTiO 3 și pirită minerală sulfuroasă FeS 2 (pirite de fier). În general, sunt cunoscute peste 300 de minerale care conțin fier. O cantitate semnificativă de fier face parte din diverși silicați și aluminosilicați care formează rocile. Când sunt afectați de intemperii, compușii de fier, în principal oxidul de fier (III) și oxohidroxidul, intră în nisip de cuarț, argilă și sol, dându-le o culoare galben-maro, pământoasă. Fierul de origine meteorică se găsește în formă liberă pe pământ, adesea sub formă de aliaj cu nichel. Fierul nativ este cunoscut și sub formă de fulgi sau frunze mici intercalate în bazalt. Numai ocazional formează bucăți separate. Asemenea descoperiri sunt atât de rare încât în epoca de piatră și bronz uneltele făcute din ea erau apreciate cu mult mai mult decât aurul. Mantaua Pământului conține cantități semnificative de fier sub formă de spinel, silicați și oxizi. Se crede că fierul cu un amestec de nichel și sulf este partea principală a miezului pământului. În stratul de suprafață al Lunii, conținutul de fier ajunge la 0,5%.
Dezvoltarea obținerii fierului din minereu de fier a fost începutul epocii fierului. Pentru a reduce oxizii de fier cu cărbune, este necesară o temperatură de peste 1400 °C, pe care un foc obișnuit nu ar putea-o asigura. De aceea, în primele etape ale dezvoltării societății, minereurile de fier nu erau disponibile ca materie primă pentru producerea metalului. Oamenii au trebuit să se limiteze doar la descoperiri aleatorii de fier meteoric. La începutul mileniului I î.Hr. În secolul al XVIII-lea, a fost stăpânită o metodă de prelucrare brută de recuperare a minereului, bazată pe utilizarea unei forje - o structură din pietre acoperite cu lut. În pereții forjei erau lăsate găuri, în care aerul era injectat prin tuburi speciale de lut - duze - cu ajutorul unor pungi de piele numite blănuri. Cărbune și minereu de fier au fost turnați în cuptor, iar deasupra s-a făcut foc. Metalul rezultat a fost sudat într-un kritsa - o masă poroasă, din care s-au obținut produse prin forjare. Producția în furnal a ajuns să înlocuiască metoda aluatului crud. Acest lucru s-a întâmplat ca urmare a creșterii înălțimii cuptorului, care a necesitat și introducerea de fluxuri - aditivi speciali care formează zguri cu punct de topire scăzut cu roca sterilă conținută în minereu. Deoarece într-un furnal, spre deosebire de vatră, metalul topit este în contact cu cărbunele pentru o lungă perioadă de timp, acesta se carburează, transformându-se în fontă. Aceasta necesită o operațiune suplimentară pentru „redistribuirea” fontei în oțel și fier. Primele furnale au apărut în Țările de Jos la sfârșitul secolului al XIV-lea - începutul secolului al XV-lea, în secolul al XVI-lea au atins o înălțime de 4 - 5 m. În Rusia, producția de furnal a apărut în secolul al XVII-lea, iar în secolul următor a fost dezvoltat în Urali.
Plus. Diagrama stării sistemului fier-carbon.
Diagrama de stare a sistemului Fe-C în regiunea de până la 6,5 gr. % C, prezentat în Fig. 6.5 a, este important în metalurgie pentru producția țintită a diferitelor clase de oțeluri și fonte. Fierul pur cristalizează în trei modificări, α, γ și δ, fiecare dintre acestea dizolvând o anumită cantitate de carbon și este stabilă într-un anumit interval de temperatură. Soluțiile solide de carbon în aceste modificări, α-Fe, γ-Fe și δ-Fe-C, se numesc α-ferită, γ-austenită și, respectiv, δ-ferită. α-Fe și δ-Fe au o rețea cubică centrată pe corp și γ-Fe au o rețea cubică centrată pe fețe. Solubilitatea carbonului este cea mai mare în austenită (γ-Fe).
Topituri care conțin până la 1,75 gr. % C, după răcirea rapidă la 1150 ° C, sunt o soluție solidă omogenă - austenită. Din aceste aliaje se face oțelul. În topiturile care conțin mai mult de 1,75% C după răcire la 1150 ° C, pe lângă austenita solidă, există și un eutectic lichid din compoziția punctului A (Fig. 6.5.a) Când este răcit sub 1150 ° C, cristalizează și umple spațiul dintre cristalele de austenită. Sistemele solide rezultate sunt fonta. În funcție de condiții, eutecticul se poate cristaliza în două moduri. La răcirea rapidă, ectectica solidificată constă din cristale de austenită și cristale instabile de Fe3C numite cementită. Cu o răcire lentă, se formează un amestec de cristale de austenită și grafit stabil. Fonta care conține cementită se numește albă, iar cea care conține grafit se numește gri. Eutecticul solidificat din austenită și cementită se numește ledeburit și numai ledeburitul este eliberat din topitură care conține 4,3% C.
Când austenita este răcită sub 1150 o C, se recristalizează. Din soluții solide care conțin mai puțin de 0,9 gr. % C, ferita α-Fe este eliberată mai întâi (vezi insertul în Fig. 6.5.a) și din soluții care conțin mai mult de 0,9 în greutate. % C, se eliberează în primul rând cementitul, care se numește cementită secundară. În ambele cazuri, compoziția soluției solide rămase se apropie de punctul eutectoid B. În acest moment, cristalele de ferită și cementită precipită simultan într-un amestec stratificat subțire numit perlită. O topitură care conține 0,9% C, la răcire, poate forma perlită pură, care nu conține cristale mari de ferită sau Fe3C care au precipitat mai devreme.
Prin ajustarea compoziției topiturii inițiale, a vitezei de răcire și a timpului de încălzire la temperaturile selectate din diagramă, este posibil să se obțină aliaje cu microstructură, compoziție, orientare și tensiuni diferite în cristale. Dacă apoi sistemul rezultat este răcit foarte repede (stins), atunci toate transformările ulterioare sunt puternic inhibate, iar structura creată este păstrată, deși se dovedește a fi instabilă termodinamic. Acesta este modul de a obține diferite calități de oțel.
Orez. 6.5. Diagrama de fază a sistemului fier-carbon
SFÂRȘIT SUPLIMENTUL.
În prezent, minereul de fier este redus cu cocs în furnalele înalte, în timp ce fierul topit reacţionează parţial cu carbonul, formând carbură de fier Fe 3 C (cementită) şi o dizolvă parţial. Când topitura se solidifică, fontă. Fonta folosită la fabricarea oțelului se numește fontă brută. Oţel, spre deosebire de fontă, conține mai puțin carbon. Excesul de carbon conținut în fontă trebuie ars. Acest lucru se realizează prin trecerea aerului îmbogățit cu oxigen peste fierul topit. Există și o metodă directă de producere a fierului, bazată pe reducerea peletelor de minereu de fier magnetic cu gaz natural sau hidrogen:
Fe 3 O 4 + CH 4 \u003d 3Fe + CO 2 + 2H 2 O.
Fierul foarte pur sub formă de pulbere se obține prin descompunerea Fe(CO) 5 carbonil.
PLUS. Aliaje de fier.
Aliajele pe bază de fier sunt împărțite în fontă și oțel.
Fontă- un aliaj de fier cu carbon (conține de la 2 la 6% C), care conține carbon sub formă de soluție solidă, precum și cristale de grafit și cementit Fe 3 C. Există mai multe tipuri de fontă care diferă ca proprietăți și culoarea fracturii. Fonta albă conține carbon sub formă de cementită. Este foarte fragil și nu găsește aplicare directă. Toată fonta albă este transformată în oțel (fontă). Fonta cenușie conține incluziuni de grafit - sunt clar vizibile la fractură. Este mai puțin fragil decât albul și este folosit pentru a face volante și radiatoare de încălzire a apei. Adăugarea unei cantități mici de magneziu la topitură provoacă precipitarea grafitului nu sub formă de plăci, ci sub formă de incluziuni sferice. Această fontă modificată are o rezistență ridicată și este folosită la fabricarea arborilor cotiți ai motorului. Fonta oglindă, care conține 10–20% mangan și aproximativ 4% carbon, este folosită ca dezoxidant în producția de oțel.
Fig.6.6. Fontă cenușie (a) și fontă rezistentă (b) la microscop.
Minereul de fier și cocsul sunt materiile prime pentru producția de fier. Fonta brută este topită în furnalele - cuptoare mari, de până la 80 m înălțime, căptușite cu cărămizi refractare din interior și acoperite cu o carcasă de oțel deasupra. Partea superioară a furnalului se numește ax, partea inferioară se numește munte, iar gaura superioară, care servește la încărcarea încărcăturii, se numește vârf. De jos, aerul cald îmbogățit cu oxigen este alimentat în cuptor. În partea superioară a vetrei, cărbunele este ars cu formarea de dioxid de carbon. Căldura degajată în acest caz este suficientă pentru ca procesul să continue. Dioxidul de carbon, care trece prin straturile de cocs, este redus la monoxid de carbon (II) CO, care, reacționând cu minereul de fier, îl reduce la metal. Pentru a îndepărta impuritățile conținute în minereu, de exemplu, nisip de cuarț SiO 2, se adaugă fluxuri în cuptor - calcar sau dolomit, care se descompun în oxizi CaO, MgO, legând zgura în fluxuri cu punct de topire scăzut (CaSiO 3, MgSiO 3). Pe lângă fier, cocsul reduce și impuritățile conținute în minereu, de exemplu, fosfor, sulf, mangan și parțial siliciu:
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C = 3CaO + 5CO + 2P,
CaSO 4 + 4C \u003d CaS + 4CO,
MnO + C = Mn + CO
SiO2 + 2C = Si + 2CO.
În metalul topit, sulful este prezent sub formă de sulfură de FeS, fosforul este sub formă de fosfură de Fe3P, siliciul este sub formă de siliciură SiC, iar carbonul în exces este sub formă de carbură de Fe3C (cementită) . Gazele care ies din furnal se numesc gaze de furnal sau furnal. Aproximativ o treime din volum sunt compuse din monoxid de carbon, deci sunt folosite ca combustibil pentru a încălzi aerul care intră în furnal.
OREZ. 6.7 Schema unui furnal
Oţel– un aliaj de fier cu carbon (conține de la 0,5 la 2% C), care conține carbon doar sub formă de soluție solidă. Oțelul este mai dur decât fierul, mai greu de îndoit, mai rezistent, mai ușor de spart, deși nu la fel de fragil ca fonta. Cu cât conține mai mult carbon, cu atât este mai dur. În clasele obișnuite de oțel, nu sunt permise mai mult de 0,05% sulf și 0,08% fosfor. Chiar și un mic amestec de sulf face ca oțelul să fie fragil atunci când este încălzit; în metalurgie, această proprietate a oțelului se numește fragilitate roșie. Conținutul de fosfor din oțel provoacă fragilitate la rece - fragilitate la temperaturi scăzute.Oțelul călit este format printr-o răcire bruscă a oțelului încălzit la o temperatură de căldură roșie. Un astfel de oțel are duritate mare, dar este fragil. Uneltele de tăiere sunt fabricate din oțel călit. Cu o răcire lentă, se obține oțel călit - este moale și ductil. Prin introducerea de aditivi de aliere în topitură ( dopaj) - crom, mangan, vanadiu etc., primesc clase speciale de oțel. Oțelul care conține mai mult de 13% crom își pierde capacitatea de a se coroda în aer și devine inoxidabil. Se foloseste in industria chimica, in viata de zi cu zi, in constructii. Oțelurile deosebit de puternice care conțin vanadiu sunt folosite pentru turnarea blindajului.
Materia primă pentru producția de oțel este fonta, iar esența proceselor care au loc în timpul topirii este eliminarea excesului de carbon din aliaj. Pentru a face acest lucru, oxigenul este trecut prin fierul topit, care oxidează carbonul conținut în fier sub formă de grafit sau cementit la monoxid de carbon CO. Cu toate acestea, în acest caz, o parte din fier este, de asemenea, oxidată de oxigen la un oxid:
2Fe + O 2 \u003d 2FeO.
Pentru reducerea inversă a FeO la fier, dezoxidanții sunt introduși în topitură, de regulă, acestea sunt metale active - mangan, bariu, calciu, lantan. Ele reduc fierul oxidat la metal:
Mn + FeO = MnO + Fe,
și apoi separat de topitură, plutind la suprafața acesteia sub formă de zgură fuzibilă, interacționând fie cu căptușeala cuptorului, fie cu adaos special fluxuri:
MnO + SiO 2 \u003d MnSiO 3.
Oțelul este topit în cuptoare speciale. În funcție de tipul cuptoarelor, există mai multe metode de fabricare a oțelului. Într-un cuptor cu vatră deschisă, spațiul de topire este o baie acoperită cu o boltă de cărămizi refractare (Figura 6.8. Fabricarea oțelului: (a) Cuptor cu vatră deschisă, convertor de oxigen). Combustibilul este injectat în partea superioară a cuptorului - sunt gaze naturale sau păcură. Căldura degajată în timpul arderii sale încălzește amestecul și îl face să se topească. Timp de 6 - 8 ore, timp în care fonta topită se află în cuptorul cu vatră deschisă, carbonul arde treptat în el. După aceea, oțelul topit este turnat și după un timp fonta este încărcată din nou. Procesul cu vatră deschisă este periodic. Principalul său avantaj este că oțelul rezultat poate fi turnat în matrițe mari. În ceea ce privește performanța, procesul cu vatră deschisă este inferior procesului de transformare a oxigenului, care se desfășoară nu în cuptoare mari, ci în convertoare mici - aparate în formă de pară sudate din oțel și căptușite cu cărămizi refractare din interior. De sus, aerul îmbogățit cu oxigen este suflat printr-un convertor montat pe o axă orizontală. Oxizii formați de mangan și fier reacționează cu căptușeala de silicați a convertorului, formând zgură. Procesul durează aproximativ 40 de minute, după care convertizorul este mutat într-o poziție înclinată și oțelul topit și zgura sunt turnate secvenţial (Fig. 6.8. b). Convertoarele căptușite cu cărămidă nisip-var, numite convertoare Bessemer după inventatorul englez Henry Bessemer, nu sunt potrivite pentru fabricarea oțelului din fieruri care conțin fosfuri de fier. Pentru redistribuirea fontei bogate în fosfor se folosesc convertoare Thomas, care sunt căptușite cu calcar sau dolomit din interior. Topirea oțelului se realizează în prezența varului, care leagă fosforul conținut în fontă în fosfați, care formează zgura (zgura Thomas), care este folosită ca îngrășământ. Oțelurile aliate sunt topite în cuptoare electrice la temperaturi de peste 3000 °C. Acest lucru face posibilă obținerea de oțeluri cu proprietăți speciale, inclusiv cele superrezistente și refractare.
SFÂRȘIT SUPLIMENTUL
Cobaltul se găsește în natură în principal sub formă de compuși cu arsen, smaltită CoAs 2 (condimente de cobalt) și cobaltită CoAsS (lustru de cobalt), cu toate acestea, aceste minerale sunt prea rare și nu formează depozite independente. De asemenea, face parte din minereurile complexe de cupru-cobalt-nichel și sulfură de cupru-cobalt, în cantități mici se găsește în argile și șisturi, care s-au format în condiții de deficiență de oxigen.
Nichelul, ca și cobaltul, are o mare afinitate pentru elementele post-tranziție din perioada a cincea - arsen și sulf, iar datorită apropierii razelor ionice, este adesea izomorf cu compușii de cobalt, fier și cupru. Datorită acestui fapt, cantități mari de nichel din litosferă sunt legate în minereuri polisulfurate de cupru-nichel. Dintre mineralele sulfurate, milerita NiS (pirită galbenă de nichel), pentlandita (Fe, Ni) 9 S 8 și cloantita NiAs 2 (pirită albă de nichel) sunt de cea mai mare importanță. O altă materie primă importantă de nichel sunt rocile serpentine, care sunt silicați de bază, de exemplu, garnierita (Ni, Mg) 6 × 4H 2 O. Cantități mici de compuși de nichel se găsesc în cărbunii fosili, șist și petrol.
Principalele materii prime pentru producția de cobalt și nichel sunt minereurile polisulfurate (nota de subsol: silicații și alte minereuri de nichel care conțin oxigen sunt mai întâi transformate în sulfuri prin fuziune cu gips deshidratat și cărbune la 1500 ° C: CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO 3NiO + 3CaS = Ni3S2 + 3CaO + S). Minereul aglomerat este amestecat cu acid sulfuric și topit într-un cuptor cu arbore într-o mată constând din sulfuri de fier, cobalt, nichel și cupru. Acest lucru vă permite să îl separați de silicații care formează zgură. Când mata topită este răcită, sulfurile sunt eliberate sub formă cristalină. Sunt zdrobite și apoi încălzite la 1300 °C într-un curent de aer. Capacitatea sulfurilor de a oxida scade în seria FeS > CoS > Ni 3 S 2, prin urmare, sulfura de fier reacţionează mai întâi cu oxigenul, care este transformat în zgură prin adăugarea de silice. Oxidarea ulterioară duce la formarea de oxizi de cobalt și nichel
2Ni 2 S 3 + 7O 2 \u003d 6NiO + 4SO 2.
Sunt aduse în soluție prin tratare cu acid sulfuric sau prin recurgerea la oxidare anodică. Impuritatea de cupru este îndepărtată prin introducerea de pulbere de nichel, care o reduce la o substanță simplă. Cobaltul și nichelul au proprietăți chimice similare. Pentru a le separa, soluția este alcalinizată și tratată cu clorat de sodiu, care oxidează doar ionii de cobalt:
2CoSO 4 + Cl 2 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Co (OH) 3 ¯ + 2NaCl + 3CO 2 + 2Na 2 SO 4.
Într-un mediu ușor acid, cobaltul rămâne în precipitat sub formă de hidroxid, iar nichelul trece în soluție sub formă de sare, care este transformată în hidroxid. Oxizii obținuți prin calcinarea hidroxizilor se reduc cu cărbune:
Co 3 O 4 + 4C \u003d 3CO + 4CO,
NiO + C = Ni + CO.
În timpul reducerii se formează și carburi Co 3 C, Ni 3 C, pentru a le îndepărta se ia oxidul în exces:
Ni3C + NiO = 4Ni + CO.
Rafinarea electrolitică este utilizată pentru a obține metale mai pure. De asemenea, face posibilă izolarea metalelor de platină conținute în mată.
Mai mult de jumătate din cobaltul și nichelul produs este cheltuit pentru producția de aliaje. Aliajele magnetice pe bază de cobalt (Fe-Co-Mo, Fe-Ni-Co-Al, Sm-Co) sunt capabile să păstreze proprietățile magnetice la temperaturi ridicate. Aliajele metalo-ceramice, care sunt carburi de titan, wolfram, molibden, vanadiu și tantal cimentate cu cobalt, sunt utilizate pentru fabricarea sculelor de tăiere. Oțelurile cu un conținut ridicat de nichel și crom nu se corodează în aer; ele sunt folosite la fabricarea instrumentelor și echipamentelor chirurgicale pentru industria chimică. Nicromul din aliaj crom-nichel rezistent la căldură, care conține 20 - 30% crom, are o rezistență electrică ridicată, este folosit la fabricarea bobinelor de încălzire electrică. Aliaje cupru-nichel constantan (40% Ni, 60% Cu) și nichelină (30% Ni, 56% Cu, 14% Zn), din monel (68% Ni, 28% Cu, 2,5% Fe, 1,5% Mn) mentă o monedă.
Sunt importante superaliaje– materiale pe bază de fier, cobalt sau nichel, special concepute pentru funcționarea la temperaturi înalte. Au rezistență ridicată la coroziune, păstrează rezistența în intervalul de temperatură la care funcționează turbinele cu gaz, se caracterizează printr-un modul ridicat de elasticitate și un coeficient scăzut de dilatare termică. Combinația dintre rezistența la oxidare și rezistența acestor materiale este de neegalat. Multe superaliaje au o rețea cubică centrată pe față, care, fiind cea mai densă dintre toate structurile cristaline, oferă proprietăți termomecanice excepționale ale materialului. Aliajul este format dintr-o bază (Fe, Co, Ni), conține aditivi metalici care măresc rezistența la suprafață (Cr) și elemente (Al), care formează o fază γ' cubică (γ'-Ni 3 Al), care are rezistență și rezistență la oxidare. Introducerea unor cantități mici de carbon (0,05 - 0,2%) în superaliaje duce la formarea de carburi, de exemplu, TiC, care, în timpul funcționării aliajului la temperaturi ridicate, se transformă treptat în carburi din compoziția M 23 C 6 și M6C, care sunt ușor de afectat tratament termic. Carbonul rezultat trece sub forma unei soluții solide. Astfel, structura unui superaliaj poate fi reprezentată ca o soluție solidă cu incluziuni fin cristaline de compuși intermetalici și carburi, care îi conferă duritatea și rezistența. Dopajul suplimentar contribuie la încetinirea proceselor de difuzie, crescând stabilitatea structurii la temperaturi ridicate. Unul dintre primele superaliaje a fost dezvoltat în 1935, Rex-78, format din 60% fier, 18% Ni, 14% Cr și, de asemenea, conține cantități mici de molibden, titan, cupru, bor, carbon. Este utilizat pentru fabricarea palelor și duzelor de turbine (Superalloys II. Materiale termorezistente pentru centrale aerospațiale și industriale, M., Metalurgie, 1995)
Cobaltul și nichelul fin dispersate au activitate catalitică ridicată. Pulberea fină de cobalt depusă pe suport servește ca catalizator activ pentru hidrocarbonilarea Fischer-Tropsch. Nichelul înlocuiește adesea platina în procesele de hidrogenare, cum ar fi grăsimile vegetale. În laborator, pulbere fină de nichel activ catalitic (nichel scheletic, nichel Raney) se obține prin tratarea unui aliaj de nichel-aluminiu cu alcalii în atmosferă inertă sau reducătoare. Nichelul merge la producția de baterii alcaline.
Mulți compuși de cobalt sunt viu colorați și au fost folosiți din cele mai vechi timpuri ca pigmenți pentru prepararea vopselelor: aluminatul de cobalt CoAl 2 O 4 („cobalt albastru”, „albastru Gzhel”) are o culoare albastră, stanatul Co 2 SnO 4 („ ceruleum”, „albastru de cer”) - albastru cu o nuanță albăstruie, fosfați Co 3 (PO 4) 2 („cobalt violet închis”) și CoNH 4 PO 4 × H 2 O („cobalt violet lumină”) - roșcat- violet, oxid mixt de cobalt (II ) și zinc CoO × xZnO („cobalt verde”) - verde strălucitor, silicați de cobalt („schmalt”, „sticlă de cobalt”) - albastru închis (EF Belenky, IV Riskin, Chimie și tehnologie de Pigments, L., Chemistry, 1974). Adăugarea de oxid de cobalt în sticlă îi conferă o culoare albastră.
Pigmenții de fier sunt de obicei galben-maro sau roșu-maro în diferite nuanțe. Dintre pigmenții naturali, cei mai cunoscuți sunt ocru - oxohidroxid cristalin FeOOH și argilă care conține siena. Când sunt calcinate, se deshidratează, căpătând o culoare roșie. Umbra brună se formează prin degradarea minereurilor de fier care conțin mangan. Pigmentul negru este magnetit.
Metalele de platină apar în natură în principal în forma lor nativă - sub formă de substanțe simple, aliaje între ele și cu alte metale nobile. În cantități foarte mici, ele fac parte din minereurile polisulfurate; descoperirile propriilor minerale sulfurate, de exemplu, lauritul RuS 2, cooperitul PtS, sunt extrem de rare. Conținutul total mediu de metale de platină în sulfurile din Ural este de 2-5 grame pe tonă. În natură, boabele de platină se găsesc adesea în aceleași placere ca și aurul, prin urmare, sub formă de incluziuni separate, ele sunt uneori vizibile pe suprafața obiectelor de aur antice, în principal de origine egipteană. Rezerve mari de platină nativă sunt concentrate în Anzii din America de Sud. În rocile lor constitutive, boabele de platină, împreună cu particule de aur, se dovedesc adesea a fi incluse în piroxeni și alți silicați de bază, din care, ca urmare a eroziunii, trec în nisipurile râului. Aurul spălat din ele conține mici cristale de platină, care sunt extrem de greu de separat. În Evul Mediu, ei nu s-au străduit pentru aceasta: amestecul de boabe grele nu face decât să mărească masa metalului prețios. Ocazional, există și pepite mari de platină, de până la nouă kilograme. Ele conțin neapărat impurități de fier, cupru, ioduri de platină și uneori aur și argint. De exemplu, metalul din zăcământul Choco din Columbia, care a fost dezvoltat de vechii incași, are o compoziție aproximativă de Pt 86,2%, Pd 0,4%, Rh 2,2%, Ir 1,2%, Os 1,2%, Cu 0, 40% , Fe 8,0%, Si 0,5%. Iridiul nativ conține 80 - 95% Ir, până la 2,7% Ru, până la 6,1% Pt; osmiu - 82 - 98,9% Os, 0,9 - 19,8% Ir, până la 10% Ru, 0,1 - 3,0% Pt, până la 1,3% Rh, până la 1% Fe.
În Rusia, primul placer de platină a fost descoperit în 1824 în nordul Uralului, iar în curând a început exploatarea minieră în regiunea Nizhny Tagil. Din acel moment și până în 1934, Rusia a fost lider pe piața furnizorilor mondiali de platină, făcând loc mai întâi Canadei, iar din 1954 Africa de Sud, care are cele mai mari zăcăminte de metal.
PLUS. Rafinare.
Rafinarea se referă la producerea de metale prețioase de înaltă puritate. Rafinarea metalelor de platină se bazează pe separarea compușilor chimici ai acestor elemente, datorită diferenței unora dintre proprietățile lor - solubilitate, volatilitate, reactivitate. Materia primă este nămolul îmbogățit provenit din producția de cupru și nichel, obținut prin dizolvarea deșeurilor de produse tehnice care conțin metale prețioase, inclusiv catalizatori uzați. Nămolurile conțin metale de platină, precum și aur, argint, cupru și fier. Pentru a îndepărta siliciul și metalele de bază, majoritatea schemelor tehnologice recurg la topirea nămolului cu litargiu de plumb și cărbune. În acest caz, metalele de bază conținute în nămol sunt oxidate de litargul de plumb la oxizi, iar plumbul rezultat concentrează metalele din grupul de argint, aur și platină. Perla de plumb rezultată, numită și werkble, este supusă cupelării - topire oxidativă pe o picătură - un vas poros format din cenușă osoasă, magneză și ciment Portland. În acest caz, cea mai mare parte a plumbului este oxidată și absorbită de materialul picăturilor. După copelare, aliajul este tratat cu acid sulfuric pentru a îndepărta argintul. Acum conține metale prețioase. Cea mai importantă operație de rafinare este interacțiunea cu acva regia (Fig. 6.9. Rafinarea simplificată a metalelor nobile), în care cea mai mare parte a aurului, paladiului și platinei sunt dizolvate, în timp ce ruteniul, osmiul, rodiul și iridiul rămân în principal în sediment. Pentru a separa aurul de platină și paladiu, pe soluție se aplică vitriol de fier, ceea ce duce la eliberarea aurului într-o formă liberă. Paladiul și platina, prezente în soluție sub formă de cloruri și complexe de cloruri, se separă pe baza diferitelor solubilități ale sărurilor. Multe ore de fierbere a nămolului în acva regia duce la o tranziție parțială a altor metale de platină în soluție, astfel încât platina obținută conform acestei scheme conține impurități de rodiu și iridiu. Din reziduu, insolubil în acva regia, rodiul este izolat prin fuziune cu hidrosulfat de sodiu. Când topitura este levigată, aceasta intră în soluție sub formă de sulfați complecși. Ruteniul, osmiul și iridiul, care sunt rezistente la atacul acidului, sunt supuse fuziunii oxidative cu alcalii. Soluția obținută prin levigarea topiturii conține rutenați și osmați, iar majoritatea iridiului precipită sub formă de dioxid. Separarea ruteniului de osmiu se bazează pe sublimarea oxizilor lor superiori prin captarea lor într-o soluție de acid clorhidric. În acest caz, oxidul de ruteniu este redus și intră în soluție, în timp ce anhidrida de osmiu intră în fază gazoasă și scapă parțial în atmosferă. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece osmiul este cel mai puțin căutat dintre metalele de platină. Schema exactă de rafinare este selectată pentru o anumită materie primă, în funcție de procentul de diferite metale din aceasta.
SFÂRȘIT SUPLIMENTUL.
Datorită punctului său de topire ridicat, platina, spre deosebire de aurul și argintul, nu se topea într-un cuptor, nu putea fi forjată nici la rece, nici la cald. Prin urmare, metalul nu și-a găsit aplicație practică pentru o lungă perioadă de timp, a fost solicitat doar în rândul falsificatorilor, care îl amestecau cu aur pentru a-și crește masa. Lucrurile au ajuns la punctul în care regele Spaniei, în 1755, a emis un decret conform căruia toată platina extrasă în timpul dezvoltării placerilor columbieni în Choco urma să fie separată cu grijă de aur și înecată în râuri. Timp de 43 de ani de decret, au fost distruse până la patru tone de metal prețios.
Pentru prima dată, inginerii ruși au reușit să obțină un lingou de metal în 1826. Pentru a face acest lucru, boabele de platină nativă au fost dizolvate în acva regia și apoi precipitate sub forma unei mase spongioase poroase, care a fost turnată sub presiune la 1000 °. C. În acest caz, metalul a dobândit maleabilitate și ductilitate. În Rusia, între 1828 și 1845, s-au batut monede de platină, precum și medalii și bijuterii. Cadrul pentru diamante și multe alte pietre prețioase din platină arată mult mai impresionant decât cele din argint. Adăugarea de platină la bijuteriile din argint le face mai grea și mai durabilă. Utilizarea pe scară largă în bijuterii este „aurul alb” - un aliaj alb-argintiu de paladiu și aur într-un raport de 1: 5. Interesant, aurul nu se amestecă cu platina în formă solidă, acest aliaj este un amestec de soluții solide de platină în aur și aur în platină. Odată cu creșterea procentului de platină, culoarea aurii se schimbă în galben gri și gri argintiu. Astfel de aliaje erau folosite de bijutierii Faberge.
Consumul mondial anual de metale de platină este estimat la 200 de tone. Platina este puțin mai scumpă decât aurul, în timp ce rodiul, iridiul, ruteniul și osmiul sunt de câteva ori mai scumpe decât platina. Cel mai ieftin dintre metalele de platină este paladiul. Costă mai puțin de 4 USD per gram.
Cele mai importante domenii de utilizare a metalelor de platină sunt prezentate în tabel
Tabelul 6.4. Structura consumului de metale de platină în %
Nu include osmiul, a cărui producție anuală mondială este de doar câteva kilograme. Deși catalizatorii de hidrogenare dezvoltați pe baza ei sunt chiar mai eficienți decât cei din platină, iar adăugarea acestuia la aliaje crește foarte mult rezistența la uzură a acestora, osmiul și compușii săi nu și-au găsit încă aplicație practică datorită costului lor ridicat.
Printre consumatorii de platină, rodiu și paladiu, pe primul loc se află industria auto, care introduce pe scară largă catalizatori fabricați pe baza acestora care îmbunătățesc arderea ulterioară a gazelor de eșapament. Eficiența utilizării lor depinde direct de calitatea benzinei - un conținut ridicat de compuși organici de sulf în ea duce la o otrăvire rapidă a catalizatorului și reduce efectul acestuia la nimic. În procesele de reformare se folosesc aliaje de platină-reniu, în hidrogenare, precum și în oxidarea amoniacului în oxid nitric (II) și a dioxidului de sulf în anhidridă sulfuric - azbest platinizat, la producerea acetaldehidei sintetice (procesul Wacker) - paladiu (II) clorura. Compușii de rodiu își găsesc aplicații în principal în cataliza omogenă. Dintre acestea, clorura de trifenilfosinerhodiu(I) Rh(PPh 3) 3Cl, adesea denumită catalizator Wilkinson, este cel mai cunoscut. În prezența sa, multe procese de hidrogenare au loc chiar și la temperatura camerei.
Datorită stabilității lor termice ridicate și a valorilor EMF termice ridicate, aliajele metalice de platină sunt utilizate în producția de termocupluri pentru măsurarea temperaturilor ridicate: termocuplurile platină-rodiu funcționează la temperaturi de până la 1300 °C, iar rodiu-iridiu - 2300 °C.
Inerția chimică și refractaritatea fac din platină și platinoide materiale convenabile pentru fabricarea electrozilor, sticlăriei de laborator, reactoarelor chimice, de exemplu, topitorii de sticlă. Paladiul este principalul material pentru condensatoarele ceramice multistrat utilizate în calculatoare și telefoane mobile. În electrotehnică, platina și paladiul sunt folosite pentru a aplica acoperiri de protecție pe contactele și rezistențele electrice, astfel încât acestea să poată fi îndepărtate de pe dispozitivele electrice uzate. Preparatele de platină sunt utilizate în chimioterapia bolilor tumorale oncologice.
Situat în a patra perioadă.
Greutatea atomică a fierului este de 55,84, iar sarcina nucleară este de +26. Distribuția electronilor după niveluri de energie (+26): 2, 8, 14, 2. Configurația electronică a stratului de fier exterior și pre-exterior 3s23p63d64s2.
Astfel, pentru un atom de fier, pe lângă doi s-electroni ai celui de-al patrulea strat exterior, mai sunt sase d-electronii celui de-al treilea strat preextern. Din acestea d-electronii sunt cei mai activi 4 nepereche. În consecință, 6 electroni sunt implicați în mod special în formarea legăturilor de valență de fier - 2 din straturile externe și 4 din straturile pre-exterioare. Cele mai frecvente stări de oxidare ale fierului sunt Fe +2 și Fe +3. Fierul este unul dintre cele mai des întâlnite elemente în natură. În ceea ce privește prevalența, printre alte elemente, se află pe locul patru.
■ 57. Pe baza structurii atomului de fier, precum și a distribuției electronilor în orbitali, indicați posibilele stări de oxidare ale acestui element.
Fierul în stare liberă este un metal lucios gri argintiu cu o densitate de 7,87, un punct de topire de 1535° și un punct de fierbere de 2740°. Fierul are proprietăți feromagnetice pronunțate, adică, sub influența unui câmp magnetic, devine magnetizat și, atunci când câmpul încetează, își păstrează proprietățile magnetice, devenind el însuși un magnet. Toate elementele grupului de fier au aceste proprietăți.
Conform proprietăților sale chimice, fierul este un metal foarte activ. În absența umidității, fierul nu se schimbă în aer, dar atunci când este expus la umiditate și oxigen din aer, suferă o coroziune severă și devine acoperit cu o peliculă liberă de rugină, care este fier, care nu îl protejează de oxidarea ulterioară. , iar fierul se oxidează treptat în întreaga sa masă:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 2H2O
Au fost dezvoltate o serie de metode pentru a proteja acest metal cel mai valoros de coroziune.
În seria tensiunilor, fierul este situat în stânga hidrogenului. În acest sens, este ușor expus la acțiunea acizilor diluați, transformându-se într-o sare feroasă, de exemplu:
Fe + 2HCI = FeCl2 + H2
Fierul nu reacționează cu acizii sulfuric și azotic concentrați. Acești acizi creează o peliculă de oxid atât de puternică și densă pe suprafața metalului, încât metalul devine complet pasiv și nu mai intră în alte reacții. În același timp, în interacțiune directă cu agenți oxidanți puternici precum fierul prezintă întotdeauna o stare de oxidare de +3:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Fierul de călcat reacționează cu aburul supraîncălzit; în același timp, este îndepărtat din apă, iar fierul înroșit se transformă în oxid și este întotdeauna fie oxid feros FeO, fie oxid feros Fe3O4 (Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Fierul încălzit în oxigen pur arde viguros odată cu formarea de depuneri de fier (vezi Fig. 40).
3Fe + 2O2 = Fe3O4
Când este calcinat, fierul formează un aliaj cu carbon și, în același timp, cu carbură de fier Fe3C.
■ 58. Enumeraţi proprietăţile fizice ale fierului.
59. Care sunt proprietățile chimice ale fierului? Dați un răspuns motivat.
Compuși de fier
Fierul formează două serii de compuși - compuși Fe +2 și Fe +3. Fierul se caracterizează prin doi oxizi - oxid FeO și oxid Fe2O3. Adevărat, se cunoaște un oxid mixt Fe3O4, a cărui moleculă este doi și fier feric: Fe2O3 · FeO. Acest oxid se mai numește și oxid de fier sau oxid feros.
Compușii fierului feros sunt mai puțin stabili decât oxidul-o, iar în prezența unui agent oxidant, chiar dacă este doar aer, se transformă de obicei în compuși ai fierului feric. De exemplu, hidroxidul de fier (II) Fe (OH) 2 este un solid alb, dar poate fi obținut sub formă pură numai atunci când soluțiile reactanților nu conțin oxigen dizolvat și dacă reacția se desfășoară în absența atmosferei. oxigen:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Sarea din care se obține hidroxidul de fier (II), desigur, nu trebuie să conțină cea mai mică impuritate de compuși oxidici. Întrucât este foarte dificil să se creeze astfel de condiții într-un laborator educațional obișnuit, hidroxidul de fier (II) se obține sub formă de precipitat gelatinos mai mult sau mai puțin de culoare verde închis, ceea ce indică oxidarea în curs a compușilor feroși la ferici. Dacă hidroxidul de fier (II) este menținut în aer pentru o perioadă lungă de timp, se transformă treptat în hidroxid de fier (III) Fe (OH) 3:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
fierul sunt hidroxizi insolubili tipici. Hidroxidul de fier (II) are proprietăți de bază, în timp ce Fe (OH) 3 are proprietăți amfotere foarte slab exprimate.
■ 60. Enumeraţi proprietăţile oxidului de fier ca oxid bazic tipic. Dați un răspuns motivat. Scrieți toate ecuațiile de reacție în forme ionice complete și prescurtate.
61. Enumerați proprietățile hidroxidului de fier (II). Sprijiniți-vă răspunsul cu ecuații de reacție.
Dintre sărurile de fier (II), de cea mai mare importanță este sulfatul de fier FeSO4 7H2O, care conține 7 molecule de apă de cristalizare. Sulfatul de fier este foarte solubil în apă. Este folosit pentru combaterea dăunătorilor în agricultură, precum și la fabricarea coloranților.
Dintre sărurile ferice, cea mai importantă este clorura ferică FeCl3, care este o cristale portocalie foarte higroscopice care absorb apa în timpul depozitării și se răspândesc într-o suspensie maro.
Sărurile de fier (II) se pot transforma cu ușurință în săruri de fier (III), de exemplu, atunci când sunt încălzite cu acid azotic sau permanganat de potasiu în prezența acidului sulfuric:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Oxidarea sărurilor de Fe +2 în săruri de Fe +3 poate avea loc și sub acțiunea oxigenului atmosferic în timpul depozitării acestor compuși, dar numai acest proces este mai lung. Pentru recunoașterea cationilor Fe 2+ și Fe 3+ se folosesc reactivi specifici foarte caracteristici. De exemplu, pentru a recunoaște fierul feros, ei iau sare roșie din sânge K3, care, în prezența ionilor feroși, le conferă un precipitat caracteristic albastru intens de turnbull blue:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
sau sub formă ionică
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
Pentru a recunoaște sărurile Fe3 +, se folosește o reacție cu sare galbenă din sânge K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl
4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
În acest caz, precipită un albastru intens de albastru prusac. Albastrul prusac și albastrul turnbull sunt folosiți ca coloranți.
În plus, fierul feric poate fi recunoscut folosind săruri solubile - tiocianat de potasiu KCNS sau tiocianat de amoniu NH4CNS. Când aceste substanțe interacționează cu sărurile Fe(III), soluția capătă o culoare roșie sânge.
■ 62. Enumeraţi proprietăţile sărurilor Fe +3 şi Fe +2. Care stare de oxidare este mai stabilă?
63. Cum se transformă sare Fe +2 în sare Fe +3 și invers? Dă exemple.
Reacția decurge conform ecuației:
FeCI3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCI
sau sub formă ionică
Fe 3+ + 3CNS - \u003d Fe (CNS),
Compușii de fier joacă un rol important în viața organismelor. De exemplu, face parte din proteina principală din sânge - hemoglobina, precum și din plantele verzi - clorofila. Fierul pătrunde în organism în principal în materia organică a produselor alimentare. O mulțime de fier conține mere, ouă, spanac, sfeclă. Ca medicamente, fierul este folosit sub formă de săruri ale acizilor organici. Clorura ferică servește ca agent hemostatic.
■ 64. Trei eprubete conţin: a) sulfat de fier (II), b) sulfat de fier (III) şi c) clorură de fier (III). Cum se stabilește ce eprubetă conține ce sare?
65. Cum se efectuează o serie de transformări:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Se dau: fier, sodă caustică. Cum, folosind numai aceste substanțe, să se obțină hidroxid de fier (II) și hidroxid de fier (III)?
67. O soluție care conține clorură de crom (III) și clorură de fier (III) a fost tratată cu un exces de alcali. Precipitatul rezultat a fost filtrat. Ce rămâne pe filtru și ce trece în filtrat? Dați un răspuns informat folosind ecuațiile de reacție în forme moleculare, ionice complete și ionice abreviate.
aliaje de fier
Fierul este baza metalurgiei feroase, deci este extras în cantități uriașe. Noul program de construcție la scară largă a comunismului prevede producția a 250 de milioane de tone de oțel în 1980. Este de 3,8 ori mai mult decât în 1960.
Fierul nu este folosit aproape niciodată în forma sa pură, ci doar sub formă de aliaje. Cele mai importante aliaje de fier sunt carbonul său - diverse fonte și oțeluri. Principala diferență dintre fontă și oțel este conținutul de carbon: fonta conține mai mult de 1,7% carbon, în timp ce oțelul conține mai puțin de 1,7%.
De mare importanță practică sunt feroaliajele (un aliaj de fier cu siliciu), ferocromul (un aliaj de fier cu crom) și feromanganul (un aliaj de fier cu mangan). Feroaliajele sunt fonte care conțin mai mult de 10% fier și cel puțin 10% din componenta corespunzătoare. În plus, conțin aceleași elemente ca și în fontă. Feroaliajele sunt utilizate în principal în „dezoxidarea” oțelului și ca impurități de aliere.
Dintre fontele se disting fontele liniare și porc. Fonta de turnare este folosită pentru turnarea diferitelor piese, fonta brută este topită în oțel, deoarece are o duritate foarte mare și nu poate fi prelucrată. Fonta brută este albă, iar fierul de turnătorie este gri. Fonta brută conține mai mult mangan.
Oțelurile sunt carbon și aliate. Oțelurile carbon sunt de obicei un aliaj de fier și carbon, în timp ce oțelurile aliate conțin aditivi de aliere, adică impurități ale altor metale care conferă oțelului proprietăți mai valoroase. conferă oțelului maleabilitate, elasticitate, stabilitate în timpul călirii și - duritate și rezistență la căldură. Otelurile cu aditivi de zirconiu sunt foarte elastice si ductile; sunt folosite pentru a face plăci de blindaj. Impuritățile de mangan fac oțelul rezistent la impact și frecare. Borul îmbunătățește proprietățile de tăiere ale oțelului în fabricarea oțelurilor pentru scule.
Uneori, chiar și impuritățile minore ale metalelor rare conferă oțelului noi proprietăți. Dacă o piesă de oțel este păstrată în pulbere de beriliu la o temperatură de 900-1000 °, duritatea oțelului și rezistența la uzură cresc foarte mult.
Oțelurile crom-nichel sau, așa cum se mai numesc, oțelurile inoxidabile sunt rezistente la coroziune. Impuritățile de sulf și fosfor sunt foarte dăunătoare pentru oțel - fac metalul fragil.
■ 68. Care sunt cele mai importante fier cunoscute de tine?
69. Care este principala diferență dintre oțel și fontă?
70. Care sunt proprietățile fontei și ce tipuri de fontă cunoașteți?
71. Ce sunt oțelurile aliate și aditivii de aliere?
proces de domeniu
Fonta brută este produsă prin topire prin reducere în furnalele înalte. Acestea sunt structuri uriașe de treizeci de metri înălțime, producând peste 2.000 de tone de fontă pe zi. Schema dispozitivului furnalului este prezentată în fig. 83.
Partea superioară a furnalului, prin care se încarcă sarcina, se numește vârf. Prin partea de sus a încărcăturii
Orez. 83. Schema dispozitivului unui furnal.
cade într-un ax lung al cuptorului, extinzându-se de sus în jos, ceea ce facilitează deplasarea materialului încărcat de sus în jos. Pe măsură ce sarcina se deplasează în partea cea mai largă a cuptorului - aburul - are loc o serie de transformări, în urma cărora se formează fonta, care curge în vatră - cea mai fierbinte parte a cuptorului. Aici se adună zgura. Fonta și zgura sunt eliberate din cuptor prin găuri speciale din vatră, numite gropi. Prin partea superioară a cuptorului, aerul este suflat în furnal, care susține arderea combustibilului în cuptor.
Luați în considerare procesele chimice care au loc în timpul topirii fierului. Sarcina unui furnal, adică complexul de substanțe încărcate în el, constă din minereu de fier, combustibil și fluxuri sau fluxuri. Există multe minereuri de fier. Principalele minereuri sunt minereul de fier magnetic Fe3O4, minereul de fier roșu Fe2O3, minereul de fier brun 2Fe2O8 3H2O. În procesul de furnal, sideritul FeCO3 este folosit ca minereu de fier, iar uneori FeS2, care, după arderea în cuptoare cu pirit, se transformă în cenzură de Fe2O3, care poate fi folosit în metalurgie. Un astfel de minereu este mai puțin de dorit datorită amestecului mare de sulf. Nu numai fonta, ci și feroaliajele sunt topite într-un furnal. Combustibilul încărcat în cuptor servește simultan la menținerea unei temperaturi ridicate în cuptor și la recuperarea fierului din minereu și, de asemenea, participă la formarea unui aliaj cu carbon. Combustibilul este de obicei cocs.
În procesul de topire a fierului, cocsul este gazeificat, transformându-se, ca într-un generator de gaz, mai întâi în dioxid și apoi în monoxid de carbon:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
Monoxidul de carbon rezultat este un bun agent reducător gazos. Cu ajutorul acestuia, minereul de fier este restaurat:
Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe
Împreună cu minereul care conține fier, impuritățile din roca sterilă vor pătrunde cu siguranță în cuptor. Sunt foarte refractare și pot înfunda un cuptor care funcționează continuu de mulți ani. Pentru ca roca sterilă să poată fi îndepărtată cu ușurință din cuptor, aceasta este transformată într-un compus fuzibil, transformându-l în zgură cu fluxuri (fluxuri). Pentru a transfera în zgură roca de bază care conține, de exemplu, calcar, care se descompune într-un cuptor conform ecuației
CaCO3 = CaO + CO2
adăugați nisip. Fuzionarea cu oxidul de calciu, nisipul formează un silicat:
CaO + SiO3 = CaSiO3
Aceasta este o substanță cu un punct de topire incomparabil mai scăzut. În stare lichidă, poate fi eliberat din cuptor.
Dacă roca este acidă, care conține o cantitate mare de dioxid de siliciu, atunci, dimpotrivă, calcarul este încărcat în cuptor, care transformă dioxidul de siliciu în silicat și, ca rezultat, se obține aceeași zgură. Anterior, zgura era un deșeu, dar acum este răcită cu apă și folosită ca material de construcție.
Pentru a menține arderea combustibilului, furnalului este furnizat continuu aer încălzit, îmbogățit cu oxigen. Este încălzit în încălzitoare speciale de aer - kiupers. Cowper este un turn înalt construit din cărămizi refractare, de unde sunt evacuate gazele fierbinți din furnal. Gazele de furnal conțin dioxid de carbon CO2, N2 și monoxid de carbon CO. Monoxidul de carbon arde în cowper, ridicându-i astfel temperatura. Apoi gazele de furnal sunt trimise automat către un alt cowper, iar prin primul, începe suflarea aerului direcționat către furnal. Într-un cowper fierbinte, aerul este încălzit și astfel se economisește combustibil, care ar fi cheltuit în cantități mari pentru încălzirea aerului care intră în furnal. Fiecare furnal are mai multe cowpers.
■ 72. Care este compoziția încărcăturii furnalului?
73. Enumeraţi principalele procese chimice care au loc în timpul topirii fierului.
74. Care este compoziția gazului de furnal și cum se utilizează la cowpers?
75. Câtă fontă care conține 4% carbon se poate obține din 519,1 kg de minereu de fier magnetic care conține 10% impurități?
76. Ce cantitate de cocs dă un volum de monoxid de carbon suficient pentru a reduce 320 kg de oxid de fier dacă cocsul conține 97% carbon pur?
77. Cum ar trebui prelucrată siderita pentru ca din ele să se poată obține fier?
topirea otelului
Oțelul este topit în trei tipuri de cuptoare - cuptoare regenerative cu vatră deschisă, convertoare Bessemer și cuptoare electrice.
Cuptorul cu vatră deschisă este cel mai modern cuptor conceput pentru topirea masei principale de oțel (Fig. 84). Un cuptor cu focar deschis, spre deosebire de un furnal, nu este un cuptor care funcționează continuu.
Orez. 84. Schema dispozitivului unui cuptor cu vatră deschisă
Partea sa principală este o baie, în care materialele necesare sunt încărcate prin ferestre cu o mașină specială. Baia este conectată prin pasaje speciale la regeneratoare, care servesc la încălzirea gazelor combustibile și a aerului furnizat cuptorului. Încălzirea are loc datorită căldurii produselor de ardere, care sunt trecute din când în când prin regeneratoare. Deoarece sunt mai multe, acestea lucrează pe rând și se încălzesc pe rând. Un cuptor cu vatră deschisă poate produce până la 500 de tone de oțel per topitură.
Sarcina unui cuptor cu vatră deschisă este foarte diversă: compoziția încărcăturii include fontă, fier vechi, minereu, fluxuri (fluxuri) de aceeași natură ca și în procesul de furnal. Ca și în procesul furnalului, în timpul fabricării oțelului, aerul și gazele combustibile sunt încălzite în regeneratoare datorită căldurii gazelor de eșapament. Combustibilul din cuptoarele cu focar deschis este fie păcură pulverizată cu duze, fie gaze combustibile, care sunt utilizate în prezent pe scară largă. Combustibilul de aici servește doar pentru a menține o temperatură ridicată în cuptor.
Procesul de topire a oțelului este fundamental diferit de procesul de furnal, deoarece procesul de furnal este un proces de reducere, iar topirea oțelului este un proces oxidativ, al cărui scop este reducerea conținutului de carbon prin oxidarea acestuia în masa metal. Procesele implicate în acest lucru sunt destul de complexe.
Conținut în minereu și alimentat cu aer cuptorului pentru arderea combustibilului gazos, se oxidează, precum și o cantitate semnificativă de fier, transformându-l în principal în oxid de fier (II): 2Fe + O2 \u003d 2FeO
Conținute în fontă sau orice impurități ale altor metale la temperatură ridicată, reduc din nou oxidul de fier (II) rezultat la fier metalic conform ecuației: Si + 2FeO \u003d SiO2 + 2Fe Mn + FeO \u003d MnO + Fe
Reacționează similar cu oxidul de fier (II) și: C + FeO = Fe + CO
La sfârșitul procesului, pentru a reface oxidul de fier rămas (II) (sau, după cum se spune, pentru a-l „dezoxida”), se adaugă „dezoxidanți” - feroaliaje. Aditivii de mangan și siliciu prezenți în ele reduc oxidul de fier rămas (II) conform ecuațiilor de mai sus. După aceea, topirea se termină. Topirea în cuptoare cu vatră deschisă durează 8-10 ore.
Orez. 85. Diagrama dispozitivului convertor Bessemer
Convertor Bessemer (Fig. 85) - un cuptor de tip mai vechi, dar cu performanțe foarte ridicate. Deoarece convertorul funcționează fără consum de combustibil, această metodă de producție a oțelului ocupă un loc semnificativ în metalurgie. Convertorul este un vas de oțel în formă de pară, cu o capacitate de 20-30 de tone, căptușit din interior cu cărămizi refractare. Fiecare căldură din convertor durează 12-15 minute. Convertorul are o serie de dezavantaje: poate funcționa numai pe fier lichid. Acest lucru se datorează faptului că oxidarea carbonului se realizează prin aerul care trece de jos prin întreaga masă de fier lichid, ceea ce accelerează semnificativ topirea și crește intensitatea oxidării. Desigur, „risipa” de fier în acest caz este deosebit de mare. În același timp, timpul scurt de topire nu permite reglarea acestuia, adăugarea de impurități de aliere, prin urmare, în convertoare se topesc în principal oțelurile carbon. La sfârșitul topirii, alimentarea cu aer este oprită și, ca și în procesul cu vatră deschisă, se adaugă „dezoxidanți”.
În cuptoarele electrice (Fig. 86), oțelul aliat de clase speciale este topit, în principal cu o temperatură de topire ridicată, care conține și alți aditivi. Oțelul finit este trimis la laminare. Acolo, pe laminoare uriașe - flori și plăci - comprimă lingouri de oțel încinse cu ajutorul rolelor, care fac posibilă producerea diferitelor forme dintr-un lingou de oțel.
Fig 86. Schema unui cuptor cu arc electric. 1 - electrozi, 2 - fereastra de încărcare, 3 - jgheab pentru eliberare din oțel, 4 - mecanism rotativ
Fierul sub formă de aliaje este utilizat pe scară largă în economia națională. Nicio ramură a economiei naționale nu se poate descurca fără el. Pentru a salva metalele feroase, în prezent, pe cât posibil, încearcă să le înlocuiască cu materiale sintetice.
Mașini-unelte și automobile, avioane și unelte, fitinguri pentru structuri din beton armat, tablă pentru cutii de tablă și foi de acoperiș, nave și poduri, mașini și grinzi agricole, țevi și o întreagă gamă de produse de uz casnic sunt fabricate din metale feroase.
■ 78. Care este diferența fundamentală dintre procesul de fabricare a oțelului și procesul de furnal?
79. Ce cuptoare se folosesc pentru topirea oțelului?
80. Ce sunt regeneratoarele într-un cuptor cu vatră deschisă?
81. Precizați compoziția sarcinii unui cuptor cu focar deschis și diferența acesteia față de compoziția sarcinii unui furnal?
82. Ce sunt „dezoxidanții”?
83. De ce se numește topirea oțelului topire oxidativă?
84. Cât oțel care conține 1% carbon se poate obține din 116,7 kg de fontă care conține 4% carbon?
85. Cât de mult feromangan care conține 80% mangan va fi necesar pentru a „dezoxida” 36 kg de oxid feros?
Articol pe tema Fierului, un subgrup secundar al grupului VIII
FIERUL ȘI ELECTRICITATEA Proprietățile oțelurilor sunt variate. Există oțeluri concepute pentru o ședere lungă în apa mării, oțeluri care pot rezista la temperaturi ridicate și...
Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
postat pe http://www.allbest.ru//
postat pe http://www.allbest.ru//
Ministerul Sănătății și Dezvoltării Sociale al Federației Ruse
Instituție de învățământ de stat de învățământ profesional superior
Prima Universitate Medicală de Stat din Moscova
numit după I.M.Sechenov
Departamentul de Chimie Generală
Tema: „Chimia elementelor grupei VIII B a Sistemului periodic al D.I. Mendeleev"
Completat de un student
Kirillova Anastasia Alexandrovna
2 cursuri de facultate de pediatrie
Lector: Garnova N.Yu.
Moscova 2015
Caracteristicile generale ale elementelor chimice din grupa VIIIB
Grupa VIII a subgrupului secundar include elemente ale triadelor de fier (fier, cobalt, nichel), ruteniu (ruteniu, rodiu, paladiu) și osmiu (osmiu, iridiu, platină). Majoritatea elementelor subgrupului luat în considerare au doi electroni în stratul exterior de electroni al atomului; toate sunt metale. Pe lângă electronii exteriori, electronii din stratul anterior neterminat participă și la formarea legăturilor chimice. Aceste elemente se caracterizează prin stări de oxidare egale cu 2, 3, 4. Stările de oxidare mai înalte sunt mai puțin frecvente.
O comparație a proprietăților fizice și chimice ale elementelor din grupa a opta arată că fierul, cobaltul și nichelul, care se află în prima perioadă mare, sunt foarte asemănătoare între ele și, în același timp, sunt foarte diferite de elementele din alte două triade. Prin urmare, de obicei sunt izolați în familia fierului. Cele șase elemente rămase ale celui de-al optulea grup sunt combinate sub denumirea generală de metale de platină.
Atomii triadei de fier de la ultimul nivel conțin 2 electroni, cu toate acestea, numărul de electroni de la subnivelul 3d este diferit pentru ei. Fe - 3d 6,4s 2; Co-3d 7,4s 2; Ni -3d 8.4s 2 . Atomii elementelor din familia fierului, spre deosebire de atomii metalelor de platină, nu au un subnivel f liber, prin urmare proprietățile lor sunt foarte diferite de proprietățile elementelor altor triade (Ru, Rh, Pd și Os). , Ir, Pt) În compușii lor, Fe, Co, Ni prezintă oxidări de gradul +2 și +3. De asemenea, fierul poate prezenta o stare de oxidare de +6, cobalt +5, nichel +4. Toate elementele celor trei triade sunt agenți de complexare puternici.
Istoria descoperirii elementelor chimice din grupa VIIIB
subgrup de fier.
Fierul ca material pentru instrumente este cunoscut din cele mai vechi timpuri. Istoria producției și utilizării fierului datează din epoca preistorică, cel mai probabil cu utilizarea fierului meteoric. Topirea într-un furnal cu brânzeturi a fost folosită în secolul al XII-lea î.Hr. e. în India, Anatolia și Caucaz. Utilizarea fierului în topirea și fabricarea uneltelor și uneltelor este de asemenea remarcată în anul 1200 î.Hr. e. În Africa la sud de Sahara.
Ruteniul a fost descoperit de profesorul de la Universitatea Kazan Karl Klaus în 1844. Klaus a izolat-o din minereul de platină Ural în forma sa pură și a subliniat asemănarea dintre triadele ruteniu - rodiu - paladiu și osmiu - iridiu - platină. El a numit noul element ruteniu în onoarea Rusiei (Rutenia este numele latin al Rusiei).
Osmiul a fost descoperit în 1804 de chimistul englez Smithson Tennant în sedimentul rămas după dizolvarea platinei în acva regia.
subgrup de cobalt.
Compușii de cobalt sunt cunoscuți de om din cele mai vechi timpuri, paharele de cobalt albastru, emailurile, vopselele se găsesc în mormintele Egiptului Antic. În 1735, mineralogul suedez Georg Brand a reușit să izoleze din acest mineral un metal necunoscut anterior, pe care l-a numit cobalt. El a mai aflat că compușii acestui element special devin albastru de sticlă - această proprietate a fost folosită chiar și în Asiria și Babilonul antic.
Rodiul a fost descoperit în Anglia în 1803 de William Hyde Wollaston. Numele provine din greaca veche - trandafir, compușii tipici ai rodiului au o culoare roșu închis intens.
Iridiul a fost descoperit în 1803 de chimistul englez S. Tennant simultan cu osmiul, care erau prezente sub formă de impurități în platina naturală livrată din America de Sud. Denumirea (greaca veche - curcubeu) s-a datorat diverselor culori ale sarurilor sale.
Subgrup de nichel.
Nichelul a fost descoperit în 1751. Cu toate acestea, cu mult înainte de asta, minerii sași cunoșteau bine minereul, care semăna în exterior cu minereul de cupru și era folosit în fabricarea sticlei pentru a colora sticla în verde.
Paladiul a fost descoperit de chimistul englez William Wollaston în 1803. Wollaston a izolat-o din minereul de platină adus din America de Sud.
Platina a fost necunoscută în Europa până în secolul al XVIII-lea. Pentru prima dată, platina a fost obținută în formă pură din minereuri de către chimistul englez W. Wollaston în 1803. În Rusia, în 1819, în aurul aluvionar extras în Urali, a fost descoperit un „nou metal siberian”. La început a fost numit aur alb, platina a fost găsită pe Verkh-Isetsky, iar apoi pe minele Nevyansk și Bilimbaevsky. Placeri bogați de platină au fost descoperiți în a doua jumătate a anului 1824, iar în anul următor, exploatarea sa a început în Rusia.
Distribuția în natură
subgrup de fier.
Fierul este cel mai comun metal de pe glob după aluminiu: reprezintă 4% (masă) din scoarța terestră. Fierul se găsește sub formă de diverși compuși: oxizi, sulfuri, silicați. Fierul se găsește în stare liberă numai în meteoriți.
Cele mai importante minereuri de fier includ minereul de fier magnetic FeO·Fe2O3, minereul de fier roșu Fe2O3, minereul de fier brun 2Fe2O3* 3H2O și minereul de fier spart FeCO3.
Pirita, sau pirita de fier FeS2, care se găsește în cantități mari, este rar folosită în metalurgie, deoarece din aceasta se obține fonta de foarte slabă calitate datorită conținutului ridicat de sulf. Cu toate acestea, pirita de fier are cea mai importantă utilizare - servește ca materie primă pentru producerea de acid sulfuric.
Ruteniul este cel mai comun metal de platină la om, dar aproape cel mai rar dintre toate. Nu joacă un rol biologic. Este concentrat în principal în țesutul muscular. Oxidul de ruteniu mai mare este extrem de toxic și, fiind un agent oxidant puternic, poate aprinde substanțe inflamabile. Osmiul poate exista și la oameni în cantități imperceptibil de mici.
În starea sa nativă, osmiul apare sub formă de soluții solide cu iridiu, care conțin de la 10 la 50% osmiu. Osmiul se găsește în minereurile polimetalice care conțin și platină și paladiu (minereuri sulfurate de cupru-nichel și cupru-molibden), în mineralele de platină și deșeurile de la prelucrarea minereurilor purtătoare de aur. Principalele minerale ale osmiului sunt aliajele naturale de osmiu și iridiu (nevyanskite și sysertskite) aparținând clasei soluțiilor solide. Nevyanschitul formează cristale hexagonale lamelare dense (c = 17000–22000 kg/m3) albe sau gri deschis, cu o duritate de 6–7 puncte pe scara Mohs. Conținutul de osmiu în nevyanskite poate ajunge la 21–49,3%.
subgrup de cobalt.
Fracția de masă a cobaltului din scoarța terestră este de 4,10,3%. În total, sunt cunoscute aproximativ 30 de minerale care conțin cobalt. Conținutul în apă de mare este de aproximativ (1,7) 10-10%. Rodiul se găsește în minereurile de platină, în unele nisipuri aurii din America de Sud și din alte țări. Conținutul de rodiu și iridiu din scoarța terestră este de 10–11%.
Cobaltul este unul dintre oligoelementele vitale pentru organism. Face parte din vitamina B12 (cobalamina). Cobaltul este implicat în hematopoieza, funcțiile sistemului nervos și ficatului, reacții enzimatice. Necesarul uman de cobalt este de 0,007-0,015 mg pe zi. Corpul uman conține 0,2 mg de cobalt pentru fiecare kilogram de greutate umană. În absența cobaltului se dezvoltă acobaltoza.
Excesul de cobalt este, de asemenea, dăunător pentru oameni.
Rodiul și iridiul sunt poate cele mai rare elemente din corpul uman (până când se dovedește pe deplin că ele există acolo).
Rodiul este un foarte rar și oligoelement. Doar izotopul 103Rh apare în natură. Conținutul mediu de rodiu în scoarța terestră este de 1·10?7% în masă, în meteoriții pietroși 4,8·10?5%. Conținutul de rodiu este crescut în rocile magmatice ultramafice. Nu are propriile sale minerale. Găsit în unele dintre nisipurile aurii din America de Sud. Se găsește în minereurile de nichel și platină ca un compus simplu. Până la 43% din rodiu provine din zăcăminte de aur mexican. De asemenea, se găsește într-un amestec izomorf de minerale din grupa iridiului osmic (până la 3,3%), în minereurile de cupru-nichel. O varietate rară de iridiu osmic, rodiu nevyanskite, este cel mai bogat mineral în rodiu (până la 11,3%).
Iridiul este relativ comun la meteoriți. Este posibil ca conținutul real al metalului de pe planetă să fie mult mai mare: densitatea sa mare și afinitatea mare pentru fier (siderofilia) ar putea duce la deplasarea iridiului adânc în Pământ, în miezul planetei, în acest proces. a formării sale de pe discul protoplanetar. O cantitate mică de iridiu a fost găsită în fotosfera solară.
Subgrup de nichel.
Nichelul este destul de comun în natură - conținutul său în scoarța terestră este de cca. 0,01% (greutate). Se găsește în scoarța terestră numai sub formă legată; meteoriții de fier conțin nichel nativ (până la 8%). Conținutul său în rocile ultrabazice este de aproximativ 200 de ori mai mare decât în cele acide (1,2 kg/t și 8 g/t). În rocile ultramafice, cantitatea predominantă de nichel este asociată cu olivine care conțin 0,13-0,41% Ni. Înlocuiește izomorfic fierul și magneziul. O mică parte de nichel este prezentă sub formă de sulfuri. Nichelul prezintă proprietăți siderofile și calcofile. Cu un conținut crescut de sulf în magmă, sulfurile de nichel apar împreună cu cupru, cobalt, fier și platinoizi. Într-un proces hidrotermal, împreună cu cobaltul, arsenul și sulful și uneori cu bismutul, uraniul și argintul, nichelul formează concentrații crescute sub formă de arseniuri și sulfuri de nichel. Nichelul se găsește în mod obișnuit în minereurile de cupru-nichel cu sulfuri și arsenic.
nichelină (pirită roșie de nichel, kupfernichel) NiAs
cloantită (pirită albă de nichel) (Ni, Co, Fe)As2
garnierit(Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2O și alți silicați
pirite magnetice (Fe, Ni, Cu)S
luciu de arsenic-nichel (gersdorfit) NiAsS,
pentlandit(Fe,Ni)9S8
La plante, în medie, 5 × 10?5 procente în greutate de nichel, la animalele marine - 1,6 × 10?4, la animalele terestre - 1 × 10?6, în corpul uman - 1 ... 2 × 10?6 . Se cunosc multe despre nichel din organisme. S-a stabilit, de exemplu, că conținutul său în sângele uman se modifică odată cu vârsta, că la animale crește cantitatea de nichel din organism și, în sfârșit, că există unele plante și microorganisme - „concentratoare” de nichel, care conțin mii. și chiar de sute de mii de ori mai mult nichel decât mediul.
Paladiul și platina în cantități imperceptibil de mici și fără a îndeplini vreun rol, conform unor surse, există în organismele vii.
Platina naturală apare ca un amestec de șase izotopi: 190Pt (0,014%), 192Pt (0,782%), 194Pt (32,967%), 195Pt (33,832%), 196Pt (25,242%), 1916Pt (7). Unul dintre ele este slab radioactiv. Este prezisă existența radioactivității foarte slabe a încă doi izotopi naturali ai platinei: dezintegrarea alfa a 192Pt?188Os și dezintegrarea dublă beta a 198Pt? s-a stabilit doar că timpii de înjumătățire depășesc 4,7×1016 ani și, respectiv, 3,2×1014 ani.
Proprietăți generale ale subgrupului fierului.
Modificați dimensiunea razelor atomilor și ionilor.
Raza atomică Fe=0.126nm, Raza ionilor Fe2+ =0.80E, Fe3+ =0.67E
Ru=0,134nm Ru=0,68E
Os=0,135nm Os=0,63E
Raza atomică Co=0,125nm Raza ionilor Co2+=0,78E și Co3+=0,64E
Rh=0,1342nm Rh=0,68E
Ir=0,136nm Ir=0,625E
Raza atomică Ni=0,124nm Raza ionică Ni=0,69E
Pd=0,137nm Pd=0,86E
Pt=0,138nm Pt=0,625E
Modificarea potențialului de ionizare.
În perioade, de regulă, potențialul de ionizare crește de la stânga la dreapta.
Potenţial de ionizare consecutiv. trecerea de la Fe0 la Fe5+ = 7,893; 16,183; 30,65; 57,79 eV respectiv
Potențialul de ionizare al Ru0:Ru1+:Ru2+:Ru3+ resp. = 7,366; 16,763 și 28,46 eV
Potențial de ionizare Os0 la Os2+ = 8,5 eV, 17 eV
Ultimul potențial. ionizarea atomului de cobalt 7,865, 17,06, 33,50, 53,2 și 82,2 eV
Potenţial de ionizare Rh0:Rh+ : Rh2+ : Rh3+ resp. 7,46, 18,077 și 31,04 eV
Potential de ionizare in sfarsit. trecerea de la Ir0 la Ir5+ sunt, respectiv, egale. 9,1, 17,0, (27), (39), (57) eV
Potențial de ionizare a nichelului 7,635; 18.15; 35,17; 56,0 și 79 eV
Potențialul de ionizare al paladiului Pd0 ? Pd+? Pd2+? Pd3+ resp. egal cu 8,336, 19,428 și 32,92 eV
Potențialul de ionizare al platinei Pt0 ? Pt+? Pt2+? Pt3+ resp. egal cu 9,0, 18,56 și 23,6 eV
Element chimic din grupa VIII a sistemului periodic, număr atomic 26, masă atomică 55 847. Configurația celor două straturi de electroni exteriori este 3s2p6d64s2. Fierul prezintă o valență variabilă (compușii cei mai stabili sunt fierul 2 și 3-valent). Cu oxigen, fierul formează oxid (II) FeO, oxid (III) Fe2O3 și oxid (II,III) Fe3O4.
La temperaturi ridicate (700-900) reacționează cu vaporii de apă:
3Fe+4H2O? Fe3O4+4H2
Reacționează cu acizii diluați HCl și H2SO4 pentru a forma sarea de fier doi și hidrogen:
Fe+2HCI= FeCI2+H2
Fe+H2S04(razb.)=FeS04+H2
În acizii oxidanți concentrați, fierul se dizolvă numai atunci când este încălzit și trece imediat în cationul Fe3 +:
2Fe+6H2SO4(conc)=Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O
Fe+6HNO3(conc)=Fe(NO3)3+3NO2+3H2O
(la rece, acizii nitric și sulfuric concentrați pasivează fierul)
În razb. Cu acidul azotic, fierul se oxidează atât la rece, cât și la încălzire, reducându-l profund.
10Fe + 36HNO3dif. = 10Fe(NO3)3 + 3N2 + 18H20
În aer, în prezența apei, se oxidează ușor (ruginește)
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
Fierul reacționează cu halogenii atunci când este încălzit. Când fierul și iodul 1 reacționează, se formează iodură Fe3I8.
2Fe+3Cl2=2FeCl3 când este încălzit
La încălzire, fierul reacționează cu azotul, formând nitrură de fier Fe3N, cu fosfor, formând fosfuri FeP, Fe2P și Fe3P, cu carbon, formând carbură Fe3C, cu siliciu, formând mai multe siliciuri, de exemplu, FeSi.
Reacție calitativă la ionul de fier (II) - reacție cu sare roșie din sânge.
În prezența ionilor de fier (II) se formează un precipitat albastru închis. Este complexul Turnbull albastru de sare de fier KFe).
2 K3 + 3 Fe SO4 \u003d KFe)? + 3K2SO4
O reacție calitativă la un ion de fier (II) este o reacție cu alcalii.
Se formează un precipitat gri-verde.
FeSO4+2 NaOH = Fe(OH)2? + Na2S04
O reacție calitativă la ionul de fier (III) este o reacție cu alcalii.
Un precipitat maro indică prezența ionilor de fier (III) în soluția inițială.
FeCI3 + 3 NaOH = Fe(OH)3a + 3 NaCI
Reacție calitativă la ionul de fier (III) - reacție cu sare galbenă din sânge.
Sarea galbenă din sânge este hexacianoferrat de potasiu K4.
3K4 +4 FeCl3 \u003d KFe)? + 12 KCl
O reacție calitativă la ionul de fier (III) este o reacție cu tiocianatul de potasiu.
Se formează o substanță roșie. Este tiocianat de fier (III).
FeCI3 + 3KCNS= Fe(CNS)3 + 3KCI
Când interacționează ionii 4? cu cationi Fe3 + se formează un precipitat albastru închis - albastru prusac:
3Fe(CN)6]4? + 4Fe3+ = Fe43?
PROPRIETĂȚI DE OXIDARE ALE COMPUSILOR DE FIER(III).
1. 2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S + 2HCl
2. CuS + Fe2(SO4)3 = CuSO4 + 2FeSO4 + S
3. 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl
4. 2FeCl3 + Na2SO3 + H2O = Na2SO4 + 2HCl + 2FeCl2
5. 2CuI + 2Fe2(SO4)3 = I2 + 2CuSO4 + 4FeSO4
6. SnCl2 + 2FeCl3 = SnCl4 + 2FeCl2
7. 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 8. Cu2S + 2Fe2(SO4)3 = 4FeSO4 + 2CuSO4 + S
compuși de fier.
Pentacarbonilul de fier este un compus anorganic, complex de fier carbonil cu compoziție Fe(CO)5. Lichid galben deschis, nemiscibil cu apa. La presiune ridicată, fierul metalic reacţionează cu monoxidul de carbon CO, iar lichidul, în condiţii normale, se formează pentacarbonil Fe (CO)5 de fier uşor volatil. Carbonilii de fier din compozițiile Fe2(CO)9 și Fe3(CO)12 sunt de asemenea cunoscuți. Carbonilii de fier servesc ca materii prime în sinteza compușilor organo-fier, inclusiv compoziția ferocenului.
Chitanță:
Acțiunea monoxidului de carbon sub presiune asupra pulberii de fier:
Acțiunea monoxidului de carbon sub presiune asupra fierului(II) și iodurei de cupru:
Descompunerea la încălzirea fierului nonacarbonil:
Se descompune la încălzire:
Reactioneaza cu apa fierbinte:
Reacţionează cu acizii (în dietil eter):
Oxidată de oxigen:
Reacţionează cu acidul iodhidric:
Când o soluție în acid acetic este iradiată cu lumină ultravioletă, se formează carbonili superiori:
Sub acțiunea unui catalizator de alcoolat de sodiu asupra unei soluții în etanol, se formează carbonili superiori:
Reacţionează cu bazele în metanol:
Reacţionează cu sodiul în amoniacul lichid:
Reacţionează cu monoxidul de azot sub presiune:
Oxidul de fier (II) FeO are proprietăți de bază, corespunde bazei Fe (OH) 2. Oxidul de fier (III) Fe2O3 este slab amfoter, corespunde unei baze Fe (OH) 3 chiar mai slabe decât Fe (OH) 2, care reacționează cu acizii:
2Fe(OH)3+ 3H2SO4= Fe2(SO4)3 + 6H2O
Hidroxidul de fier (III) Fe(OH)3 prezintă proprietăți ușor amfotere; este capabil să reacționeze numai cu soluții alcaline concentrate:
Fe(OH)3 + KOH = K
Hidroxocomplexii de fier (III) rezultați sunt stabili în soluții puternic alcaline. Când soluțiile sunt diluate cu apă, acestea sunt distruse, iar hidroxidul de fier (III) Fe(OH)3 precipită.
Dintre sărurile de fier (II) în soluții apoase, sarea Mohr este stabilă - sulfat dublu de amoniu și fier (II) (NH4) 2Fe (SO4) 2 6H2O.
Fierul (III) este capabil să formeze sulfați dubli cu cationi de tip alaun încărcați individual, de exemplu, Kfe (SO4) 2 - alaun fier-potasiu, (NH4) Fe (SO4) 2 - alaun fier-amoniu etc.
Obținut prin răcirea unui amestec acidificat de soluții saturate de sulfat feros și amoniu:
În medicină se folosesc ca agent astringent, cauterizant, hemostatic; ca antiperspirant.
Compuși feroși.
Oxid de fier (II) FeO. Pulbere cristalină instabilă neagră diamagnetică. Se transformă în când este încălzit în aer. Puțin solubil în apă și alcalii. Solubil în acizi. Descompune apa când este încălzită. Obținut prin oxidarea fierului metalic, reducerea oxidului de fier (III) cu CO sau hidrogen, calcinarea unui amestec de Fe2O3 și pulbere de fier.
Hidroxid de fier (II) Fe (OH) 2. Se formează sub formă de precipitat de culoare alb-gălbuie fulgioasă când soluțiile de săruri de fier (II) sunt tratate cu alcaline fără acces la aer. Puțin solubil în alcalii. Solubil în acizi. Afișează proprietățile de bază. În prezența agenților oxidanți, se transformă instantaneu în Fe(OH)3.
Sulfat de fier (II) FeSO4. Cristale toxice, extrem de higroscopice, paramagnetice, albe, ortorombice. Când este încălzit în aer, se transformă în Fe2O3. Obținut prin calcinarea piritei, încălzirea PbSO4 cu fier, deshidratarea FeSO4.7H2O hidrat cristalin.
În medicină, este utilizat ca medicament pentru tratamentul și prevenirea anemiei cu deficit de fier.
Ortofosfat de fier (II) Fe3(PO4)2,8H2O. Apare în mod natural ca mineralul vivianit. Cristale monoclinice alb-albăstrui. Solubil în acizi minerali.
Carbonat de fier (II) FeCO3. Se găsește în mod natural sub formă de siderit mineral sau spate de fier. Puțin solubil în apă, solubil în acizi minerali și soluții de bicarbonat de sodiu. Se oxidează în aer umed. Se descompune la încălzire în FeO și CO2. Este redus de hidrogen atunci când este încălzit. Obținut prin tratarea soluțiilor de săruri de fier (II) cu soluții de carbonat sau bicarbonat de sodiu.
Hexacianoferat de fier (II) K4.3H2O. Cristale monoclinice galbene diamagnetice, non-toxice, gust sărat și amar. Solubil în apă, etilamină, acetonă. Obținut prin acțiunea KCN asupra Fe(CN)2. Folosit pentru fabricarea hârtiei fotografice, ca reactiv chimic pentru determinarea fierului, zincului, cuprului, uraniului, albastrului de metilen și în producerea coloranților minerali.
COMPUȘI DE FIER(III).
Oxidul de fier (III) - Fe2O3 - o substanță roșu-maro slab solubilă, prezintă proprietăți amfotere. Reacționează cu acizi și se topește cu alcalii și carbonați pentru a forma ferite. Feritele au proprietăți magnetice puternice și sunt folosite în electromagneți.
Fe2O3 + 6HCI = FeCI3 + 3H2O;
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H20;
Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2:
Fe2 O 3 + CaCO3 \u003d Ca (FeO2) 2 + CO2
Oxidul de fier (III) se obține prin calcinarea hidroxidului de fier sau a sărurilor.
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 8NO2 + O2
4FeCO3 + O2 = 2Fe2O3 + 4CO2
Hidroxid de fier (III) - Fe (OH) 3 - o substanță brună ușor solubilă, obținută prin acțiunea alcalinelor sau carbonaților asupra sărurilor de fier (III), deoarece Fe2O3 nu interacționează cu apa. În general, acest hidroxid este un compus polimeric cu o compoziție variabilă Fe2O3 .nH2O
FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3 + 3KCI
Fe(OH)3 este un compus instabil și pierde treptat apă, transformându-se în Fe2O3. Are proprietăți amfotere slabe (reacționează cu acizii, reacționează cu alcalii în soluții sau în timpul fuziunii).
Fe(OH)3 = FeO(OH) + H2O;
2FeO(OH) = Fe2O3 + H2O
Fe(OH)3 + 3HCI = FeCI3 + 3H2O;
Fe(OH)3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O;
Fe(OH)3 + NaOH = Na - tetrahidroxiferită de sodiu
Săruri de fier (III)
FeCl3 .6H2O - gravarea plăcilor de circuite radio, tratarea apei Fe2(SO4)3 *9H2O - coagulant în tratarea apei
Fe(NO3)3 - mordant pentru vopsirea țesăturilor
Fosfații și sulfurile de fier (III) sunt insolubile în apă. Sărurile de fier (III) sunt hidrolizate și soluțiile lor sunt acide:
FeCl3 + Na2HPO4 + CH3COONa = FePO4 + 2NaCl + CH3COOH
2FeCl3 + 3(NH4)2S \u003d Fe2S3 + 6NH4Cl (sulful elementar este eliberat atunci când este încălzit sau acidificat)
FeCI3 + H2O = Fe(OH)CI2 + HCI;
Fe(OH)Cl2 + H2O = Fe(OH)2CI + Hcl
Fe(OH)2CI + H2O = Fe(OH)3 + HCI;
2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 6NaCl + 3CO2
COMPUȘI DE FIER(VI).
Sărurile acidului de fier - ferați se obțin prin oxidarea compușilor de fier (III).
2Fe(OH)3 + 10KOH + Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
Fe2O3 + 3KNO3 + 2K2CO3 = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2CO2
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O
Fe2O3 + KClO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + KCl + 2H2O
Ferrații sunt oxidanți puternici: CrCl3 + K2FeO4 = K2CrO4 + FeCl3
2NH4OH + 2K2FeO4 = N2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH
Fierul este de asemenea inclus în structura hemului. Hemul este un grup protetic de multe proteine: hemoglobina, mioglobina, citocromii CPE mitocondrial, citocromul P450 implicat în oxidarea microzomală. Enzimele catalaza, peroxidaza, citocrom oxidaza contin hem ca coenzima.
Hemul este format din ioni ferosi si porfirina. Structura porfirinelor se bazează pe porfină. Porphin este alcătuit din patru inele de pirol legate prin punți de metană. În funcție de structura substituenților din inelele pirolice, se disting mai multe tipuri de porfirine: protoporfirine, etioporfirine, mezoporfirine și coproporfirine. Protoporfirinele sunt precursorii tuturor celorlalte tipuri de porfirine.
Hemii diferitelor proteine pot conține diferite tipuri de porfirine. Fierul din hem este în stare redusă (Fe+2) și este legat prin două legături covalente și două legături de coordonare de atomii de azot ai inelelor pirol. Când fierul este oxidat, hemul este transformat în hematină (Fe3+). Cea mai mare cantitate de hem este conținută în eritrocitele pline cu hemoglobină, celulele musculare cu mioglobină și celulele hepatice, datorită conținutului ridicat de citocrom P450 din ele.
Structura porfinei (A), protoporfirinei IX (B) și hemoglobinei (C). Porfina este o structură ciclică formată din patru inele pirol legate prin punți metanice.
Mioglobina este o proteină care leagă oxigenul în mușchii scheletici și cardiaci. Mioglobina conține o parte neproteică (hem) și o parte proteică (apomioglobină).
Apomioglobina este partea proteică a mioglobinei; structura primară este reprezentată de o secvență de 153 de aminoacizi, care sunt dispuși în 8 elice α în structura secundară. Elicele p sunt desemnate prin litere latine de la A la H, pornind de la capătul N-terminal al lanțului polipeptidic și conțin de la 7 la 23 de aminoacizi. Pentru a desemna aminoacizii individuali din structura primară a apomioglobinei, fie scriind numărul lor de serie de la capătul N-terminal (de exemplu, His64, Phen138), fie litera a-helix și numărul de serie al acestui aminoacid în această spirală, începând de la capătul N-terminal (de exemplu, His F8).
Structura terțiară are forma unui globul compact (practic nu există spațiu liber în interior), format datorită buclelor și învârtirilor în regiunea secțiunilor neînfăşurate ale proteinei. Partea interioară a moleculei constă aproape în întregime din radicali hidrofobi, cu excepția a două resturi His situate în centrul activ.
Monooxigenazele dependente de citocromul P450 catalizează descompunerea diferitelor substanțe prin hidroxilare care implică donorul de electroni NADH și oxigenul molecular. În această reacție, un atom de oxigen este atașat de substrat, iar al doilea este redus la apă.
Enzimele din familia citocromului P450, spre deosebire de alte hemoproteine, de regulă, având un tip de activitate și o funcție strict definită, sunt destul de diverse în funcții, tipuri de activitate enzimatică și au adesea o specificitate scăzută a substratului. P450s pot prezenta atât activitate monooxigenază, cât și oxigenază și, prin urmare, sunt uneori denumite oxidaze cu funcție mixtă.
* funcționale (ca parte a hemoglobinei, mioglobinei, enzimelor și coenzimelor);
* transport (transferină, lactoferină, mobilferină);
*depus (feritina, hemosiderina);
* fier formând un bazin liber.
Formula electronică 4s24p64d75s1
Stare de oxidare: +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8; valență: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
Proprietăți fizice: metal fragil alb-argintiu, topitură=2250оС, tboil=4200оС, densitate 12,4 g/cm3
Prevalență în natură: conținut în scoarța terestră 5,0,10-6% (masă)
Mineral principal: Laurite RuS2
Obținere: ca urmare a prelucrării complexe a minereurilor, se obține RuO4, care se reduce cu hidrogen
Proprietăți chimice: metal inactiv. În seria tensiunilor, este după hidrogen. Nu reacționează cu acizii. Reacţionează la încălzire cu halogeni. Reactioneaza cu amestecurile oxidante-alcaline.
Compuși ai ruteniului divalent.
Ruteniu (II) hidroxid Ru(OH)2. Un precipitat maro format atunci când o soluție de clorură de ruteniu (II) este tratată cu alcali. Nu este foarte stabil și ușor de oxidat, transformându-se în Ru(OH)3.
Ruteniu(II) clorură RuCl2. Pulbere brună, ușor solubilă în apă rece, acizi, alcali și solubilă în alcool. Obținut prin acțiunea clorului asupra ruteniului metalic pulbere încălzit la 250°C.
Compuși ai ruteniului trivalent.
Ruteniu (III) hidroxid Ru(OH)3. Se formează sub formă de precipitat negru în timpul tratării soluțiilor de săruri de ruteniu cu alcalii sau oxidării hidroxidului de ruteniu (II).
Ruteniu (III) clorură RuCl3. Pulbere cristalină maro-negru strălucitoare. Puțin solubil în apă și acizi.
RuCl3+ 2KCl (conc.) + H2O = K2
Cu acidul clorhidric concentrat se formează clorocomplexuri:
Cu soluții concentrate de cloruri de metale alcaline formează săruri complexe:
Când este încălzit, este oxidat de oxigenul atmosferic:
Recuperat cu hidrogen:
Bromură de ruteniu (III) RuBr3. Pulbere cristalină neagră.Obținută prin interacțiunea directă a elementelor sau prin tratarea hidroxidului de ruteniu (III) cu bromură de hidrogen.
Iodură de ruteniu (III) RuI3. O pulbere cristalină neagră care se descompune în elementele sale când este încălzită la 127°C. Obținut prin interacțiunea directă a elementelor la încălzire sau prin tratarea hidroxidului de ruteniu (III) cu iodură de hidrogen.
Reacția clorurii de ruteniu (III) și iodurii de potasiu:
Compuși ai ruteniului tetravalent.
Ruteniu (IV) oxid RuO2 Foarte stabil. Puțin solubil în apă și alcool. Solubil în acizi. Se obține prin încălzirea ruteniului sub formă de pulbere în oxigen sau prin calcinarea sulfurei de ruteniu (IV) într-un curent de oxigen.
Descompunerea la încălzirea oxidului de ruteniu (VIII):
Reacția oxidului de ruteniu (VIII) și a peroxidului de hidrogen:
Ruteniu(IV) sulfură RuS2. Apare în mod natural sub formă de laurită minerală. Se obține prin încălzirea unui amestec de ruteniu pulbere cu sulf sau prin acțiunea hidrogenului sulfurat asupra soluțiilor de săruri de ruteniu (IV).
Compuși ai ruteniului pentavalent.
Ruteniu(V) fluorură RuF5. Cristale transparente de culoare verde închis Corodează sticla. Descompus de apă și redus de iod la fluorură de ruteniu (III). Obținut prin acțiunea fluorului asupra ruteniului metal încălzit la 300°C.
4RuF5+10H2O =3RuO2+ RuO4 + 20HF
Compuși ai ruteniului hexavalent.
Rutenat de potasiu K2RuO4. Cristale tetraedrice de culoare verde închis. Redus cu hidrogen la oxid de ruteniu (IV) sau ruteniu metal. Obținut prin acțiunea unui amestec oxidant-alcalin asupra pulberii de ruteniu metalic.
Reacţionează cu acizii diluaţi:
Reacţionează cu acizi concentraţi:
Reacţionează cu clorul:
Compuși ai ruteniului heptavalent.
Perrutenat de potasiu KruO4. Cristale tetragonale negre.Obţinut prin oxidarea rutenatului de potasiu cu clor gazos sau brom lichid.
Compuși octavalenți ai ruteniului.
Oxid de ruteniu (VIII) RuO4 Se descompune exploziv în oxid de ruteniu (IV) și oxigen atunci când este încălzit sub punctul de fierbere. Se transformă în rutenați sub acțiunea alcalinelor. Vaporii au un miros puternic de ozon și sunt toxici. Are proprietăți oxidante. Obținut prin calcinarea ruteniului în oxigen la temperaturi peste 1000°C.
Configuratie electronica ext. învelișuri de electroni 5s25p65d66s2
Osmiul este izolat din materia primă îmbogățită a metalelor de platină prin calcinarea acestui concentrat în aer la temperaturi de 800–900 °C. În acest caz, vaporii de tetroxid de osmiu foarte volatil OsO4 se sublimează cantitativ, care sunt apoi absorbiți de soluția de NaOH.
Prin evaporarea soluției, se izolează o sare - perosmat de sodiu, care este apoi redus cu hidrogen la 120 ° C la osmiu:
Compuși ai osmiului divalent.
Oxid de osmiu(II) OsO. Pulbere cenușie-neagră, ușor solubilă în apă și acizi. Obținut prin încălzirea unui amestec de osmiu, sulfit de osmiu (II) și carbonat de sodiu într-un curent de dioxid de carbon.
Clorura de osmiu(II) OsCl2. Solubil în alcool, eter și acid azotic. Obținut prin încălzirea clorurii de osmiu (III) la 500°C și presiune redusă. element chimic fier cobalt nichel
Iodură de osmiu(II) OsI2. Un solid verde care se formează atunci când soluțiile acide de săruri de osmiu (IV) sunt tratate cu iodură de potasiu.
Compuși trivalenți ai osmiului.
Oxid de osmiu(III) Os2O3. Pulbere maro închis (sau fulgi roșu cupru), ușor solubilă în apă. Se obţine prin reducerea OsO4 cu osmiu metalic prin încălzire sau prin încălzirea sărurilor de osmiu (III) cu carbonat de sodiu în curent de dioxid de carbon.
Clorura de osmiu(III) OsCl3. Cristale cubice maro higroscopice. Usor solubil in apa si alcool. Se descompune în OsCl2 și Cl2 peste 500° C. Este cunoscut hidratul cristalin OsCl3.3H2O.
Compuși ai osmiului tetravalent.
Oxid de osmiu (IV) OsO2. Puțin solubil în apă și acizi. Obținut prin încălzirea osmiului metalic fin dispersat în vapori de OsO4.
Fluorura de osmiu(IV) OsF4. Pulbere brună care se descompune cu apă sau căldură. Se obține prin trecerea fluorului peste osmiu metalic încălzit la 280 ° C.
Clorura de osmiu(IV) OsCl4. Ace maro-roșu, care sunt transformate lent în OsO2.2H2O de apă. Se obtine prin tratarea OsO4 cu HCl concentrat sau prin racirea vaporilor brun-galbui formati prin trecerea clorului peste osmiu metalic incalzit la 650-700°C.
sulfură de osmiu(IV) OsS2. Cristale cubice negre. Puțin solubil în apă și alcool. Când este încălzit în aer, se transformă în OsO4. Redus cu hidrogen la metal.
Compuși ai osmiului valent.
Fluorura de osmiu (VI) OsF6 Corodează sticla. Se hidrolizează cu apă. Vaporii de fluorură de osmiu (VI) sunt incolori și toxici. Obținut împreună cu OsF4 și OsF8 prin încălzirea osmiului într-un mediu cu fluor.
Osmat de potasiu K2OsO4 Cristale octaedrice violet. Când este încălzit, se transformă în OsO4. Descompus de acizi. Obținut prin reducere cu nitrit de potasiu sau alcool OsO4 într-o soluție de potasiu caustic.
Compuși de osmiu octovalenți.
Oxid de osmiu (VIII) OsO4 Are un miros înțepător. Solubil în apă, alcool, eter. Vaporii sunt foarte toxici. Prezinta proprietati oxidante. Folosit în multe reacții ca catalizator.
Fluorura de osmiu(VIII) OsF8. Cristale galbene. Se descompune la încălzire peste 225°C. Are proprietăți oxidante. Provoacă arsuri la contactul cu pielea. Reacționează cu apa pentru a forma OsO4 și acid fluorhidric.
sulfură de osmiu(VIII) OsS4. Pulbere maro închis. Obținut prin trecerea hidrogenului sulfurat printr-o soluție acidulată de OsO4 sau prin acțiunea sulfurilor de amoniu sau de sodiu asupra soluțiilor alcaline de OsO4.
Cobaltul (lat. Сobaltum, Co) este un element chimic cu număr atomic 27, masă atomică 58,9332. Configurația celor două straturi de electroni exterioare ale atomului de cobalt este 3s2 3p6 3d7 4s2 . Cobaltul formează compuși cel mai adesea în starea de oxidare +2 (valența II), mai rar în starea de oxidare +3 (valenta III) și foarte rar în stările de oxidare +1, +4 și +5 (valențe, respectiv, I, IV, V).
Substanțele simple de Co sub formă de pulbere prezintă o activitate destul de mare față de acizi. Ca urmare a interacțiunii lor cu acizii, se formează săruri cu o stare de oxidare de +2. Sărurile de cobalt sunt colorate în roz datorită formării complexului 2-aqua.
Co + 2HCl = CoCl2 + H2?
Co + H2SO4 = CoSO4 + H2?
3 Co + 8HNO3(sc.) = 3Co(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Acidul azotic concentrat la rece pasivează Co. Când este încălzit, filmul protector este distrus și metalul reacţionează cu acid azotic concentrat:
Co + 4HNO3(conc.) = Co(NO3)2 + 2NO2? + 2H2O
Cu oxigen, cobaltul formează oxizi EO cu proprietăți de bază. Acești oxizi nu se dizolvă în apă, nu interacționează cu alcalii, dar reacționează ușor cu acizii pentru a forma săruri de Co(II). Sărurile Co(II) sunt cele mai des folosite pentru sinteza hidroxizilor corespunzători, de exemplu: CoCl2 + NaOH = Co(OH)2? + NaCl
La primirea hidroxidului de cobalt (II) din săruri, un precipitat albastru de săruri bazice slab solubile Co(OH)nX2-n? xH2O și apoi hidroxid roz Co(OH)2. Apariția colorației albastre poate fi explicată și prin formarea hidroxidului de cobalt cu compoziția 3Co(OH)2?2H2O, care se formează împreună cu sărurile bazice. Cu adăugarea suplimentară de alcali ca urmare a deshidratării și a îmbătrânirii, își schimbă culoarea de la albastru la roz. Hidroxidul de cobalt (II) prezintă puține dovezi de amfoterism cu proprietăți predominant bazice. Se dizolvă ușor în acizi (cu formarea sărurilor de Co (II)), iar dizolvarea în alcali este foarte dificilă.Totuși, prezența proprietăților acide ale Co (OH) 2 este confirmată de existența unui complex 2-hidroxo. Hidroxidul de Co (II) se oxidează foarte lent de oxigenul atmosferic și se transformă în hidroxid de Co (III), colorat maro: 4Co(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Co(OH)3
În prezența agenților oxidanți mai puternici, cum ar fi peroxidul de hidrogen, procesul de oxidare a Co(II) este mult mai rapid: 2Co(OH)2 + H2O2 = 2Co(OH)3
O reacție calitativă la ionul Co(II) este formarea complexului său nitro galben.
CoCl2 + 7KNO2 + 2CH3COOH = K3 ? + NU + 2CH3COOK + 2KCl
Reacție calitativă pentru cationii de cobalt (II) Co2+
Particularitatea acestor cationi este formarea de săruri complexe cu molecule de amoniac - amoniați: Co2 + + 4NH3 \u003d 2+ Soluții de culoare amoniacului în culori strălucitoare. Amoniacul cobalt(II) galben-maroniu este oxidat treptat de oxigenul atmosferic până la amoniac cobalt(III) roșu-vișiniu. În prezența agenților oxidanți, această reacție are loc instantaneu.
Starea de oxidare (III) este instabilă pentru cobalt, deci hidroxidul de Co(III) prezintă proprietăți oxidante, chiar și sub influența unui astfel de agent reducător slab precum ionul Cl-: 2Co(OH)3 + 6HCl = 2CoCl2 + Cl2? + 6H2O
Cobaltul formează un număr mare de săruri insolubile, dintre care multe, cum ar fi fosfații, pot fi sintetizate folosind reacții de schimb în soluții apoase:
3 CoCl2 + 4Na2HPO4 = 2 Co3(PO)4 + 8NaCl + HCl
Carbonații medii de Co(II) nu pot fi obținuți prin adăugarea de carbonat de metal alcalin la soluțiile sărurilor lor. Datorită hidrolizei crescute în prezența ionilor de carbonat, are loc formarea carbonaților bazici slab solubili, mai degrabă decât cei intermediari:
2CoCl2 + Na2CO3 + 2H2O ? (CoOH)2CO3? + 2NaCI + 2HCI
La mijlocul secolului al XX-lea, cobalamina, vitamina B12, a fost izolată din ficatul animalelor și numai această vitamină conține cobalt - conține doar 4% și este acolo într-o formă activă.
Cobaltul participă la multe procese din organism: activează procesul de hematopoieză - datorită acestuia, celulele roșii din sânge sunt produse în măduva osoasă, fierul este mai bine absorbit, iar compoziția sângelui rămâne constant normală. Microflora intestinală, „responsabilă” de absorbția fierului, are nevoie de cobalt - pentru aceste bacterii este hrană, prin urmare, dacă cobaltul nu este suficient, se dezvoltă adesea diferite tipuri de anemie; procesul de circulație a sângelui cu lipsă de cobalt, de asemenea, nu poate decurge normal.
Luând parte la procesele metabolice, cobaltul normalizează activitatea sistemului endocrin, activează producția de enzime și participă la sinteza proteinelor, carbohidraților și grăsimilor. Interacționând cu alte substanțe, cobaltul începe procesul de reînnoire a tuturor celulelor corpului, participând și la sinteza ARN-ului și ADN-ului.
Pentru dezvoltarea normală și păstrarea structurii țesutului osos, este de asemenea important să existe suficient cobalt în organism, astfel încât produsele cu cobalt sunt necesare în special pentru copii, femei și bătrâni.
Cobaltul este important pentru menținerea unei stări sănătoase a vaselor de sânge - previne dezvoltarea aterosclerozei, deoarece nu numai că reduce cantitatea de colesterol „rău” din sânge, dar ajută și organismul să-l elimine, astfel încât nu are timp. pentru a fi depuse în vase.
Efectul imunostimulator al cobaltului se manifestă prin capacitatea sa de a crește activitatea fagocitară a leucocitelor - aceasta înseamnă că leucocitele leagă, absorb și digeră mai activ agenții patogeni care intră în organism. Activitatea pancreasului depinde și de cantitatea de cobalt din organism - dacă acesta lipsește, acest organ nu poate funcționa normal.
Cobaltul, împreună cu alte substanțe, ajută organismul să-și mențină tinerețea - de exemplu, împreună cu cuprul și manganul, previne albirea timpurie a părului și accelerează recuperarea după boli grave.
Formula electronică este 4s24p64d85s1.
Stare de oxidare: +1, +2, +3, +4, +6; valență: 1, 2, 3, 4, 6
Proprietăți chimice: metal inactiv. Se dizolva in aqua regia si in acizi sulfuric si clorhidric concentrati in prezenta oxigenului. Oxidată prin amestecuri oxidant-alcaline.
Oxid de rodiu(II) RhO. Substanță negru-maro, ușor solubilă în apă și acizi.
Clorura de rodiu (II) RhCl2. Pudră care poate fi vopsită în diverse culori - de la maro închis până la roșu-violet. Obținut prin încălzirea clorurii de rodiu (III) la 950°C.
Sulfura de rodiu(II) RhS. Cristale gri închis. Puțin solubil în apă și acva regia. Obținut prin încălzirea rodiului metalic la o căldură roșie în vapori de sulf.
Compuși trivalenți ai rodiului.
Oxid de rodiu (III) Rh2O3. Puțin solubil în apă, acizi și acva regia. Este redus la rodiu metalic de hidrogen atunci când este încălzit. Obținut prin încălzirea în aer la 800°C pulbere de rodiu, azotat de rodiu (III) sau clorură de rodiu (III).
Hidroxid de rodiu (III) Rh(OH)3. Precipitat gelatinos galben obținut prin tratarea sărurilor de rodiu(III) cu alcalii sau carbonați de metale alcaline. Solubil în acizi sau alcalii în exces. Când este deshidratat, se transformă în Rh2O3.
Fluorura de rodiu(III) RhF3. Cristale rombice roșii. Obținut prin trecerea fluorului peste rodiu metalic încălzit la 500-600°C.
Clorura de rodiu (III) RhCl3.Pudră delicioscentă în aer brun-roșcat. Puțin solubil în apă și acizi. Peste 948°C se descompune în elemente. Hidrat de cristal cunoscut RhCl3.4H2O. Se obtine prin actiunea clorului asupra rodiului incalzit la 250-300°C sau prin deshidratarea RhCl3.4H2O.
Iodură de rodiu (III) RhI3. O substanță neagră, slab solubilă în apă. Se descompune la 327°C. Se obține prin acțiunea iodurii de potasiu asupra soluțiilor de săruri de rodiu (III) în timpul fierberii.
sulfură de rodiu (III) Rh2S3. Pulbere cenușie-neagră, stabilă până la 500°C. Peste această temperatură, în aer sau oxigen, se aprinde și arde formând rodiu metal. Obținut prin acțiunea hidrogenului sulfurat asupra clorurii de rodiu (III).
Compuși ai rodiului tetravalent.
Oxid de rodiu (IV) RhO2. Substanță neagră solidă. Obținut prin topirea rodiului metalic cu hidroxid și azotat de potasiu.
Oxid hidratat de rodiu (IV) RhO2.nH2O. Solid verde măsline. Solubil în acizi. Se transformă în Rh2O3 când este încălzit. Se obţine prin oxidarea electrolitică a Rh (OH) 3 în exces de alcali sau prin oxidarea soluţiilor de săruri de rodiu (III) cu clor în mediu alcalin.
Bromură de rodiu (IV) RhBr4. Pulbere maro. Se descompune în elemente când este încălzit la 527°C. Obținut prin interacțiunea directă a elementelor la încălzire.
Formula electronică 5s25p65d76s2
Stare de oxidare: +1, +2, +3, +4, +5, +6; valență: 1, 2, 3, 4, 5, 6
Proprietăți fizice: metal dur alb argintiu
Obţinerea: ca urmare a prelucrării complexe a minereurilor, se obţine (NH4) 2, în timpul descompunerii termice a căruia se obţine iridiu.
Proprietăți chimice: metal inert. Nu interacționează cu acizii; nu reactioneaza nici macar cu apa regia. Reactioneaza cu amestecurile oxidante-alcaline. Când este încălzit, interacționează cu halogenii.
Compuși ai iridiului divalent.
Clorura de iridiu(II) IrCl2. Cristale strălucitoare de culoare verde închis. Puțin solubil în acizi și baze. Obținut prin încălzirea iridiului metalic sau IrCl3 într-un curent de clor la 763°C.
sulfură de iridiu(II) IrS. Solid albastru închis strălucitor. Solubil în sulfură de potasiu. Obținut prin încălzirea iridiului metalic în vapori de sulf.
Compuși ai iridiului trivalent.
Oxid de iridiu(III) Ir2O3. Solid albastru închis. Puțin solubil în apă și alcool. Se dizolvă în acid sulfuric. Obținut prin calcinare ușoară a sulfurei de iridiu (III).
Clorura de iridiu(III) IrCl3. Compusul volatil are culoarea verde măsline. Puțin solubil în apă, alcalii și acizi. Obținut prin acțiunea clorului asupra iridiului încălzit la 600 ° C.
Bromură de iridiu(III) IrBr3. Cristale verde măsline. Solubil în apă, ușor solubil în alcool. Obținut prin interacțiunea IrO2 cu acidul bromhidric.
sulfură de iridiu(III) Ir2S3. Solid maro. Puțin solubil în apă. Solubil în soluție de acid azotic și sulfură de potasiu. Obținut prin acțiunea hidrogenului sulfurat asupra clorurii de iridiu (III).
Compuși ai iridiului tetravalent.
Oxid de iridiu(IV) IrO2. Cristale tetragonale negre cu o rețea rutilă. Puțin solubil în apă, alcool și acizi. Se reduce la metal cu hidrogen. Se disociază termic în elemente când este încălzit. Obținut prin încălzirea pulberei de iridiu în aer sau oxigen la 700°C, încălzirea IrO2.nH2O.
Fluorura de iridiu (IV) IrF4. Lichid uleios galben care se descompune în aer și se hidrolizează cu apă. Obținut prin încălzirea IrF6 cu pulbere de iridiu la 150°C.
Clorura de iridiu(IV) IrCl4. Solid higroscopic maro. Se dizolvă în apă rece și se descompune în apă caldă. Se obtine prin incalzirea (600-700°C) iridiu metalic cu clor la presiune ridicata.
Bromură de iridiu(IV) IrBr4. O substanță albastră care plutește în aer. Solubil în alcool. Obținut prin interacțiunea IrO2 cu acidul bromhidric la temperatură scăzută.
sulfură de iridiu(IV) IrS2. Solid maro. Puțin solubil în apă. Obținut prin trecerea hidrogenului sulfurat prin soluții de săruri de iridiu (IV).
Compuși ai iridiului hexavalent.
Fluorura de iridiu(VI) IrF6. Cristale tetragonale galbene. Sub acțiunea iridiului metalic, acesta se transformă în IrF4, este redus de hidrogen la iridiu metalic. Corodează sticla umedă. Obținut prin încălzirea iridiului într-o atmosferă de fluor într-un tub de fluorit.
sulfură de iridiu(VI) IrS3. Pulbere cenușie, ușor solubilă în apă. Obținut prin încălzirea în vid a pulberilor de iridiu metalic cu exces de sulf.
Formula electronică 3s23p63d84s2
Stare de oxidare: (+1), +2, (+3, +4); valență: (1), 2, (3, 4)
Proprietăți fizice: metal dur gri
Minerale de bază: pirita fier-nichel (Fe,Ni)9S8, nichelină NiAs
Proprietăți chimice: metal inactiv. Rezistent la apă și aer umed. Reacționează lent cu acizii diluați. Când este încălzit, reacţionează cu oxigenul, halogenii, azotul, sulful şi alte nemetale. Rezistent la temperatura normala la actiunea fluorului, care este depozitat in cilindri din nichel.
O reacție calitativă pentru nichel este reacția nichelului cu dimetilglioxima.Dimetilglioxima a fost propusă în 1905 de L.A. Chugaev, așa că dimetilglioxima este uneori numită „reactivul lui Chugaev”.
La interacțiunea cu ionii de nichel, dimetilglioxima formează un complex roșu, care poate fi ușor precipitat și determinat gravimetric.
Substanțele simple de Ni sub formă de pulbere prezintă o activitate destul de mare față de acizi. Ca urmare a interacțiunii lor cu acizii, se formează săruri cu o stare de oxidare de +2. Soluțiile apoase de săruri de Ni sunt colorate în verde datorită prezenței ionului 2-.
Ni + 2HCl = NiСl2 + H2?
Ni + H2SO4 = NiSO4 + H2?
3Ni + 8HNO3(dif.) = 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Acidul azotic concentrat la rece pasivează Ni. Când este încălzit, filmul protector este distrus și metalul reacţionează cu acid azotic concentrat:
Ni+ 4HNO3(conc.) = Ni(NO3)2 + 2NO2? + 2H2O
Cu oxigen, nichelul formează oxizi EO cu proprietăți de bază. Acești oxizi nu se dizolvă în apă, nu interacționează cu alcalii, dar reacționează ușor cu acizii pentru a forma săruri de Ni(II). Sărurile de Ni(II) sunt cel mai adesea utilizate pentru sinteza hidroxizilor corespunzători, de exemplu:
NiCl2 + NaOH = Ni(OH)2? + NaCl
Hidroxidul de nichel(II), de culoare verde, este similar în proprietăți acido-bazice cu hidroxidul de Co(II). Este ușor solubil în acizi și practic insolubil în alcalii. Expunerea prelungită a alcalinelor la precipitatul de Ni(OH)2 duce la formarea unui hidroxocomplex cu compoziție nedeterminată cu formula condiționată 2? . Hidroxidul de nichel(II) nu este oxidat la Ni(OH)3 nici de oxigenul atmosferic, nici de peroxidul de hidrogen. Pentru a-l oxida, este necesar un agent oxidant mai puternic, de exemplu, brom:
2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 = 2Ni(OH)3 + 2NaBr
Nichelul în stările de oxidare +2 și +3 formează un număr mare de compuși complecși. Complexele lor cationice cele mai stabile sunt complexele acvatice și amoniații, precum și complexele în care liganzii sunt molecule organice polidentate, de exemplu, dimetilglioximat. Nichelul formează un număr mare de săruri insolubile, dintre care multe, cum ar fi fosfații, pot fi sintetizate folosind reacții de schimb în soluții apoase:
3NiCl2 + 4Na2HPO4 = 2Ni3(PO)4 + 8NaCl + HCl
Carbonații de Ni(II) medii nu pot fi obținuți prin adăugarea de carbonat de metal alcalin la soluțiile sărurilor lor. Datorită hidrolizei crescute în prezența ionilor de carbonat, are loc formarea carbonaților bazici slab solubili, mai degrabă decât cei intermediari:
2NiCl2 + Na2CO3 + 2H2O ? (NiOH)2CO3? + 2NaCI + 2HCI
Nichelul este un oligoelement care afectează procesele de hematopoieză și este implicat în multe procese redox din organism.
Corpul unui adult conține doar aproximativ 5-14 ml de nichel. Elementul se acumulează în țesutul muscular, ficat, plămâni, rinichi, pancreas și glandele tiroide, glanda pituitară, creier și epiteliu. Se observă că odată cu vârsta, concentrația de nichel în plămâni crește. Nichelul este excretat din organism în principal cu fecale (până la 95%).
în combinație cu cobalt, fier, cuprul participă la procesele de hematopoieză (afectează maturarea globulelor roșii tinere și crește nivelul de hemoglobină)
crește activitatea hipoglicemică (crește eficacitatea insulinei)
participă la organizarea structurală și funcționarea ADN-ului, ARN-ului și proteinelor
îmbunătățește trecerea proceselor redox în țesuturi (oferă celulelor oxigen)
intensifică acțiunea antidiuretică a glandei pituitare
activează o serie de enzime (inclusiv arginaza)
important pentru reglarea hormonală a organismului
implicate in metabolismul grasimilor
oxidează vitamina C
scade tensiunea arteriala
necesar zilnic
Necesarul zilnic de nichel, în funcție de vârstă, sex și greutate, este de aproximativ 100-300 mcg.
Simptome de deficiență și supradozaj
Supradozajul de nichel este un fenomen rar, care se explică prin nivelul ridicat de toxicitate al elementului - aproximativ 20-40 mg pe zi. Cu excesul său, se observă următoarele simptome:
tahicardie
dermatită
scăderea rezistenței la boli infecțioase
iritarea mucoaselor tractului respirator superior
excitabilitate crescută a sistemului nervos
scăderea imunității
deficit de magneziu în organism
acumulare de fier sau zinc
întârzierea creșterii osoase
edem al plămânilor și creierului
risc de cancer
Paladiu.
Formula electronică 4s24p64d10
Stare de oxidare: +1, +2, +3, +4; valență: 1, 2, 3, 4
Proprietăți fizice: metal moale alb argintiu
Principalele minerale: paladita PdO; găsit și în formă nativă
Proprietăți chimice: metal inactiv. Stabil în aer uscat și umed la temperaturi normale. Solubil în acid azotic concentrat și acva regia. Când este încălzit, se dizolvă în acid sulfuric concentrat. Când este încălzit, reacţionează cu nemetale.
Compuși monovalenți ai paladiului.
sulfură de paladiu(I) Pd2S. Substanță amorfă cenușiu-verzuie. Puțin solubil în apă, acizi și acva regia. Obținut prin încălzirea Cl2 cu sulf sub un strat de borax.
Compuși ai paladiului divalent.
Oxid de paladiu(II) PdO. Cel mai stabil oxid de paladiu. Pudra neagra. Puțin solubil în apă și acizi. Are proprietăți oxidante. Obținut prin încălzirea puternică a paladiului metalic în oxigen sau prin calcinarea azotatului de paladiu (II).
hidroxid de paladiu(II) Pd(OH)2. Pulbere maro-roșie. Puțin solubil în apă. Solubil în acizi. Posedă proprietăți oxidante slab exprimate. Se obţine prin hidroliza azotatului de paladiu (II) cu apă fierbinte sau prin acţiunea alcalinelor asupra sărurilor de paladiu (II).
Fluorura de paladiu(II) PdF2. Cristale maro. Puțin solubil în apă. Se dizolvă în acid fluorhidric pentru a forma acidul tetrafluoropaladic H2. Obținut prin interacțiunea directă a elementelor sau prin încălzirea PdF3 cu paladiu.
Bromură de paladiu(II) PdBr2. Substanță maro-roșie. Puțin solubil în apă. Se dizolvă într-o soluție apoasă de bromură de hidrogen (cu formarea acidului tetrabromopaladic H2) sau bromuri de metale alcaline. Obținut prin acțiunea apei de brom asupra paladiului metalic sau prin acțiunea bromurii de potasiu asupra PdCl2.
Iodură de paladiu(II) PdI2. Pulbere roșu închis. Puțin solubil în apă și alcooli. Se dizolvă în acid iodhidric (cu formarea acidului tetraiodopalladic H2) sau soluții de ioduri de metale alcaline. Obținut prin tratarea unei soluții de clorură de paladiu (II) cu iodură de potasiu.
sulfură de paladiu(II) PdS. Substanță solidă asemănătoare metalului maro închis. Puțin solubil în apă, acid clorhidric, sulfură de amoniu. Solubil în acid azotic și acva regia. Obținut prin interacțiunea elementelor în timpul încălzirii, descompunerea termică a PdS2 sau prin trecerea hidrogenului sulfurat printr-o soluție apoasă de săruri de paladiu (II).
...Documente similare
Metalele de tranziție sunt elemente ale subgrupurilor secundare ale tabelului periodic al elementelor chimice. Elemente din grupa VIIB și VIIIB: proprietăți chimice și fizice. compuși de mangan. Utilizarea permanganatului de potasiu. Compuși de cobalt și nichel și proprietățile lor.
prezentare, adaugat 05.02.2013
Caracteristicile generale ale elementelor chimice din grupa IV a tabelului periodic, prezența lor în natură și compuși cu alte nemetale. Obținerea germaniului, staniului și plumbului. Proprietățile fizico-chimice ale metalelor din subgrupa titanului. Scopuri de zirconiu.
prezentare, adaugat 23.04.2014
Clase principale de compuși anorganici. Prevalența elementelor chimice. Legile generale ale chimiei elementelor s din grupele I, II și III ale sistemului periodic D.I. Mendeleev: proprietăți fizice, chimice, metode de producție, rol biologic.
tutorial, adăugat 02/03/2011
Caracteristici, informații despre istoria descoperirii elementelor și prevalența lor în natură. Modificarea grupului razelor atomilor și ionilor, potențialul de ionizare. Proprietăţi ale compuşilor cu azot în stări negative de oxidare: nitruri, hidroxilamină.
rezumat, adăugat 28.04.2016
Un studiu cuprinzător al elementelor sistemului periodic al lui Mendeleev, istoria descoperirii și formele de găsire a aurului în natură. Studiul zăcămintelor primare, proprietăților fizice și chimice ale aurului și compușilor acestuia, metode de obținere și domenii de aplicare.
lucrare de termen, adăugată 17.11.2011
Dezvoltarea dreptului periodic în secolul XX. Proprietățile periodice ale elementelor chimice: modificarea energiei de ionizare, electronegativitate, efecte de ecranare și penetrare. Modificarea valorilor razelor atomice și ionice. Informații generale despre nemetale.
prezentare, adaugat 08.07.2015
Descrierea faptelor interesante ale descoperirii unui număr de elemente ale tabelului periodic. Proprietățile elementelor chimice, originea denumirilor lor. Istoria descoperirii, în unele cazuri, obținerea elementelor, importanța lor în economia națională, amploare, siguranță.
rezumat, adăugat 11.10.2009
Istoria descoperirii și locul în sistemul periodic al elementelor chimice D.I. Halogeni Mendeleev: fluor, clor, brom, iod și astatin. Proprietățile chimice și fizice ale elementelor, aplicarea lor. Abundența elementelor și producerea de substanțe simple.
prezentare, adaugat 13.03.2014
Studiul proprietăților fizice și chimice ale cromului, wolframului, molibdenului. Oxidul de crom este cel mai stabil compus de crom. Hidroxizi, săruri ale acizilor care conțin oxigen ale elementelor din grupa a șasea B. Peroxizi, carburi, nitruri, boruri ale elementelor din grupa a șasea B.
prelegere, adăugată 29.06.2011
Siliciul este un element al subgrupului principal al celui de-al patrulea grup din perioada a treia a D.I. Mendeleev; distribuţie în natură. Soiuri de minerale pe bază de oxid de siliciu. Domenii de aplicare a compușilor de siliciu; sticlă.
