Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе)

Среди трех основных ферромагнитных металлов, т. е. железа, кобальта и никеля, кобальт обладает наивысшей точкой Кюри, т. е. температурой, при которой металлическое вещество утрачивает свои магнитные свойства. Для никеля точка Кюри равна температуре всего в 358 °C, для железа это 770 °C, и лишь у кобальта данная точка достигает отметки в 1130 °C. Так как магниты используются в самых разных условиях, в том числе при очень высоких температурах, кобальту было суждено стать важнейшим компонентом состава магнитных сталей.

От железа к никелю наблюдается снижение химической активности (из-за увеличения устойчивости атома вследствие постепенного заполнения электронами ri-подуровня).

При обычных температурах металлы не реагируют даже с самыми активными неметаллами (галогенами, кислородом, серой, фосфором), но при нагревании реагируют с ними энергично:

Отношение к воде, кислотам и щелочам. Во влажном воздухе техническое железо покрывается ржавчиной FeOOH. При действии на железо перегретого пара выделяется водород:

Разбавленные кислоты (неокислители) при взаимодействии с Fe, Со и Ni образуют соли Э²⁺:

Кислоты-окислители при взаимодействии с железом образуют соли Fe³⁺ (но кобальт и никель — только соли Со²⁺ и Ni²⁺):

Растворение железа на холоду в азотной кислоте происходит в зависимости от концентрации кислоты неодинаково. Продуктами восстановления HN ()₃ могут быть NH₃ (NH₄N0₃), N₂, N₂0, NO и N0₂.

Холодные концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо, кобальт и никель:

Пассивированное железо не растворяется даже в разбавленных кислотах. При нагревании пассивная пленка Fe0₃ разрушается и реакция идет^[1]):

Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью — устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость его обусловлена образованием на его поверхности плотной оксидной пленки, обладающей защитным действием. Характерная особенность никеля — склонность к образованию соединений переменного состава, например, в системах Ni — Н, Ni — С, Ni — О, Ni — S. Так, с кислородом образуются оксиды NiO^ где х_у по-видимому, совершенно непрерывно может меняться от величин меньше единицы (0,97—0,98) приблизительно до 1,7.

Свойства соединений элементов семейства железа. В устойчивых соединениях железо проявляет степень окисления +2 и +3 и, кроме простых оксидов FeO и Fe₂0₃, образует смешанный оксид Fe₃0₄ (FeO • Fe₂0₃). Оксид Fe0₃ существует лишь в виде пленки. Кобальт и никель образуют оксиды Э (П и III).

В приведенных ниже оксидах выделенные получают при непосредственном взаимодействии металла с кислородом, остальные получают косвенно:

• а) FeO, Fe₂0₃, Fe0₃ (пленка), Fe₃0₄;
• б) СоО, Со₂О_э;
• в) NiO, Ni₂0₃

Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления Ni (Il). Никель образует соединения со степенью окисления +2 и +3. При этом никель со степенью окисления +3 в обычных солях не бывает и получен только в виде очень редких комплексных солей. Для Ni (II) известно большое количество обычных и комплексных соединений.

Гидроксиды металлов осаждают, действуя щелочами на растворы солей. Они имеют состав Ме (ОН)₂ или Ме (ОН)₃. Fe (OH)₃ проявляет амфотерные свойства, остальные — основные.

Свойства соединений элементов^II). Полученный из соли железа (П) гидроксид Fe (OH)₂ быстро окисляется на воздухе:

Окисление гидроксидов Со (П) и Ni (II) может происходить под воздействием сильных окислителей (Н₂0₂, С1₂, Вг₂):

С оксидом углерода СО никель легко образует летучее и очень ядовитое соединение — карбонил никеля (И), Ni (CO)₄:

Соли Э²⁺ сильных кислот растворимы, подвергаются гидролизу:

Гидратированные ионы окрашены: Fe²⁺ — бледно-зеленый, Со²⁺ — розово-красный, Ni²⁺ — ярко-зеленый.

Специфической частной реакцией на ион Fe²⁺ является реакция образования ярко-синего осадка с гексацианоферратом (Ш) калия, по-видимому, состава KFe[Fe (CN)_e], называемого «турнбулевой синью».

Для обнаружения применяют диметилглиоксим, который в кислой среде дает красную окраску диметилглиоксимата никеля Ni (C₄H₆N₂0₂)2 (реактив Чугаева).

Сульфиды металлов (3S): FeS, CoS и NiS — все черного цвета, легко растворимы в разбавленных кислотах (даже в уксусной).

Наибольшее применение из солей двухвалентных металлов имеет соль Мора (NH₄)₂Fe (S0₄)₂-6H₂0, в состав которой входит ион Fe²⁺, проявляющий восстановительные свойства (растворы Fe²⁺, приготовленные из сухой соли FeS0₄, очень неустойчивы и сразу же окисляются кислородом воздуха до Fe³⁺. Раствор соли Мора устойчив при хранении):

Свойства соединений элементов (). Степень окисления +3 по ряду Fe -" Со —> Ni становится все менее характерной.

Соли Fe²⁺ и Fe³⁺ — одинаково частые соединения; из солей Со³⁺ устойчивы лишь комплексные соединения, простых солей мало и они неустойчивы. Комплексные соединения Ni³⁺ немногочисленны. Как правило, это комплексы с органическими лигандами, имеющие сложное строение.

Оксид железа (Ш) можно получить при прокаливании железа в кислороде или термическим разложением гидроксида железа (Ш):

Оксиды Э₂0₃ получают термическим разложением нитратов Э²⁺:

Полученные оксиды окрашены:

Оксиды, гидроксиды кобальта и никеля (Ш) — окислители. Они, в отличие от Fe₂0₃, при растворении в кислотах не образуют солей Э (Ш):

Оксид и гидроксид железа (Н) слабо амфотерны, при сплавлении с щелочами или содой образуются ферриты (соли не полученной в чистом виде железистой кислоты):

В технике ферритами называют продукты спекания при 1000 °C Fe₂0₃ и оксидов никеля, марганца, цинка и др.

Чувствительной качественной реакцией па ион Fe³⁺ является реакция образования с роданид-ионами (тиоцианитами) комплексов кроваво-красной окраски:

При высокой концентрации роданид-ионов максимальное координационное число в этом комплексе может достигать шести, например K₃[Fe (CNS)₆|.

Гексацианоферрат (П) калия с ионом Fe³⁺ дает интенсивно синий осадок «берлинской лазури», предположительно аналогичный по составу «турнбулевой сини». Поскольку E°_Fc3+/f_c^{2+ =} 0,76 В больше E°[_Fe(_CN)6]3+/[Fe (CN)₆]^{4+ =} 0,36 В, сначала происходит окислительно-восстановительная реакция:

Затем продукты реакции взаимодействуют между собой с образованием темно-синего осадка «берлинской лазури»:

Аммиачные комплексы Fe³⁺ неустойчивы, в отличие от комплексов кобальта и никеля.

Обычные соли кобальта (Ш) нестойки, но комплексные соединения прочны. Наряду с аммиачным комплексом (хлоридом гексамминкобальта (Ш) [Co (NH₃)₆]Cl₃), известны и другие комплексные соли кобальта (Ш). Никель и в комплексных солях двухвалентен [Ni (NH₃)₆]S0₄. Гексанитрокобальтат (Ш) натрия Na₃[Co (N0₂)₆] применяют в качестве чувствительного реагента на ион К⁺, с которым он образует характерный осадок:

Комплексные соли кобальта (Ш) используют в химическом анализе.

Соли железа (Ш) подвергаются ступенчатому гидролизу, а в присутствии Na₂C0₃ происходит полный необратимый гидролиз:

Свойства соединений железа{VI). Из соединений железа высшей валентности получены соли железной кислоты — H₂Fe0₄, называемые ферратами. Ферраты получаются нагреванием мелкого порошка железа с KN0₃. При этом железо окисляется со вспышкой и образуется K₂Fe0₄. Ферраты можно получить окислением гидроксида железа (Ш) хлором, бромом и другими сильными окислителями, а также сплавлением его с КОН и KN0₃:

Железная кислота (H₂Fe0₄) и ее ангидрид (Fe0₃) не получены.

Применение. Кроме самых различных сплавов, включающих эти элементы, широкое применение находят их соединения. Из солей железа известен сульфат железа (П), или железный купорос, FcS0₄ • 7Н₂0. Соль Мора или сульфат аммония-железа (П) применяют в химическом анализе. Железоаммонийные квасцы или сульфат аммония-железа (Ш), (NH₄)₂S0₄ Fe₂(S0₄)₃-24H₂0.

протрава при крашении тканей. Берлинская лазурь — основа нескольких красителей.

Велико биологическое значение железа, так как оно — составная часть гемоглобина крови. Недостаток железа в пище вызывает заболевания человека.

Большую часть получаемого промышленным путем кобальта расходуют на производство разных сплавов. Как и вольфрам, кобальт незаменим в металлообработке. Металл является важнейшей частью быстрорежущих инструментальных сталей. Карбид титана или вольфрама, т. е. основной компонент сверхтвердого сплава, спекают вместе с порошком кобальта. Кобальт присоединяет зерна карбидов и при этом придает сплаву большую вязкость и уменьшает чувствительность сплава к ударам и толчкам.

Соединения кобальта используют в химическом анализе. Радиоактивный изотоп 27Со, источник у-излучения, используется в медицине для облучения. Соединения кобальта (П) сообщают стеклу синюю окраску, в измельченном виде они известны как краска.

Основная масса никеля в промышленности расходуется на производство сплавов для электротехники: инвара, платинита, нихрома, никелина. Никелевые сплавы применяют также в химической и авиационной промышленности, в судостроении. Как легирующий металл никель сообщает сталям вязкость, механическую прочность, жаростойкость, устойчивость к коррозии. Хромоникелевые стали (1—4% (мае.) никеля и 0,5—2% (мае.) хрома) идут на изготовление брони, бронебойных снарядов, артиллерийских орудий.

Никель оказался одним из самых перспективных материалов для изготовления химической аппаратуры, которая должна выдерживать разъедающее действие концентрированных рассолов, горячих щелочей, расплавленных солей, фтора, хлора, брома и других агрессивных сред. Химическую пассивность этот металл сохраняет и при высокой температуре, что сделало его перспективным материалом в реактивной технике.

Уникальную совокупность свойств никеля используют при изготовлении электровакуумных приборов. Из него изготавливают проволочные держатели, вводы, сетки, аноды, экраны, керны для оксидных катодов и ряд других деталей.

Никель используется в щелочных аккумуляторах. Давно известен никель как катализатор.

Токсичность элементов. Степень токсичности железа низкая, но высокое содержание его в питьевой воде может вызывать разрушение центральной нервной системы, повышать восприимчивость организма к инфекциям, приводить к повреждению печени, болезням желудочно-кишечного тракта. Недостаток железа в организме ведет к анемии.

Источниками поступления железа в воду являются ржавые трубы, металлолом. Предельно допустимая концентрация железа в воде — 5 мг/л (для FeO).

Избыток кобальта вреден для человека. ПДК кобальтовой пыли в воздухе — 0,5 мг/м³, допустимое содержание кобальтовых солей в питьевой воде составляет 0,01 мг/л. Крайне токсичны испарения карбонилов кобальта (например, Со₂(СО)₈). Избыток кобальта иногда может создать нарушение метаболизма иода внутри щитовидной железы.

В человеческом организме никель накапливается в печени, поджелудочной железе. Токсическое действие металла проявляется при вдыхании его пыли, паров и соединений. Избыток никеля в организме может привести к нежелательным последствиям. Никель способен вызвать аллергию (контактный дерматит) при контакте с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки). По этой причине в ЕС ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго — полное исчезновение меланина на некоторых участках кожи, вследствие чего кожа покрывается пятнами молочно-белого цвета. В остальном отношении металлический никель не несет опасности (для металлического никеля ПДК в воде — 0,1 мг/л, в почве — 3,0 мг/кг).

Очень ядовит карбонил никеля [Ni (CO)₄]. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений равна 0,0005 мг/м³.

• [1] Явление пассивирования железа образованием на его поверхности оксиднойпленки не может считаться твердо установленным фактом, так как железо, окислившееся при нагревании на воздухе и покрывшееся пленкой оксида, не пассивируется, а остается вполне активным.