body {scrollbar-3dLight-Color: olive}
body {scrollbar-Arrow-Color: maroon}
body {scrollbar-Base-Color: black}
body {scrollbar-DarkShadow-Color: black}
body {scrollbar-Face-Color: #CCFFCC}
body {scrollbar-Highlight-Color: silver}
body {scrollbar-Shadow-Color: #000000}
body {scrollbar-Track-Color: gray}


grupa 9 żelazowce
















do strony głównej























Å»elazowce - 
żelazo
kobalt
nikiel









Współczesny
podział pierwiastków na grupy, w strukturze tablicy układu okresowego,
konsekwentnie trzyma siÄ™ konfiguracji elektronowej jako jedynego kryterium
podziału. Do danej grupy (1-18) zalicza te pierwiastki, które leżą w tej
samej kolumnie, po rozpisaniu ich w kolejnoÅ›ci liczby atomowej i zgodnie
z okresowoÅ›ciÄ… struktury elektronowej atomów. 
Wcześniejszy
podziaÅ‚ pierwiastków na grupy przyjmowaÅ‚  nieco inne podejÅ›cie do
problemu. Pierwiastki dzielono na siedem grup (I - VII), w obrębie których
wyróżniano grupy główne (A) i poboczne (B). Grupę gazów szlachetnych
oznaczano jako grupÄ™ 0, zaÅ› dzisiejsze grupy  8-10 stanowiÅ‚y grupÄ™
VIII i zawieraÅ‚y aż dziewięć pierwiastków. Taki podziaÅ‚, nie
sprzeniewierzajÄ…c siÄ™ okresowoÅ›ci w konfiguracji elektronowej,  próbowaÅ‚
(z dość dobrym skutkiem) wiązać w grupy pierwiastki o podobnych właściwościach.
Z drugiej jednak strony, omawiajÄ…c chrom w tej samej VI grupie co tlen i
siarkę, a złoto obok potasu (grupa I) czy mangan obok chloru, wprowadzał
czasem zbyt wiele zamieszania i wcale nie ułatwiał przyswajania ogólnych
reguł zachowania się pierwiastków danej grupy.
W
naszym przewodniku stosujemy przy omawianiu wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci pierwiastków 
współczesny podział na grupy, robiąc jednak drobny wyjątek dla dawnej
grupy VIII. Dla grup 8-10 właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków
w obrębie grupy różnią się znacznie, natomiast są dość zgodne dla
triad w obrÄ™bie okresu (Fe, Co, Ni - żelazowce;   Ru, Rh, Pd -
platynowce lekkie   i   Os, Ir, Pt - platynowce ciężkie).
Taki też podział, zgodny z historyczną grupą VIII zastosowałem w naszej
witrynie, wychodząc z często tu powtarzanego założenia, że wszelkie
podziały mają nam w czymś pomóc, bo inaczej nie mają sensu. Wydaje mi się,
że taki nieco "hybrydowy" podział bardziej ułatwi nam zapamiętanie
właściwości i chemizmu poszczególnych pierwiastków, niż ortodoksyjne
trzymanie się "oficjalnych" podziałów.
Natomiast
na stronie omawiającej w skrócie właściwości pierwiastków (tej z podaną
konfiguracją) zastosowano konsekwentny podział na 18 grup.

 


Charakterystyka grupy:

Metale, o dobrej kowalnoÅ›ci i ciÄ…gliwoÅ›ci  i temperaturze topnienia okoÅ‚o
1500°C. W temperaturze pokojowej wszystkie sÄ… ferromagnetykami. Nikiel traci wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci
ferromagnetyczne już w temperaturze 363°C (temperatura Curie). W szeregu napiÄ™ciowym
metali leżą przed wodorem, wypierają zatem wodór z kwasów. Jednak nie
roztwarzają się w stężonym kwasie azotowym(V), ulegając pasywacji (pokrywając
siÄ™ cienkÄ… warstewkÄ… tlenku, nie dopuszczajÄ…cÄ… do dalszej reakcji). W zwiÄ…zkach
występują zazwyczaj na +2 i +3 stopniach utlenienia. Jak wszystkie pierwiastki
grup przejściowych mają tendencję do tworzenia kompleksów.








do góry strony





 





 Fe
- żelazo   (liczba atomowa
26)

izotopy

średnia
masa atomowa  55,847


wartościowość
 +2 
+3
[konfiguracja
elektronowa]




Metal o bardzo silnych właściwościach paramagnetycznych (ferromagnetyk). Bardzo łatwo ulega korozji.
Jest pierwiastkiem o ponad 5% rozpowszechnieniu w przyrodzie. W przyrodzie wystÄ™puje głównie pod
postaciÄ… rud:  hematyt (Fe2O3), magnetyt (Fe3O4), piryt (FeS2)
i inne.
Otrzymywanie
żelaza z rud polega na zredukowaniu go za pomocą węgla (koksu). W praktyce
jest to dość złożony i skomplikowany technologicznie proces. W jego wyniku
otrzymuje się tzw. surówkę czyli stop żelaza i głównie węgla (około 4%)
oraz krzemu, manganu, fosforu i innych drobnych zanieczyszczeń. Surówkę
przerabia się na stal, usuwając nadmiar węgla (do wartości poniżej 1,7%) i
dodając uszlachetniających komponentów (chrom, nikiel, wolfram, mangan,
krzem). Uszlachetnianie ma na celu przede wszystkim zmniejszenie reaktywności
(odporność na korozjÄ™) i poprawienie wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci fizycznych surówki.
Od  skÅ‚adu i iloÅ›ci domieszek (zazwyczaj kilku-kilkunastu procent) zależą
właściwości otrzymanej stali.
Ze względu na to, że stal jest swoistym stałym roztworem, także obróbka
cieplna, zmieniając charakter oddziaływań i powiązań poszczególnych
elementów stali, wpływa w znaczący sposób na właściwości końcowego
produktu (np. hartowanie stali).
Chemicznie
czyste żelazo jest srebrzystym, dość miękkim, kowalnym i ciągliwym metalem.
WystÄ™puje w trzech odmianach alotropowych, jednak w temperaturze do 900°C wystÄ™puje
tylko odmiana α. W suchym powietrzu pokrywa siÄ™
cienka warstwą tlenku i nie ulega dalszemu utlenianiu. W roztworach elektrolitów
i wilgotnym powietrzu przechodzi w uwodnione tlenki, węglany, wodorotlenki
(rdza). Ze względu na niski potencjał normalny żelaza (-0,44 V) rozpoczęty proces
korozji biegnie dalej samorzutnie i wszelkie zabiegi mogÄ… jedynie go
spowolnić.
Z
tlenem tworzy żelazo tlenek FeO, trwaÅ‚y w wysokich temperaturach (powyżej 500°C),
w trakcie oziębiania przechodzący w Fe3O4 i Fe. Tlenek
żelaza (III) Fe2O3 występuje w dwóch odmianach -
otrzymany przez Å‚agodne utlenianie Fe3O4 (Fe2O3·FeO)
odmiana γ jest ferromagnetykiem, zaÅ›
otrzymana przez prażenie wodorotlenku lub soli żelaza(III) (azotanów lub
siarczanów) odmiana α nie ma wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci
ferromagnetycznych. W trakcie ogrzewania w temperaturze 400°C odmiana γ
przechodzi w α.
W
wysokich temperaturach tworzy żelazo z tlenem tlenek Fe3O4
(magnetyt, zendra - czarny nalot na silnie ogrzewanych powierzchniach przedmiotów
żelaznych). Tlenek ten powstaje również podczas działania na żelazo parą
wodnÄ… w wysokiej temperaturze (300 - 500°C) i w czasie spalania żelaza w
czystym tlenie.
Żelazo jest pierwiastkiem bardzo reaktywnym, reaguje z kwasami na zimno, łączy się też bezpośrednio z
większością niemetali. Występuje na +2 i +3 stopniu utlenienia. Związki żelaza(II) są reduktorami,
utleniając się do żółtych lub brunatnych związków żelaza(III). Wodorotlenki żelaza (tak na drugim jak
i trzecim stopniu utlenienia) sÄ… bardzo sÅ‚abo rozpuszczalne w wodzie,
wypadają z roztworów odpowiednich soli żelaza po zalkalizowaniu
wodorotlenkiem sodu lub potasu. Wodorotlenek Fe(OH)2 jest
bezbarwny, bardzo szybko przechodząc pod wpływem tlenu z powietrza w osad zielonkawy,
z czasem zamieniajÄ…cy siÄ™ w  brunatny osad Fe(OH)3.
Wodorotlenek
Fe(OH)3 wypada z roztworów soli Fe(III) po zalkalizowaniu
amoniakiem lub wodorotlenkiem albo węglanem litowców, w postaci brunatnego
osadu. W rzeczywistości nie jest to związek o wzorze Fe(OH)3 lecz
o zmiennym skÅ‚adzie xFe2O3·yH2O
Obydwa wodorotlenki rozpuszczają się w niewielkim stopniu w nadmiarze stężonego
Å‚ugu dajÄ…c niebieski  tetrahydroksożelazian(II) sodowy {Na2[Fe(OH)4]} 
lub bezbarwny oktahydroksożelazian(III) sodowy {Na5[Fe(OH)8]·5H2O}.
Siarka
z żelazem tworzy siarczek FeS, który pod działaniem kwasów przechodzi
w odpowiednia sól i wydziela się siarkowodór H2S. Jest to sposób
otrzymywania siarkowodoru na skalę laboratoryjną. Siarczek żelaza(II)
powstaje przez działanie siarczkiem amonu (NH4)2S na
roztwór soli Fe(II) lub przez stapianie opiłków żelaza z siarką.
Piryt, minerał stosowany przy produkcji kwasu
siarkowego FeS2 jest zwiazkiem żelaza(II), zaś siarka jest
formalnie na -1 stopniu utlenienia. W wilgotnym powietrzu przebiega
egzoenergetyczna reakcja utleniania FeS2do FeSO4, mogÄ…ca
nawet doprowadzić do samozapłonu hałd węgla bogatego w FeS2.
Halogenki
żelaza(II) otrzymuje się rozpuszczając żelazo w odpowiednim kwasie:
Fe
+ 2HCl ——> FeCl2 + H2
Bezwodny
FeCl2 otrzymujemy przepuszczając gazowy HCl nad czystym żelazem.
Działając
chlorem na żelazo w podwyższonej temperaturze (200-300°C) otrzymujemy FeCl3.
Jest to substancja silnie higroskopijna, w roztworach wodnych silnie
hydrolizuje, dajÄ…c czerwonobrunatno zabarwione hydroksykationy Fe(OH)2+
a roztwór wykazuje charakter kwaśny. Dodając do roztworu kwasu solnego
cofamy hydrolizę i roztwór przybiera barwę żółtą.
Siarczan
żelaza(II) FeSO4 powstaje w trakcie roztwarzania żelaza
pierwiastkowego w rozcieÅ„czonym kwasie siarkowym. 
Siarczan żelaza(II) tworzy sole mieszane z siarczanami metali alkalicznych
np. sól Mohra (NH4)2SO4·FeSO4·5H2O
Siarczan
żelaza(III) Fe2(SO4)3 otrzymuje się
przez roztwarzanie Fe3O4 w stężonym kwasie siarkowym.
Siarczany żelaza(III) tworzÄ… sole mieszane z  siarczanami metali
alkalicznych - ałuny. Do
najbardziej znanych należą: aÅ‚un żelazowo-potasowy i żelazowo-amonowy: 
K2SO4·Fe2(SO4)3·24H2O, 
(NH4)2SO4·Fe2(SO4)3·24H2O
Azotany
żelaza powstają w czasie działania na metaliczne żelazo rozcieńczonym (Fe(II))
lub stężonym (Fe(III)) kwasem azotowym. Fe(NO3)2 jest
związkiem nietrwałym i powstaje tylko w przypadku gdy stężenie HNO3
nie przekracza 5%. Bardziej stężony kwas azotowy działa utleniająco dając
Fe(NO3)3.
Rodanek
żelazowy Fe(SCN)3  ze wzglÄ™du na swÄ… barwÄ™
(krwistoczerwony) stosowany jest do wykrywania i oznaczania metodÄ…
kolorymetryczną żelaza(III).
ZwiÄ…zki
żelaza o charakterze kompleksu to przede wszystkim kompleksy z jonami
cyjankowymi - jon heksacyjanożelazianowy(II) (żelazicyjanek potasu) i jon
heksacyjanożelazianowy(III) (żelazocyjanek potasu). Powstają po dodaniu do
odpowiedniej soli żelaza cyjanku potasu. Kompleks żelaza(II) ma stałą trwałości
wynoszącą 1037, co powoduje, że sól ta (K4[Fe(CN)6])
nie jest toksyczna. Nie daje także żadnej reakcji charakterystycznej dla jonów
Fe2+. 
Kompleks żelaza(III)  (K3[Fe(CN)6])  jest też
dość trwały, jednak stężenia jonów cyjankowych w jego roztworze nie można
lekceważyć. Nie daje on natomiast reakcji charakterystycznych dla Fe3+.
DodajÄ…c
do roztworu żelazicyjanku potasu soli żelaza Fe(III) lub do żelazocyjanku
potasu soli żelaza(II) otrzymujemy koloidalny roztwór ciemnogranatowego błękitu
pruskiego:
[Fe(CN)6]4-
+  Fe3+ + K+  ——> 
KFe(III)[Fe(II)(CN)6]
[Fe(CN)6]3-
+  Fe2+
+ K+  ——>  KFe(II)[Fe(III)(CN)6]
WprowadzajÄ…c
sól żelaza w nadmiarze otrzymujemy w pierwszym przypadku osad błękitu
pruskiego 
3[Fe(CN)6]4-
+  4Fe3+   
——>  Fe4(III)[Fe(II)(CN)6]3
a
w drugim osad błękitu Turnbulla
2[Fe(CN)6]3-
+  3Fe2+   
——>  Fe3(II)[Fe(III)(CN)6]2
W
omawianych wyżej kompleksach heksacyjanożelazianowych dość łatwo mozna
podstawić jedną z grup cyjanowych innym ligandem - np. NO, NO2,
NH3, H2O, CO itp. Najpopularniejszym kompleksem tego
typu jest, otrzymywany poprzez działanie kwasu azotowego na heksacyjanożelazian,
nitroprusydek: Na2[Fe(CN)5·NO]. Znajduje on
zastosowanie w chemii analitycznej jako odczynnik do wykrywania jonu
siarczkowego S2-, pod wpływem którego brunatny roztwór
nitroprusydku zmienia barwÄ™ na fioletowoczerwonÄ…, pochodzÄ…cÄ… od powstajÄ…cego
Na4[Fe(CN)5·NOS].
W organizmie człowieka żelazo jest niezbędne, jako istotny składnik hemoglobiny - białka
odpowiedzialnego za oddychanie komórkowe.




POWRÓT do
tablicy


do góry strony







 


 Co
- kobalt   (liczba atomowa
27)

 

średnia
masa atomowa  58,932


wartościowość
 +2  
+3
[konfiguracja
elektronowa]







Ma jeden trwały izotop (59Co), zaś jego izotop
β-promieniotwórczy 60Co (t1/2= 5,3 lat) znajduje ważne zastosowanie w technice i medycynie ("bomba
kobaltowa"). Jest srebrzystym metalem o właściwościach ferromagnetycznych, o stosunkowo niewielkim
rozpowszechnieniu (0,004%). Występuje najczęściej w towarzystwie rud żelaza
i miedzi. Jest bardziej szlachetny niż żelazo (nieco bardziej pasywny chemicznie), występuje
na +2 i +3 stopniu utlenienia, przy czym w tym drugim przypadku tworzy związki niezbyt trwałe.
Nie ulega roztwarzaniu w stężonym kwasie azotowym (zjawisko pasywacji). W
reakcji z kwasami redukuje jon wodorowy i tworzy sole  kobaltu(II). Wyższe
stopnie utlenienia spotyka się niezmiernie rzadko i tylko w postaci kompleksów.
Bardzo Å‚atwo
tworzy jony kompleksowe, tak kationy jak i aniony, o bardzo różnych barwach.
Sole kobaltu w roztworach maja barwę różową, pochodzącą od jonu [Co(H2O)6]2+,
co znalazło zastosowanie w
praktyce. Sole bezwodne kobaltu są najczęściej barwy niebieskiej. Tlenek
kobaltu stopiony z węglanem sodu i krzemionką daje szkliwo o
ciemnogranatowym zabarwieniu, służące do barwienia szkła (szkło
kobaltowe) i malowania porcelany.
Siarczek
kobaltu wytrąca się z roztworu jego soli pod wpływem siarkowodoru w postaci
czarnego osadu.. Siarczek ten rozpuszcza się w kwasach, jednakże pod
warunkiem chronienia go przed dostępem powietrza. Pod wpływem tlenu z
powietrza szybko przechodzi on w formę nierozpuszczalna w kwasach. Większość
pozostałych soli kobaltu jest w wodzie rozpuszczalna. Podobnie jak żelazo
kobalt tworzy także sole zÅ‚ożone - np. (NH4)2SO4·CoSO4·6H2O.
Z
roztworów soli kobaltu wodorotlenki litowców wytrącają osad Co(OH)2
barwy niebieskiej, po pewnym czasie przechodzącą w różową. Wodorotlenek
kobaltu utlenia siÄ™ tlenem z powietrza do Co(OH)3 (brunatny), zaÅ›
pod wpływem silnych utleniaczy (H2O2) daje czarny,
uwodniony tlenek.
Kobalt
stanowi składnik stali (około 30%) używanej do wyrobu stałych magnesów.



POWRÓT do
tablicy


do góry strony





 



 Ni
- nikiel   (liczba atomowa
28)

 



średnia
masa atomowa  58,71




wartościowość
 +2


[konfiguracja
elektronowa]







Miękki, kowalny srebrzysty metal (rozpowszechnienie 0,01%) o właściwościach
ferromagnetycznych, które traci w stosunkowo niskiej temperaturze (punkt
Curie 363°C). WÅ‚aÅ›ciwoÅ›ciami
przypomina kobalt. W zwiÄ…zkach wystÄ™puje najczęściej na +2 stopniu utlenienia. Tworzy także Å‚atwo,
podobnie jak kobalt, jony kompleksowe. 
Siarczek
niklu wytrąca się z roztworu jego soli pod wpływem siarkowodoru w postaci
czarnego osadu.. Siarczek ten rozpuszcza się w kwasach, jednakże pod
warunkiem chronienia go przed dostępem powietrza. Pod wpływem tlenu z
powietrza szybko przechodzi on w formę nierozpuszczalna w kwasach. Większość
pozostałych soli niklu jest w wodzie rozpuszczalna, tworząc zielone
roztwory. Bezwodne mają barwę żółtą lub brunatną. Podobnie jak żelazo
i kobalt, nikiel tworzy także sole zÅ‚ożone - np. (NH4)2SO4·NiSO4·6H2O.
Z
roztworów soli niklu wodorotlenki litowców wytrącają osad Ni(OH)2
barwy jasnozielonej, w odróżnieniu od wodorotlenku kobaltu nie zmieniającej
się pod wpływem powietrza. Dopiero pod wpływem silnych utleniaczy (H2O2)
powstaje, podobnie jak w przypadku kobaltu, czarny, uwodniony tlenek.
Nikiel
służy jako galwanicznie nakładane powłoki antykorozyjne, ze względu na
mniejszą niż żelazo aktywność chemiczną. Ponieważ jednak z żelazem
tworzy ogniwo w którym anodą jest żelazo, najmniejsze uszkodzenie tej powłoki
powoduje przyspieszenie korozji żelaza. Stosowany
jest czÄ™sto jako skÅ‚adnik stopów z wieloma innymi metalami . Jako
katalizator znany jest pod nazwÄ… niklu Raneya. Jest to porowata masa
otrzymana przez "wypłukanie" glinu z wcześniej otrzymanego stopu
glinu i niklu. Glin usuwa się przez trawienie stężonym NaOH. Katalizator
niklowy służy między innymi do uwodorniania nienasyconych węglowodorów.


POWRÓT do
tablicy


do góry strony

















do strony głównej