Железо, кобальт, никель (стр. 3 )

Образующиеся в результате этой реакции ферриты обладают ферромагнитными свойствами и находят широкое применение в радиоэлектронике.

Как и все амфотерные оксиды, Fe2O3 не взаимодействует с водой ни при каких условиях. Зато аналогично оксидам большинства металлов он восстанавливается до свободного металла при нагревании с такими восстановителями, как водород, угарный газ или углерод:

Последняя реакция применяется в металлургической промышленности для получения железа, вернее, его сплава с углеродом – чугуна, который используют либо в непосредственном виде, либо различными методами уменьшают содержание углерода с одновременным легированием – получают стали.

Смешанный оксид железа* Fe3O4 часто встречается в природе как минерал магнетит (магнитный железняк), который наряду с гематитом является основной рудой железа. Он образуется (в смеси с другими оксидами) при сгорании железных опилок на воздухе и составляет основную часть железной окалины.

Двойной оксид представляет собой черное вещество с ферромагнитными свойствами, за что и получил название магнетит. Химически он очень инертен: с кислотами или щелочами реакция не идет даже при сильном нагревании.

Зато представляет интерес его поведение при прокаливании на открытом воздухе: при относительно невысоких температурах порошкообразный магнетит постепенно окисляется до оксида трехвалентного железа, а при очень высоких температурах (выше 1700оС) он отщепляет кислород и переходит в FeO:

Если промежуточный оксид железа нагревать в присутствии восстановителей, то конечным продуктом реакции будет металлическое железо – это промышленный способ выплавки железа из его руд:

Гидроксид железа (II) выпадает в виде белого хлопьевидного осадка при добавлении разбавленных щелочей к растворам солей двухвалентного железа в инертной или восстановительной атмосфере:

При контакте с воздухом он моментально приобретает зеленую окраску, которая постепенно переходит в красно-бурый цвет, характерный для гидроксида трехвалентного железа. Изменение окраски объясняется тем, что кислород воздуха в присутствии влаги легко окисляет двухвалентное железо:

То есть гидроксиду железа (II) присущи сильные восстановительные свойства.

Помимо восстановительных свойств гидроксид железа (II) проявляет амфотерные свойства с существенным преобладанием основного характера: он легко растворяется в сильных кислотах, тогда как с щелочами реакция идет крайне медленно даже при использовании концентрированных растворов:

Как и все нерастворимые в воде основания, гидроксид железа (II) распадается при нагревании. Если разложение проводить в инертной атмосфере, образуется оксид железа (II), а в присутствии кислорода основным продуктом реакции является оксид трехвалентного железа:

Гидроксид железа (III) в виде кристаллического метагидроксида FeO(OH) встречается в природе в виде минерала гетит (бурый железняк). При действии щелочей или аммиака на растворы солей трехвалентного железа выпадает красно-бурый аморфный осадок с переменным содержанием воды Fe2O3∙nH2O, где показатель n может достигать довольно больших значений. Обычно осадку приписывают формулу ортогидроксида Fe(OH)3*:

При длительном хранении осадок «высыхает» – постепенно теряет избыточную влагу, но его химический состав остается прежним – Fe2O3∙nH2O. Настоящее разложение происходит только при повышенных температурах:

Гидроксид трехвалентного железа принадлежит к амфотерным соединениям, но, как и в случае с гидроксидом двухвалентного железа, его основные свойства преобладают над кислотными. Поэтому он легко взаимодействует с разбавленными растворами сильных кислот, тогда как с щелочами реакция идет тогда, когда применяются высококонцентрированные растворы:

Каких-либо заметных окислительных свойств гидроксид железа (III) не проявляет, зато при определенных условиях выступает как восстановитель. В щелочной среде он подвергается воздействию со стороны сильных окислителей и переходит в соединения шестивалентного железа:

Соли железа (II). Катион двухвалентного железа способен к образованию солей практически со всеми кислотными остатками, поэтому солей железа (II) известно довольно большое количество. Хорошо растворимы в воде, прежде всего, соли от сильных кислот, тогда как большинство солей, производных от слабых кислот, в воде растворяются очень плохо.

Водные растворы, а также кристаллогидраты солей железа (II) окрашены в бледно-зеленый цвет, который обусловлен гидратированным ионом Fe2+. Нерастворимые соли двухвалентного железа, как правило, бесцветны. Исключение составляет, например, сульфид FeS черного цвета.

Растворимые соли двухвалентного железа удобнее всего получать растворением металла или его оксида FeO в соответствующей разбавленной кислоте:

тогда как нерастворимые – реакцией ионного обмена:

Поскольку железу (II) соответствует слабое основание, его соли от сильных кислот подвергаются гидролизу по катиону, и в растворе возникает кислая среда.

Но, пожалуй, самым важным свойством солей железа (II) является их сильная восстановительная способность. Подавляющее большинство окислителей переводит двухвалентное железо до трехвалентного состояния:

Под действием кислорода воздуха и в присутствии влаги окисление медленно протекает уже при обычных условиях, что можно заметить по появлению коричнево-бурого цвета, присущего соединениям, содержащих одновременно катион Fe3+ и гидроксильные группы:

Практически все кислородсодержащие соли двухвалентного железа разлагаются при нагревании, при этом нередко железо окисляется до трехвалентного состояния, что вновь свидетельствует о сильных восстановительных свойствах железа (II):

Соли двухвалентного железа склонны к образованию двойных или комплексных соединений с солями щелочных металлов, а также аммония. Среди двойных солей наиболее известна соль Мора – гексагидрат двойного сульфата аммония и двухвалентного железа (NH4)2SO4∙FeSO4∙6H2O, которая не выветривается при хранении на открытом воздухе и является, пожалуй, самой устойчивой среди растворимых солей двухвалентного железа. Нередко для простоты соль Мора обозначают формулой FeSO4, что вполне справедливо: в большинстве реакций сульфат аммония и кристаллизационная вода, входящие в состав двойного соединения, не принимают никакого участия.

Способность к образованию комплексных соединений особенно сильно проявляется у солей двухвалентного железа, производных от слабых кислот:

Иногда подобные комплексные соли значительно более устойчивы, чем лежащие в их основе обычные соединения двухвалентного железа. Например, цианид железа (II) неизвестен в чистом состоянии; при смешивании растворов, содержащих ионы Fe2+ и CN–, сразу образуются комплексные соли – гексацианоферраты(II) состава Me4[Fe(CN)6], где Me – одновалентный металл. Важнейшее из цианоферратов(II) калиевое соединение – желтая кровяная соль K4[Fe(CN)6] – находит широкое применение в аналитической химии.