Железо, кобальт, никель (стр. 4 )

Некоторые соли двухвалентного железа способны поглощать оксид азота (II). Это свойство используется в некоторых случаях для качественного определения NO. Если через раствор сульфата или хлорида железа (II) пропустить поток воздуха, содержащий оксид двухвалентного азота, раствор приобретает характерную темно-бурую окраску, что связано с образованием мало устойчивого комплексного соединения:

Для качественного определения самого двухвалентного железа применяют гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль) K3[Fe(CN)6], при взаимодействии которой с катионами Fe2+ выпадает осадок, окрашенный в интенсивно-синий цвет, – турнбулева синь:

Соли железа (III). Трехвалентное железо образует гораздо меньше солей, чем двухвалентное. Сказывается более слабый основный характер соответствующего основания Fe(OH)3, а также наличие у железа (III) слабых окислительных свойств. Например, не существует таких солей, как карбонат и иодид железа (III). Если к раствору соли трехвалентного железа добавить карбонат щелочного металла, происходит выпадение осадка гидроксида и выделение углекислого газа:

Это объясняется полным совместным гидролизом по катиону и аниону. В случае добавления иодида к раствору соли железа (III) происходит окислительно-восстановительное взаимодействие, в котором катион Fe3+ ведет себя как окислитель:

Подобная окислительно-восстановительная реакция происходит при смешивании растворов солей трехвалентного железа и сульфита или сульфида щелочного металла:

Растворимость солей железа (III) практически полностью совпадает с растворимостью солей двухвалентного железа: соли от сильных кислот в большинстве хорошо растворимы, тогда как почти все соли от слабых кислот трудно растворимы.

Из-за сильного гидролиза растворы солей трехвалентного железа, не содержащие избытка кислоты, всегда окрашены в цвета от желтовато-бурого до темно-коричневого. Эта окраска не является цветом катиона Fe3+, а определяется присутствующими в растворе коллоидными частицами гидроксида железа (III), образовавшегося в результате гидролиза. Если подавить гидролитическое разложение добавлением кислоты, то обычно образуются комплексные соединения, что заметно по изменению цвета раствора. Так, растворы фторида FeF3 при добавлении избыточного количества соляной кислоты окрашиваются в розовый цвет, растворы хлорида FeCl3 – в желтый. Но в большинстве случаев растворы солей трехвалентного железа, содержащие избыток кислоты, бесцветны.

Растворимые соли трехвалентного железа чаще всего получают либо окислением соответствующих солей железа (II), либо растворением оксида или гидроксида железа (III) в соответствующей кислоте:

Для получения нерастворимых солей железа (III) прибегают к ионообменному взаимодействию:

Ранее уже отмечалось, что трехвалентное железо проявляет слабые окислительные свойства. Поэтому добавление к растворам его солей сильных восстановителей приводит к образованию соединений двухвалентного железа:

В определенных условиях трехвалентное железо может выступать в роли восстановителя: например, в сильнощелочной среде оно окисляется хлором или озоном:

У трехвалентного железа очень сильно проявляется склонность к образованию двойных или комплексных соединений с различными анионами:

Одно из комплексных соединений трехвалентного железа – гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль) K3[Fe(CN)6] – широко применяется в аналитической химии, в частности, для обнаружения в растворе катионов двухвалентного железа.

Примером образования двойных солей может послужить тот факт, что сульфат трехвалентного железа совместно с сульфатами щелочных металлов или аммония кристаллизуется в виде квасцов – двойных сульфатов состава MeFe(SO4)2∙12H2O, где Me – одновалентный металл или аммоний.

Аналитическое определение катиона Fe3+ основано на его взаимодействии с роданидами или с желтой кровяной солью. При добавлении роданидов щелочных металлов к раствору соли трехвалентного железа жидкость окрашивается в кроваво-красный цвет вследствие образования роданида железа:

Это очень чувствительная реакция, она позволяет обнаружить даже ничтожно малые количества железа (III). С желтой кровяной солью (гексацианоферратом(II) калия) K4[Fe(CN)6] трехвалентное железо образует осадок, окрашенный в интенсивно-синий цвет, – берлинскую лазурь:

Ферриты. Трехвалентное железо образует оксид и гидроксид, которые обладают амфотерными свойствами и, следовательно, могут соединяться с щелочами или оксидами активных металлов с образованием соединений, где железо играет кислотной составляющей, – ферритов:

Как видно из приведенных уравнений реакций, ферриты бывают двух типов: безводные соли и комплексные соединения.

Все ферриты являются малоустойчивыми соединениями и могут существовать только в кристаллическом состоянии или в виде сильнощелочного раствора. В нейтральных или слабощелочных растворах они претерпевают полный гидролиз и распадаются с выделением осадка гидроксида железа (III):

Сильные кислоты также разрушают ферриты:

Кроме того, при относительно небольшом нагревании комплексные ферриты теряют воду и переходят в безводные соли:

Ферраты. Как уже отмечалось ранее, под действием сильных окислителей в сильнощелочной среде соединения трехвалентного железа превращаются в вещества, в состав которых входит шестивалентное железо, – ферраты:

Ферраты щелочных металлов хорошо растворимы в воде и окрашены в темно-красный цвет. Путем обменных реакций из них можно получить ферраты остальных металлов, большинство из которых нерастворимо в воде:

Соответствующие ферратам кислота и оксид, которые имели бы состав H2FeO4 и FeO3, не выделены в чистом виде. Поэтому можно смело утверждать, что для шестивалентного железа известны только соли с общей формулой Me2FeO4 (Me – одновалентный металл), в которых железо играет роль кислотообразующего элемента.

Ферраты являются очень сильными окислителями, превосходя в этом плане перманганаты: например, ферраты уже при комнатной температуре окисляют соли аммония до газообразного азота, тогда как перманганаты могут это сделать только при сильном нагревании.

С другой стороны, ферраты – малоустойчивые соединения. В водном растворе они стабильны только в сильнощелочной среде, при разбавлении раствора или при добавлении кислоты происходит отщепление кислорода с одновременным восстановлением железа до трехвалентного состояния:

Если добавить окисляющуюся кислоту, то вместо выделения кислорода будет происходить окисление самой кислоты:

Соединения кобальта и никеля

В химическом отношении кобальт и никель очень похожи друг на друга, например:

*) в ряду металлов они располагаются в непосредственной близости друг от друга;

*) в большинстве соединений некомплексной природы они, как правило, проявляют валентность II, но иногда бывают трех - или четырехвалентными;

*) соединения трехвалентного кобальта и никеля проявляют сильные окислительные свойства;

*) и кобальт, и никель характеризуются большой склонностью к образованию комплексных соединений не только с отрицательными ионами, но с молекулами (водой, аммиаком и т. д.);

*) и наконец, даже их средние атомные массы имеют приблизительно одинаковые значения.

Наиболее существенным отличием между кобальтом и никелем является их валентное состояние в комплексных соединениях: когда оба металла выступают в качестве комплексообразователя, кобальт преимущественно трехвалентен, тогда как никель почти всегда двухвалентен. Поэтому в данном разделе аналогичные соединения кобальта и никеля будут рассмотрены совместно.