Die Elemente der achten (Eisen, Ruthenium, Osmium, Gassium), neunten (Kobalt, Rhodium, Iridium, Meitnerium) und zehnten (Nickel, Palladium, Platin, Darmstadtium) Gruppen werden historisch im Zusammenhang mit ihrer Vereinigung zu einem einzigen Achtel zusammen betrachtet Gruppe der kurzperiodischen Version des Periodensystems . Die in seiner Zusammensetzung enthaltenen Elemente der fünften und sechsten Periode (Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium, Palladium, Platin) sind edel und werden oft zusammen in Form von Legierungen gefunden, in denen Platin vorherrscht, sodass sie normalerweise zu einer Familie von kombiniert werden Platinmetalle (Platinoide). Ebenso werden Eisen, Kobalt und Nickel manchmal als separate Triade (Eisentriade) behandelt. Bei einer gewissen bedingungslosen Ähnlichkeit von Platinmetallen unterscheidet sich die Chemie von Elementen, die in verschiedenen Gruppen enthalten sind, beispielsweise Osmium, Rhodium und Palladium, erheblich, aber gleichzeitig gibt es eine bemerkenswerte Ähnlichkeit zwischen ähnlichen Verbindungen von Elementen innerhalb der Gruppe, z B. Kobalt(III)-Ammoniate, Rhodium(III) und Iridium(III). Daher werden im Lehrbuch die chemischen Eigenschaften sauerstoffhaltiger und komplexer Verbindungen nach Gruppen beschrieben. Elemente der siebten Periode Gassium, Meitnerium und Darmstadtium sind radioaktiv mit kurzer Halbwertszeit und werden nur in einer Menge von mehreren zehn Atomen erhalten.

Eisen ist eines der sieben Metalle der Antike, das heißt, der Menschheit aus den frühesten Zeiten der Gesellschaftsgeschichte bekannt. Obwohl die Ägypter und Phönizier bereits die Fähigkeit von Kobaltverbindungen kannten, Gläsern eine leuchtend blaue Farbe zu verleihen, wurde das Element selbst in Form einer einfachen Substanz erst 1735 von dem deutschen Chemiker G. Brandt und einige Jahre später von den Schweden erhalten Metallurg A.F. Cronstedt isolierte Nickel aus Kupfererz. Platin gilt traditionell als das Metall der Indianer Ecuadors, da es von ihnen vor der Ankunft der Konquistadoren zur Herstellung von Schmuck und rituellen Masken verwendet wurde. Das unschmelzbare Metall, äußerlich dem Silber ähnlich, erhielt von den Spaniern den Namen Platin, eine Verkleinerung des Wortes „Silber“. Lange fand das Metall aufgrund seiner hohen Härte und Feuerfestigkeit keine Verwendung. Erstmals gelang es dem englischen Chemiker W. Wollaston 1805, formbares Platin zu erhalten, der den Prozess des Warmschmiedens verbesserte. Ihm wird die Entdeckung von Palladium (benannt nach dem 1802 entdeckten Asteroiden Pallas) und Rhodium, benannt nach der rosaroten Farbe der Salze, zugeschrieben. Iridium (aus dem lateinischen Iris - Regenbogen, nach Verbindungen, die eine helle Farbe in verschiedenen Farben haben) und Osmium (aus dem Griechischen οσμη - Geruch, nach dem scharfen unangenehmen Geruch von flüchtigem Tetroxid) wurden bald aus dem nach der Verarbeitung verbleibenden Pulver isoliert Rohplatin mit Königswasser. 1844 isolierte Klaus, Professor für Chemie an der Kasaner Universität, Ruthenium, das er nach Russland benannte, aus dem Uralerz, das ihm zur Analyse geschickt wurde.

Die superschweren Platinmetalle sind das radioaktive Gassium, Meitnerium und Darmstadtium. Diese Elemente wurden in den 1980er bis 1990er Jahren erhalten. am superstarken Kernbeschleuniger in Darmstadt (Deutschland) über Reaktionen

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 wurde nach dem Land Hessen benannt, in dem sich die Stadt Darmstadt befindet, Meitnerium - zu Ehren der australischen Wissenschaftlerin Lise Meitner, die die Reaktionen der Spaltung von Urankernen untersuchte, und Darmshadtium zu Ehren von Darmstadt. Der Name des letzten Elements wurde 2003 von der IUPAC-Kommission genehmigt.

Die Elemente der achten Gruppe haben im Grundzustand eine gemeinsame elektronische Konfiguration (n – 1)d 6 ns 2 wird in Ruthenium durch "Elektronenschlupf" gebrochen. Ähnliche Phänomene treten beim Rhodiumatom auf, das Teil der neunten Gruppe ist, mit einer gemeinsamen Elektronenkonfiguration (n – 1)d 7 ns 2 . Zu den Elementen der zehnten Gruppe gehört die Konfiguration (n – 1)d 8 ns 2 wird nur im Nickelatom beobachtet: Bei Platin im Grundzustand tritt ein "Durchbruch" eines Elektrons auf, und bei Palladium - zwei, was zur vollständigen Vervollständigung der d-Schale führt (Tabelle 6.1).

Tabelle 6.1.

Einige Eigenschaften von Elementen der achten - zehnten Gruppe.

Gruppe	achte	neunte	Zehntel
Kernladung	26Fe	44Ru	76 Os	27Co	45 Rhe	77 Ir	28Ni	46 Pd	78 Punkt
Anzahl natürlicher Isotope
Elektronische Konfiguration	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
Metallradius, nm	0.126	0.134	0.135	0.125	0.134	0.136	0.124	0.137	0.139
Ionisierungsenergie, kJ/mol,	Ich 1 Ich 2 Ich 3 Ich 4 Ich 5		(4500) (6100)	(1600) (2400) (3900) (5200)		(4400) (6500)	(1680) (2600) (3800) (5500)		(4700) (6300)	(2800) (3900) (5300)
Ionenradius, 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
Elektronegativität nach Pauling	1.83	2.2	2.2	1.88	2.28	2.20	1.91	2.20	2.28
Elektronegativität nach Allred-Rochow	1.64	1.42	1.52	1.70	1.45	1.55	1.75	1.35	1.44
Oxidationszustände	(–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)

* im Low-Spin-Zustand

Die Änderungsmuster der Eigenschaften der Elemente der Gruppen 8–10 beim Bewegen entlang einer Periode und über eine Gruppe gehorchen den allgemeinen Gesetzen, die in Kapitel 1 diskutiert wurden. Die ersten Ionisationsenergien in der achten und neunten Gruppe nehmen ab, wenn vom 3d-Metall zum 4d übergegangen wird (Tab. 6.1.), was auf eine Vergrößerung des Atomradius und die Entfernung von Valenzelektronen aus dem Kern zurückzuführen ist. Der weitere Anstieg von E 1 beim Übergang zu den d-Metallen der sechsten Periode erklärt sich durch die mit dem Auffüllen der 4f-Unterebene verbundenen Abschirmeffekte. Das allgemeine Muster gilt nicht für die Elemente der zehnten Gruppe aufgrund der signifikanten Stabilisierung der d-Orbitale des Nickelatoms, verursacht durch einen doppelten "Durchbruch" von Elektronen.

Metalle der Eisentriade haben wie andere Elemente der 3d-Reihe mit einem kleinen Atomradius und relativ kleinen d-Orbitalen mit einem unbedeutenden Überlappungsgrad eine viel höhere chemische Aktivität als Platinmetalle. Im Gegensatz zu ihnen verdrängen Eisen, Kobalt und Nickel Wasserstoff aus sauren Lösungen und oxidieren an der Luft. Sie sind nicht durch Clusterverbindungen gekennzeichnet, die sich, wenn sie gebildet werden, an der Luft und in wässriger Lösung oft als instabil erweisen. Im Allgemeinen können Platinmetalle aufgrund des relativ geringen (im Vergleich zu den d-Elementen am Beginn der Übergangsreihen) Atomradius und des hohen Überlappungsgrades der d-Orbitale als die am wenigsten chemisch aktiven Metalle angesehen werden. Von diesen kann nur Osmium direkt mit Sauerstoff wechselwirken, und nur Palladium reagiert mit konzentrierter Salpetersäure. Im Allgemeinen sind Platinmetalle durch Komplexverbindungen gekennzeichnet, darunter Komplexe mit π-Akzeptor-Liganden (Kohlenmonoxid, Alkene, Alkadiene), Hydride, die oft auch in wässriger Lösung stabil sind, und Cluster. Wie andere schwere Übergangsmetalle weisen Platinoide hohe Oxidationsstufen von bis zu +8 (OsO 4) auf. Die Stabilität höherer Oxidationsstufen nimmt nach unten in den Gruppen zu (Fußnote: Für einen Überblick über die Chemie von Platinmetallen in Oxidationsstufen von +4 bis +8, siehe D. J. Gulliver, W. Levason, Coord. Chem. Rev., 1982, 46 , 1).

Wenn Sie sich entlang der Periode bewegen, wenn die Anzahl der Valenzelektronen und ihre Paarung zunimmt, stabilisiert sich die d-Unterebene und die Stabilität höherer Oxidationsstufen nimmt ab. So kann Eisen in wässriger Lösung zu Ferrat FeO 4 2– oxidiert werden, das ein Metallatom in der Oxidationsstufe +6 enthält, Kobalt und Nickel nehmen unter diesen Bedingungen die Oxidationsstufe +3 an. Die höchsten Oxidationsstufen sind am stabilsten für die Elemente der achten Gruppe - Eisen (+6), Ruthenium (+8) und Osmium (+8) (Fußnote: Es gibt Informationen zur Gewinnung von Eisenverbindungen in der Oxidationsstufe +8: Siehe Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Doklady AN SSSR, 1987, v. 292, no. 3, p. 628). Diese Metalle zeigen die niedrigsten Oxidationsstufen bei Verbindungen mit π-Akzeptor-Liganden, beispielsweise in Carbonylen: K 2 , K. Der Wert der stabilsten Oxidationsstufe nimmt mit der Periode monoton ab: Für Eisen ist die Oxidationsstufe + 3, Cobalt liegt in wässrigen Lösungen überwiegend in der Oxidationsstufe +2 vor, in +3-Komplexen Nickel ausschließlich in der Oxidationsstufe +2. Dies steht im Einklang mit dem Anstieg der dritten Ionisationsenergien in der Reihe Fe - Co - Ni (Tabelle 6.1.). Ni 2+ -Ionen sind bei jedem pH-Wert resistent gegen Luftsauerstoffoxidation, Cobalt(II)-Salze sind in sauren und neutralen Medien stabil und werden in Gegenwart von OH-Ionen oxidiert, Eisen(II) wird unter der Einwirkung von Sauerstoff (E 0 (O 2 /H 2 O) = 1,229 B, pH = 0 und 0,401 B, pH = 14) bei jedem pH. Auch die Reduktionsaktivität der Metalle der Triade nimmt entlang der 3d-Reihe ab (Tab. 6.2.).

Tabelle 6.2. Standardelektrodenpotentiale M(III)/M(II) und M(III)/M(0) für Eisentriadenelemente

Die Änderung der in wässrigen Lösungen stabilen Oxidationsstufen lässt sich als Diagramm darstellen:

Beispiele für Verbindungen von Elementen mit 8 - 10 Gruppen mit unterschiedlichen Oxidationsgraden sind in der Tabelle angegeben. 6.3. Für Ionen mit den elektronischen Konfigurationen d 3 (Ru +5), d 5 (Fe +3,) und d 6 (Fe +2, Co +3, Rh +3, Ir +3) sind oktaedrische Komplexe charakteristisch, für Konfigurationen d 4 (Ru +4, Os +4) und d 7 (Co +2) sind tetragonal verzerrte Oktaeder, die aufgrund des Jahn-Teller-Effekts entstehen, für d 8 - Oktaeder (Ni +2 mit schwachen und mittleren Feldliganden) - oder quadratisch planar ( Pd +2 , Pt +2 , und auch Ni +2 mit starken Feldliganden). Moleküle und Ionen mit tetraedrischer Geometrie entstehen, wenn Metallionen mit Volumenliganden (PR3, Cl–, Br–, I–) wechselwirken oder wenn das d-Unterniveau vollständig gefüllt ist (d10, Pd0, Rh–1, Ru–2).

Eine sukzessive Abnahme der Atom- und Ionenradien entlang der Periode führt zu einer allmählichen Abnahme der maximalen Koordinationszahlen von 10 für Eisen (in Ferrocen) auf 8 für Cobalt (in 2–) und 7 für Nickel (in Komplexen mit Makrocyclen). Liganden). Schwere Analoga von Eisen - Ruthenium und Osmium - erhöhen die Koordinationszahl auch selten um mehr als sechs. Für Platin(II) und Palladium(II), die die elektronische Konfiguration d 8 haben, sind quadratisch-planare Komplexe mit einer Koordinationszahl von 4 am charakteristischsten.

Eine weitere Folge einer Abnahme der Ionenradien ist eine gewisse Abnahme der Werte des Löslichkeitsprodukts von Hydroxiden M(OH) 2 und folglich ihrer Basizitätskonstanten bei der Bewegung entlang der 3d-Reihe:

Mn(OH) 2 Fe(OH) 2 Co(OH) 2 Ni(OH) 2

PR, 20 °C 1,9×10 –13 7,1×10 –16 2,0×10 –16 6,3×10 –18

In die gleiche Richtung steigt auch der Hydrolysegrad von Salzen mit gleichnamigen Anionen. Dies führt dazu, dass, wenn Mangan(II)- und Eisen(II)-Salze einer Lösung von durchschnittlichem Natriumcarbonat ausgesetzt werden, durchschnittliche Carbonate ausfallen und Kobalt- und Nickelionen unter diesen Bedingungen basische Salze ergeben. Eine Zunahme der Pearson-Weichheit von 3d-Metallkationen, wenn sie sich entlang der Periode bewegen, wenn das d-Unterniveau gefüllt wird, und die Ionenradien abnehmen, verursacht die Stärkung der M-S-Bindung im Vergleich zu M-O. Dies verdeutlicht die monotone Änderung der Löslichkeitsprodukte von Sulfiden:

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

So kommen Mangan und Eisen in der Natur hauptsächlich in Form von Sauerstoffverbindungen vor, gefolgt von Eisen, Kobalt, Nickel und Kupfer in polysulfidischen Erzen.

Tabelle 6.3. Oxidationsstufen, elektronische Konfigurationen, Koordinationszahlen (C.N.) und Geometrie von Molekülen und Ionen

Elektronische Konfiguration	K.Ch.	Geometrie	Achte Gruppe	Neunte Gruppe	Zehnte Gruppe
Oxidationszustand	Beispiele	Oxidationszustand	Beispiele	Oxidationszustand	Beispiele
d 10		Tetraeder	–2	2– , M = Fe, Ru, Os	–1	– , M = Co, Rh		Ni(CO) 4 , M(PF 3 ) 4 , M = Pd, Pt
d9		trigonale Bipyramide	–1	2–		–	+1	–
–	Co 2 (CO) 8, M 4 (CO) 12, M = Rh, Ir	–
	Oktaeder
d8		Oktaeder		–	+1	–	+2	2+ , 3+
	trigonale Bipyramide		,	3–
–	–	2–
	Tetraeder
–	RhCl(PPh3) 2	2–. 2– , M = Pd, Pt
	Quadrat
d7		Oktaeder	+1	+	+2	2+, Rh 2 (CH 3 COO) 4 (H 2 O) 2	+3	3– , M = Ni, Pd
	Tetraeder		–	2–	–
d6		Tetraeder	+2	2–	+3	5–	+4	2– , 2– , M = Pd, Pt
	Oktaeder	2+ , 4–	3+	–
d5		Tetraeder	+3	–	+4	–	+5	–
	Oktaeder	3+ , 3–	2– , 2– , M = Co, Rh	–
d4		Tetraeder	+4		+5	–	+6	PTF6
	Oktaeder	2– , M = Ru, Os	– , M = Rh, Ir	–
d3		Tetraeder	+5	3– , – , M = Ru, Os	+6	MF 6 , M = Rh, Ir
d2		Tetraeder	+6	2– , 2– ,		–
d1		Tetraeder	+7	– , M = Ru, Os		–
	Oktaeder	OSOF 5	–
	fünfeckige Bipyramide	OSF7	–
d0		Tetraeder	+8	MO 4 , M = Ru, Os		–

ZUSATZ. Biochemie des Eisens.

Obwohl der Körper eines Erwachsenen nur etwa 4 g Eisen enthält, spielt es eine wichtige Rolle bei den Prozessen der Sauerstoffübertragung zu Geweben und Zellen, der Entfernung von Kohlendioxid und der oxidativen Phosphorylierung. Drei Viertel der Eisenatome im Körper liegen in Form von Hämoglobin vor, das aus einem Porphyrinkomplex aus Eisen namens Häm und dem Protein Globin besteht. Hämoglobin sorgt für den Sauerstofftransport zu den Geweben des Körpers, und das verwandte Protein Myoglobin, das eine einfachere Struktur hat und im Gegensatz zu Hämoglobin keine quartäre Struktur hat, bestimmt die Fähigkeit von Geweben, Sauerstoff zu speichern. Hämoglobin kommt in roten Blutkörperchen und Myoglobin im Muskelgewebe vor. Beide Verbindungen haben aufgrund des Vorhandenseins eines Eisenatoms in der Oxidationsstufe +2 eine rote Farbe, und die Oxidation von Eisen führt zum Verlust ihrer biologischen Aktivität! In der Proteinstruktur befindet sich Häm in der Lücke zwischen zwei Helices, die von der Polypeptidkette gebildet werden. Der Porphyrinkomplex sorgt für die quadratisch-planare Koordination des Eisenatoms durch die vier Stickstoffatome des Porphyrinzyklus. Das Stickstoffatom des Imidazolrings der Histidin-Aminosäure, die zur nächsten Polypeptidkette gehört, ergänzt die Koordinationszahl von Eisen auf fünf. Somit bleibt in der nicht-sauerstoffhaltigen Form des Hämoglobins die sechste Position in der Koordinationssphäre des Eisenatoms unbesetzt. Hier kommt das Sauerstoffmolekül ins Spiel. Bei Zugabe von Sauerstoff verlässt das Eisenatom die Ebene des Porphyrinzyklus um 0,02 nm im Vergleich zur Desoxyform. Dies führt zu Konformationsänderungen in der Anordnung von Polypeptidketten. In diesem Fall wird der Komplex aufgrund des Übergangs des Eisenatoms in einen Low-Spin-Zustand diamagnetisch:

Arterielles Blut enthält überwiegend Oxyhämoglobin, und wenn die darin enthaltenen Sauerstoffmoleküle in Myoglobin übergehen, wird die Farbe des Blutes dunkler - dies zeigt die Rückkehr von Häm in seine vorherige Desoxyform an. Hämoglobin transportiert nicht nur Sauerstoff von der Lunge zu den peripheren Geweben, sondern beschleunigt auch den Transport von Kohlendioxid vom Gewebe zur Lunge. Unmittelbar nach der Sauerstoffabgabe bindet es ca. 15 % des im Blut gelösten CO 2 .

Das CO-Molekül ist in der Lage, mit Häm einen stärkeren Komplex zu bilden als das Sauerstoffmolekül, wodurch dessen Transport von der Lunge zu den Geweben verhindert wird. Deshalb führt das Einatmen von Kohlenmonoxid zum Tod durch Sauerstoffmangel. Auch das Cyanid-Ion spielt eine ähnliche Rolle, obwohl seine Toxizität hauptsächlich auf Wechselwirkungen mit anderen eisenhaltigen Hämoproteinen - Cytochromen - zurückzuführen ist. Cytochrome sind an der oxidativen Phosphorylierung beteiligt – der Oxidation von Pyruvat in Mitochondrien, das bei der primären Oxidation von Kohlenhydraten gebildet wird. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form hochenergetischer Bindungen des ATP-Moleküls gespeichert. In einer komplexen Kette oxidativer Phosphorylierung sind die Cytochrome a, b und c Elektronenüberträger von einem Enzym zum anderen und schließlich zum Sauerstoff. Dabei ändert das Eisenatom ständig seine Oxidationsstufe.

Am besten untersucht ist Cytochrom P 450, ein Häm, das sich vom Häm im Hämoglobin durch eine Reihe von Substituenten unterscheidet und Eisen +3 enthält, koordiniert von einem Wassermolekül und einem Schwefelatom, das zur Aminosäure Cystein gehört (Abb. 6.1 Modell des aktiven Zentrums von Cytochrom P 450, umgeben vom Proteinteil des Moleküls). Seine Aufgabe ist es, körperfremde lipophile Verbindungen zu hydroxylieren, die als Nebenprodukte entstehen oder von außen in den Körper gelangen:

R–H + O 2 + 2e – + 2H + ¾® ROH + H 2 O

In der ersten Stufe (Abb. 6.2. Katalysezyklus von Cytochrom P 450). Cytochrom bindet ein Substratmolekül an, das dann (Schritt 2) einer Reduktion durch ein anderes Enzym unterzogen wird. Die dritte Stufe ist die Zugabe von Sauerstoff, ähnlich wie oben für Hämoglobin beschrieben. Im resultierenden Low-Spin-Eisenkomplex wird das koordinierte O2-Molekül zu einem Peroxidion reduziert (Stufe 4), was durch intramolekularen Elektronentransfer zu einem Oxoferryl-Komplex führt, der Eisen in der Oxidationsstufe +5 enthält (Stufe 5 ). Bei der Wiederherstellung wird das oxidierte Substrat abgetrennt und das Cytochrom geht in seinen ursprünglichen Zustand über (Stufe 6).

Häm bildet auch die Basis von Katalasen und Peroxidasen, Enzymen, die Oxidationsreaktionen mit Wasserstoffperoxid katalysieren. Ein Katalase-Molekül pro Sekunde kann 44.000 H 2 O 2 -Moleküle zersetzen.

An der oxidativen Phosphorylierung sind neben Cytochromen Ferredoxine beteiligt - Eisen-Schwefel-Proteine, deren aktives Zentrum ein Cluster ist, der ein Eisenatom, Sulfidbrücken und Cystein-Aminosäurereste enthält (Abb. 6.3. Die Struktur von bakteriellem Ferredoxin ( a), das aktive Zentrum von Ferredoxin (b)). In Bakterien vorkommende Ferredoxine, die jeweils acht Eisen- und Schwefelatome enthalten, spielen eine Schlüsselrolle bei den Prozessen der atmosphärischen Stickstofffixierung. Im Molekül des bakteriellen Ferredoxins wurden zwei identische Gruppen von Fe 4 S 4 gefunden, die die Form eines Würfels hatten und sich in einem Abstand von 1,2 nm voneinander befanden. Diese beiden Cluster befinden sich in einem Hohlraum, der aus miteinander verbundenen Aminosäureketten besteht. Die Zusammensetzung der Nitrogenase (siehe S. 169, Band 2) umfasst auch Proteine ​​​​mit einem Molekulargewicht von etwa 220.000, die zwei Molybdänatome und bis zu 32 Eisenatome enthalten. (R. Murray, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell, Human Biochemistry, M., Mir, 1993).

ENDE DER ERGÄNZUNG

6.2. Verbreitung in der Natur, Herstellung und Verwendung einfacher Stoffe aus 8-10 Gruppen.

In Bezug auf die Verbreitung in der Natur unter den Elementen der Gruppen 8-10 ist der unbestrittene Anführer Eisen, genauer gesagt sein Isotop 56 Fe, dessen Kerne die höchste Bindungsenergie von Protonen und Neutronen aufweisen und daher sehr stabil sind .

Tatsächlich übersteigt die Anzahl der Eisenatome im Universum die Anzahl der Atome aller benachbarten Elemente im Periodensystem erheblich und liegt in der Nähe von Wasserstoff und Helium. Auf der Sonne wird beispielsweise der Wasserstoffgehalt auf 1 × 10 12 konventionelle Einheiten, Helium auf 6,31 × 10 10 und Eisen auf 3,16 × 10 17 geschätzt. Dies liegt daran, dass der Kern des Nuklids 56 Fe zur Anzahl der Magie gehört, dh vollständig gefüllte Kernhüllen hat. Mit zunehmender Zahl der Nukleonen im Kern steigt die Bindungsenergie pro Nukleon zunächst schnell an, erreicht gerade am Eisenkern ein Maximum und nimmt dann allmählich ab (Abb. 6.4. Bindungsenergie pro Nukleon als Funktion der Ordnungszahl des Eisenkerns). Element) (R. J. Theiler, Origin Chemical Elements, M., Mir, 1975).

Nach dem Gehalt in der Erdkruste steht Eisen an vierter Stelle (4,1 %), hinter Sauerstoff, Silizium und Aluminium an zweiter Stelle, Nickel (8 × 10 -3 %) an zweiter Stelle, Kobalt (2 × 10 -3 %) - im dritten, und Platinmetalle sind selten (Ru 10–7%, Pt 10–7%, Pd 6×10–8%, Rh 2×10–8%, Os 10–8%, Ir 3× 10–10 %) . In der Erdkruste ist Eisen hauptsächlich vertreten durch Hämatit Fe 2 O 3 (rotes Eisenerz), Magnetit Fe 3 O 4 (magnetisches Eisenerz), Limonit Fe 2 O 3 × xH 2 O (braunes Eisenerz), Siderit FeCO 3 (Eisenspat, Spat Eisenerz), Ilmenit FeTiO 3 und das schwefelhaltige Mineral Pyrit FeS 2 (Eisenkies). Allgemein sind mehr als 300 eisenhaltige Mineralien bekannt. Eine beträchtliche Menge Eisen ist Bestandteil verschiedener Silikate und Alumosilikate, aus denen Gesteine ​​bestehen. Bei Verwitterung gelangen Eisenverbindungen, hauptsächlich Eisen(III)-oxid und -oxohydroxid, in Quarzsand, Ton und Erde und verleihen ihnen eine gelbbraune, erdige Farbe. Eisen meteorischen Ursprungs kommt auf der Erde in freier Form vor, oft in Form einer Legierung mit Nickel. Natives Eisen ist auch in Form von Flocken oder kleinen Blättern bekannt, die in Basalte eingestreut sind. Nur gelegentlich bildet es einzelne Stücke. Solche Funde sind so selten, dass in der Stein- und Bronzezeit daraus hergestellte Werkzeuge viel mehr geschätzt wurden als Gold. Der Erdmantel enthält erhebliche Mengen an Eisen in Form von Spinellen, Silikaten und Oxiden. Es wird angenommen, dass Eisen mit einer Beimischung von Nickel und Schwefel der Hauptbestandteil des Erdkerns ist. In der Oberflächenschicht des Mondes erreicht der Eisengehalt 0,5 %.

Die Entwicklung der Gewinnung von Eisen aus Eisenerz war der Beginn der Eisenzeit. Um Eisenoxide mit Kohle zu reduzieren, ist eine Temperatur von über 1400 °C erforderlich, die ein gewöhnliches Feuer nicht liefern könnte. Deshalb standen Eisenerze in den Anfängen der gesellschaftlichen Entwicklung nicht als Rohstoff für die Metallerzeugung zur Verfügung. Die Menschen mussten sich auf zufällige Funde von Meteoriteneisen beschränken. Zu Beginn des ersten Jahrtausends v. Im 18. Jahrhundert wurde eine Rohverarbeitungsmethode zur Erzgewinnung entwickelt, die auf der Verwendung einer Schmiede basierte - einer Struktur aus mit Ton beschichteten Steinen. In den Wänden der Schmiede wurden Löcher gelassen, in die mit Hilfe von Ledersäcken, den sogenannten Pelzen, Luft durch spezielle Tonrohre - Düsen - eingeblasen wurde. Holzkohle und Eisenerz wurden in den Ofen gegossen, und darauf wurde ein Feuer gemacht. Das resultierende Metall wurde zu einer Kritsa verschweißt - einer porösen Masse, aus der durch Schmieden Produkte gewonnen wurden. Die Hochofenproduktion hat das Rohteigverfahren abgelöst. Dies geschah durch eine Erhöhung der Ofenhöhe, die auch das Einbringen von Flussmitteln erforderte - spezielle Zusätze, die mit im Erz enthaltenem Abfallgestein niedrig schmelzende Schlacken bilden. Da in einem Hochofen das geschmolzene Metall im Gegensatz zu einem Herd lange Zeit mit Kohle in Kontakt ist, karburiert es und wird zu Gusseisen. Dies erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang zur „Umverteilung“ von Gusseisen in Stahl und Eisen. Die ersten Hochöfen erschienen in den Niederlanden Ende des 14. - Anfang des 15. Jahrhunderts, im 16. Jahrhundert erreichten sie eine Höhe von 4 - 5 m. In Russland entstand die Hochofenproduktion im 17. Jahrhundert und im Im nächsten Jahrhundert wurde es im Ural entwickelt.

Zusatz. Diagramm des Zustands des Eisen-Kohlenstoff-Systems.

Zustandsdiagramm des Fe-C-Systems im Bereich bis 6,5 Gew.-% % C, dargestellt in Abb. 6.5 a, ist in der Metallurgie wichtig für die gezielte Herstellung verschiedener Stahl- und Gusseisensorten. Reines Eisen kristallisiert in drei Modifikationen, α, γ und δ, die jeweils eine bestimmte Menge Kohlenstoff lösen und in einem bestimmten Temperaturbereich stabil sind. Feste Lösungen von Kohlenstoff in diesen Modifikationen, α-Fe, γ-Fe und δ-Fe-C, werden als α-Ferrit, γ-Austenit bzw. δ-Ferrit bezeichnet. α-Fe und δ-Fe haben ein kubisch raumzentriertes und γ-Fe haben ein kubisch flächenzentriertes Gitter. Die Löslichkeit von Kohlenstoff ist in Austenit (γ-Fe) am größten.

Schmelzen mit bis zu 1,75 Gew. % C, nach schnellem Abkühlen auf 1150 ° C sind sie eine homogene feste Lösung - Austenit. Aus diesen Legierungen wird Stahl hergestellt. In Schmelzen, die nach dem Abkühlen auf 1150 °C mehr als 1,75 % C enthalten, liegt neben festem Austenit auch ein flüssiges Eutektikum der Zusammensetzung Punkt A vor (Abb. 6.5.a). Beim Abkühlen unter 1150 °C kristallisiert es aus und aus füllt den Raum zwischen Austenitkristallen. Die resultierenden festen Systeme sind Gusseisen. Abhängig von den Bedingungen kann das Eutektikum auf zwei Arten kristallisieren. Beim schnellen Abkühlen besteht die verfestigte Ektektik aus Austenitkristallen und instabilen Fe 3 C-Kristallen, Zementit genannt. Bei langsamer Abkühlung bildet sich ein Gemisch aus Austenitkristallen und stabilem Graphit. Zementithaltiges Gusseisen wird als weiß bezeichnet, und graphithaltiges wird als grau bezeichnet. Das erstarrte Eutektikum aus Austenit und Zementit heißt Ledeburit, und nur Ledeburit wird aus der Schmelze freigesetzt, die 4,3 % C enthält.

Wenn Austenit unter 1150 o C abgekühlt wird, rekristallisiert es. Aus festen Lösungen mit weniger als 0,9 Gew. % C wird zuerst α-Fe-Ferrit freigesetzt (siehe Einschub in Abb. 6.5.a), und aus Lösungen, die mehr als 0,9 Gew. % C wird hauptsächlich Zementit freigesetzt, der als sekundärer Zementit bezeichnet wird. In beiden Fällen nähert sich die Zusammensetzung des verbleibenden Mischkristalls dem eutektoiden Punkt B. An diesem Punkt scheiden sich gleichzeitig Ferrit- und Zementitkristalle in einer dünnen Schichtmischung namens Perlit aus. Eine Schmelze, die 0,9 % C enthält, kann beim Abkühlen reinen Perlit bilden, der keine großen Ferrit- oder Fe 3 C-Kristalle enthält, die zuvor ausgeschieden wurden.

Durch Einstellen der Zusammensetzung der Ausgangsschmelze, der Abkühlgeschwindigkeit und der Heizzeit auf die aus dem Diagramm ausgewählten Temperaturen ist es möglich, Legierungen mit unterschiedlicher Mikrostruktur, Zusammensetzung, Orientierung und Spannungen in den Kristallen zu erhalten. Kühlt man nun das entstandene System sehr schnell ab (quencht), so werden alle weiteren Umwandlungen stark gehemmt und die entstandene Struktur bleibt erhalten, obwohl sie sich als thermodynamisch instabil erweist. Auf diese Weise erhält man verschiedene Stahlsorten.

Reis. 6.5. Phasendiagramm des Eisen-Kohlenstoff-Systems

ENDE DER ERGÄNZUNG.

Derzeit wird Eisenerz in Hochöfen mit Koks reduziert, während geschmolzenes Eisen teilweise mit Kohlenstoff unter Bildung von Eisencarbid Fe 3 C (Zementit) reagiert und dieses teilweise auflöst. Wenn die Schmelze erstarrt, Gusseisen. Gusseisen, das zur Herstellung von Stahl verwendet wird, wird als Roheisen bezeichnet. Stahl enthält im Gegensatz zu Gusseisen weniger Kohlenstoff. Im Gusseisen enthaltener überschüssiger Kohlenstoff muss abgebrannt werden. Dies wird erreicht, indem sauerstoffangereicherte Luft über die Eisenschmelze geleitet wird. Es gibt auch ein direktes Verfahren zur Herstellung von Eisen, basierend auf der Reduktion von magnetischen Eisenerzpellets mit Erdgas oder Wasserstoff:

Fe 3 O 4 + CH 4 \u003d 3Fe + CO 2 + 2 H 2 O.

Sehr reines Eisen in Pulverform wird durch Zersetzung von Fe(CO) 5 -Carbonyl erhalten.

ZUSATZ. Legierungen aus Eisen.

Eisenbasislegierungen werden in Gusseisen und Stähle unterteilt.

Gusseisen- eine Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff (enthält 2 bis 6% C), die Kohlenstoff in Form einer festen Lösung sowie Kristalle aus Graphit und Zementit Fe 3 C enthält. Es gibt verschiedene Arten von Gusseisen, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden und Bruchfarbe. Weißes Gusseisen enthält Kohlenstoff in Form von Zementit. Es ist sehr spröde und findet keine direkte Anwendung. Alles weiße Gusseisen wird in Stahl (Roheisen) umgewandelt. Grauguss enthält Graphiteinschlüsse – diese sind am Bruch deutlich sichtbar. Es ist weniger spröde als Weiß und wird zur Herstellung von Schwungrädern und Wasserheizkörpern verwendet. Die Zugabe einer geringen Menge Magnesium zur Schmelze bewirkt die Ausscheidung von Graphit nicht in Form von Platten, sondern in Form von kugelförmigen Einschlüssen. Dieses modifizierte Gusseisen hat eine hohe Festigkeit und wird zur Herstellung von Motorkurbelwellen verwendet. Spiegelguss, der 10–20 % Mangan und etwa 4 % Kohlenstoff enthält, wird als Desoxidationsmittel bei der Stahlherstellung verwendet.

Abb.6.6. Grauguss (a) und Hochleistungsguss (b) unter dem Mikroskop.

Eisenerz und Koks sind die Rohstoffe für die Eisenerzeugung. Roheisen wird in Hochöfen erschmolzen - große Öfen, bis zu 80 m hoch, von innen mit feuerfesten Steinen ausgekleidet und oben mit einem Stahlmantel abgedeckt. Der obere Teil des Hochofens wird als Schacht bezeichnet, der untere Teil als Berg und das obere Loch, das zum Laden der Charge dient, als Spitze. Von unten wird mit Sauerstoff angereicherte Heißluft in den Ofen geleitet. Im oberen Teil des Herdes wird Kohle unter Bildung von Kohlendioxid verbrannt. Die dabei freigesetzte Wärme reicht aus, um den Prozess fortzusetzen. Kohlendioxid, das durch die Koksschichten strömt, wird zu Kohlenmonoxid (II) CO reduziert, das es durch Reaktion mit Eisenerz zu Metall reduziert. Um im Erz enthaltene Verunreinigungen zu entfernen, beispielsweise Quarzsand SiO 2, werden dem Ofen Flussmittel zugesetzt - Kalkstein oder Dolomit, die sich zu Oxiden CaO, MgO zersetzen und Schlacke in niedrigschmelzende Flussmittel (CaSiO 3, MgSiO 3) binden. Koks reduziert neben Eisen auch die im Erz enthaltenen Verunreinigungen, zum Beispiel Phosphor, Schwefel, Mangan und teilweise Silizium:

Ca 3 (PO 4) 2 + 5C = 3CaO + 5CO + 2P,

CaSO 4 + 4C \u003d CaS + 4CO,

MnO + C = Mn + CO

SiO2 + 2C = Si + 2CO.

In der Metallschmelze liegt Schwefel in Form von FeS-Sulfid, Phosphor in Form von Fe 3 P-Phosphid, Silizium in Form von SiC-Silizid und überschüssiger Kohlenstoff in Form von Fe 3 C-Carbid (Zementit) vor. . Die den Hochofen verlassenden Gase werden Hochofen- oder Hochofengase genannt. Sie bestehen zu etwa einem Volumendrittel aus Kohlenmonoxid, dienen also als Brennstoff zur Erwärmung der in den Hochofen eintretenden Luft.

REIS. 6.7 Schema eines Hochofens

Stahl– eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung (enthält 0,5 bis 2 % C), die Kohlenstoff nur in Form einer festen Lösung enthält. Stahl ist härter als Eisen, schwerer zu biegen, belastbarer, leichter zu brechen, aber nicht so spröde wie Gusseisen. Je mehr Kohlenstoff es enthält, desto härter ist es. In gewöhnlichen Stahlsorten sind nicht mehr als 0,05 % Schwefel und 0,08 % Phosphor erlaubt. Bereits eine geringe Beimischung von Schwefel macht Stahl beim Erhitzen spröde; in der Metallurgie wird diese Eigenschaft von Stahl als Rotsprödigkeit bezeichnet. Der Gehalt an Phosphor im Stahl verursacht Kaltversprödung - Versprödung bei niedrigen Temperaturen Gehärteter Stahl entsteht beim starken Abkühlen von auf Rotgluttemperatur erhitztem Stahl. Solcher Stahl hat eine hohe Härte, ist aber spröde. Schneidwerkzeuge sind aus gehärtetem Stahl. Bei langsamer Abkühlung erhält man gehärteten Stahl - er ist weich und duktil. Durch das Einbringen von Legierungszusätzen in die Schmelze ( Doping) - Chrom, Mangan, Vanadium usw. erhalten spezielle Stahlsorten. Stahl mit mehr als 13 % Chrom verliert seine Korrosionsfähigkeit an der Luft und wird rostfrei. Es wird in der chemischen Industrie, im Alltag, im Bauwesen eingesetzt. Für den Panzerguss werden besonders feste, vanadiumhaltige Stähle verwendet.

Der Rohstoff für die Stahlherstellung ist Gusseisen, und die Essenz der beim Schmelzen ablaufenden Prozesse besteht darin, überschüssigen Kohlenstoff aus der Legierung zu entfernen. Dazu wird Sauerstoff durch die Eisenschmelze geleitet, der den im Eisen enthaltenen Kohlenstoff in Form von Graphit oder Zementit zu Kohlenmonoxid CO oxidiert. Allerdings wird in diesem Fall auch ein Teil des Eisens durch Sauerstoff zu einem Oxid oxidiert:

2Fe + O 2 \u003d 2FeO.

Zur Rückreduktion von FeO zu Eisen werden Desoxidationsmittel in die Schmelze eingebracht, in der Regel handelt es sich dabei um Aktivmetalle - Mangan, Barium, Calcium, Lanthan. Sie reduzieren oxidiertes Eisen zu Metall:

Mn + FeO = MnO + Fe,

und dann von der Schmelze getrennt werden, an deren Oberfläche in Form von schmelzbarer Schlacke schwimmen, die entweder mit der Ofenauskleidung oder mit speziell hinzugefügten wechselwirkt Flüsse:

MnO + SiO 2 \u003d MnSiO 3.

Stahl wird in speziellen Öfen geschmolzen. Je nach Ofentyp gibt es mehrere Methoden der Stahlerzeugung. In einem Herdofen ist der Schmelzraum ein Bad, das mit einem Gewölbe aus feuerfesten Steinen bedeckt ist (Abbildung 6.8. Stahlherstellung: (a) Herdofen, Sauerstoffkonverter). Brennstoff wird in den oberen Teil des Ofens eingespritzt - es handelt sich um Erdgas oder Heizöl. Die bei seiner Verbrennung freigesetzte Wärme erhitzt das Gemisch und bringt es zum Schmelzen. Während 6 - 8 Stunden, in denen sich das flüssige Gusseisen im Herdofen befindet, brennt darin allmählich Kohlenstoff aus. Danach wird der geschmolzene Stahl ausgegossen und nach einer Weile wird das Gusseisen wieder geladen. Der Open-Hearth-Prozess ist periodisch. Sein Hauptvorteil besteht darin, dass der resultierende Stahl in große Formen gegossen werden kann. In Bezug auf die Leistung ist das Verfahren mit offenem Herd dem Sauerstoffkonverterverfahren unterlegen, das nicht in großen Öfen, sondern in kleinen Konvertern durchgeführt wird - birnenförmige Apparate, die aus Stahl geschweißt und von innen mit feuerfesten Steinen ausgekleidet sind. Von oben wird sauerstoffangereicherte Luft durch einen auf einer horizontalen Achse montierten Konverter geblasen. Die gebildeten Oxide von Mangan und Eisen reagieren mit der Silikatauskleidung des Konverters und bilden Schlacken. Der Vorgang dauert etwa 40 Minuten, danach wird der Konverter in eine Schräglage gefahren und nacheinander Stahlschmelze und Schlacke ausgegossen (Abb. 6.8. b). Mit Kalksandstein ausgemauerte Konverter, nach dem englischen Erfinder Henry Bessemer Bessemer-Konverter genannt, eignen sich nicht zur Stahlerzeugung aus eisenphosphidhaltigen Eisen. Zur Umverteilung von phosphorreichem Gusseisen werden Thomas-Konverter verwendet, die von innen mit Kalkstein oder Dolomit ausgekleidet sind. Die Stahlverhüttung erfolgt in Gegenwart von Kalk, der den im Gusseisen enthaltenen Phosphor zu Phosphaten bindet, die Schlacke (Thomasschlacke) bilden, die als Düngemittel verwendet wird. Legierte Stähle werden in Elektroöfen bei Temperaturen über 3000 °C erschmolzen. Dadurch ist es möglich, Stähle mit besonderen Eigenschaften zu erhalten, einschließlich superfester und feuerfester.

ENDE DER ERGÄNZUNG

Kobalt kommt in der Natur hauptsächlich in Form von Verbindungen mit Arsen, Smaltit CoAs 2 (Kobaltgewürz) und Kobaltit CoAsS (Kobaltglanz) vor, jedoch sind diese Mineralien zu selten und bilden keine eigenständigen Lagerstätten. Es ist auch Bestandteil komplexer Kupfer-Kobalt-Nickel- und Kupfer-Kobalt-Sulfid-Erze und kommt in geringen Mengen in Tonen und Tonschiefern vor, die unter Sauerstoffmangel entstanden sind.

Nickel hat wie Kobalt eine hohe Affinität zu Post-Übergangselementen der fünften Periode - Arsen und Schwefel, und aufgrund der Nähe der Ionenradien ist es oft isomorph zu Verbindungen von Kobalt, Eisen und Kupfer. Dadurch werden große Mengen an Nickel in der Lithosphäre in polysulfidischen Kupfer-Nickel-Erzen gebunden. Unter den Sulfidmineralen sind Millerit NiS (Gelber Nickelpyrit), Pentlandit (Fe, Ni) 9 S 8 und Chloantit NiAs 2 (Weißer Nickelpyrit) von größter Bedeutung. Ein weiterer wichtiger Nickelrohstoff sind Serpentingesteine, bei denen es sich um basische Silikate handelt, beispielsweise Garnierit (Ni, Mg) 6 × 4H 2 O. Kleine Mengen an Nickelverbindungen finden sich in fossilen Kohlen, Schiefer und Öl.

Die Hauptrohstoffe für die Herstellung von Kobalt und Nickel sind Polysulfiderze (Fußnote: Silikate und andere sauerstoffhaltige Nickelerze werden zunächst durch Schmelzen mit entwässertem Gips und Kohle bei 1500 °C in Sulfide umgewandelt: CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO ;3NiO + 3CaS = Ni 3 S 2 + 3CaO + S). Das agglomerierte Erz wird mit Schwefelsäure vermischt und in einem Schachtofen zu einem Stein aus Eisen-, Kobalt-, Nickel- und Kupfersulfiden geschmolzen. Dadurch können Sie es von den Silikaten trennen, die Schlacken bilden. Wenn der geschmolzene Stein abgekühlt wird, werden Sulfide in kristalliner Form freigesetzt. Sie werden zerkleinert und anschließend im Luftstrom auf 1300 °C erhitzt. Die Oxidationsfähigkeit von Sulfiden nimmt in der Reihe FeS > CoS > Ni 3 S 2 ab, daher reagiert zunächst Eisensulfid mit Sauerstoff, der durch Zugabe von Kieselsäure in Schlacke umgewandelt wird. Weitere Oxidation führt zur Bildung von Kobalt- und Nickeloxiden

2Ni 2 S 3 + 7O 2 \u003d 6NiO + 4SO 2.

Sie werden durch Behandlung mit Schwefelsäure oder durch anodische Oxidation in Lösung gebracht. Die Kupferverunreinigung wird durch Einbringen von Nickelpulver entfernt, wodurch es zu einer einfachen Substanz reduziert wird. Kobalt und Nickel haben ähnliche chemische Eigenschaften. Um sie zu trennen, wird die Lösung alkalisiert und mit Natriumchlorat behandelt, das nur Kobaltionen oxidiert:

2CoSO 4 + Cl 2 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Co (OH) 3 ¯ + 2NaCl + 3CO 2 + 2Na 2 SO 4.

In leicht saurer Umgebung verbleibt Kobalt in Form von Hydroxid im Niederschlag und Nickel geht in Form eines Salzes in Lösung, das in Hydroxid umgewandelt wird. Oxide, die durch Kalzinieren von Hydroxiden erhalten werden, werden mit Kohle reduziert:

Co 3 O 4 + 4 C \u003d 3 CO + 4 CO,

NiO + C = Ni + CO.

Während der Reduktion werden auch Karbide Co 3 C, Ni 3 C gebildet, um sie zu entfernen, wird das Oxid im Überschuss genommen:

Ni 3 C + NiO = 4Ni + CO.

Die elektrolytische Raffination wird verwendet, um reinere Metalle zu erhalten. Es ermöglicht auch, die im Stein enthaltenen Platinmetalle zu isolieren.

Mehr als die Hälfte des produzierten Kobalts und Nickels wird für die Herstellung von Legierungen aufgewendet. Magnetische Legierungen auf Kobaltbasis (Fe-Co-Mo, Fe-Ni-Co-Al, Sm-Co) können ihre magnetischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beibehalten. Zur Herstellung von Schneidwerkzeugen werden Metall-Keramik-Legierungen verwendet, bei denen es sich um Titan-, Wolfram-, Molybdän-, Vanadium- und Tantalkarbide handelt, die mit Kobalt gesintert sind. Stähle mit hohem Nickel- und Chromgehalt korrodieren nicht an der Luft, sie werden zur Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Geräten für die chemische Industrie verwendet. Hitzebeständige Chrom-Nickel-Legierung Nichrom, die 20 - 30% Chrom enthält, hat einen hohen elektrischen Widerstand und wird zur Herstellung von elektrischen Heizspulen verwendet. Kupfer-Nickel-Legierungen Konstantan (40 % Ni, 60 % Cu) und Nickelin (30 % Ni, 56 % Cu, 14 % Zn), aus Monel (68 % Ni, 28 % Cu, 2,5 % Fe, 1,5 % Mn) mint eine Münze.

Sind wichtig Superlegierungen– Werkstoffe auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis, die speziell für den Einsatz bei hohen Temperaturen ausgelegt sind. Sie haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit, behalten ihre Festigkeit im Temperaturbereich, in dem Gasturbinen arbeiten, und zeichnen sich durch einen hohen Elastizitätsmodul und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Die Kombination aus Oxidationsbeständigkeit und Festigkeit dieser Materialien ist konkurrenzlos. Viele Superlegierungen haben ein kubisch flächenzentriertes Gitter, das als die dichteste aller Kristallstrukturen außergewöhnliche thermomechanische Eigenschaften des Materials bereitstellt. Die Legierung besteht aus einer Basis (Fe, Co, Ni), enthält Metallzusätze, die den Oberflächenwiderstand erhöhen (Cr) und Elemente (Al), die eine kubische γ'-Phase (γ'-Ni 3 Al) bilden, die hoch ist Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit . Das Einbringen geringer Kohlenstoffmengen (0,05 - 0,2%) in Superlegierungen führt zur Bildung von Karbiden, beispielsweise TiC, die sich beim Betrieb der Legierung bei hohen Temperaturen allmählich in Karbide der Zusammensetzung M 23 C 6 umwandeln und M 6 C, die leicht durch Wärmebehandlung beeinflusst werden. Der resultierende Kohlenstoff geht in Form einer festen Lösung über. Somit kann die Struktur einer Superlegierung als eine feste Lösung mit feinkristallinen Einschlüssen von intermetallischen Verbindungen und Karbiden dargestellt werden, die ihre Härte und Festigkeit verleihen. Eine zusätzliche Dotierung trägt zur Verlangsamung von Diffusionsprozessen bei und erhöht die Stabilität der Struktur bei hohen Temperaturen. Eine der ersten Superlegierungen wurde 1935 entwickelt, Rex-78, die aus 60 % Eisen, 18 % Ni, 14 % Cr besteht und auch geringe Mengen an Molybdän, Titan, Kupfer, Bor und Kohlenstoff enthält. Es wird zur Herstellung von Turbinenschaufeln und -düsen verwendet (Superlegierungen II. Hitzebeständige Werkstoffe für Luft- und Raumfahrt und industrielle Kraftwerke, M., Metallurgie, 1995)

Fein dispergiertes Kobalt und Nickel haben eine hohe katalytische Aktivität. Das auf dem Träger abgeschiedene feine Kobaltpulver dient als aktiver Katalysator für die Fischer-Tropsch-Hydrocarbonylierung. Nickel ersetzt häufig Platin in Hydrierprozessen, wie z. B. Pflanzenfetten. Im Labor wird katalytisch aktives feines Nickelpulver (Skelettnickel, Raney-Nickel) durch Behandeln einer Nickel-Aluminium-Legierung mit Alkali in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre gewonnen. Nickel geht in die Produktion von Alkalibatterien.

Viele Kobaltverbindungen sind hell gefärbt und werden seit der Antike als Pigmente zur Herstellung von Farben verwendet: Kobaltaluminat CoAl 2 O 4 („blaues Kobalt“, „Gzhelblau“) hat eine blaue Farbe, Stannat Co 2 SnO 4 („ ceruleum“, „himmelblau“) - blau mit bläulichem Stich, Phosphate Co 3 (PO 4) 2 („kobaltviolett dunkel“) und CoNH 4 PO 4 × H 2 O („kobaltviolett hell“) – rötlich- violett, Mischoxid aus Kobalt (II) und Zink CoO × xZnO („grünes Kobalt“) - hellgrün, Kobaltsilikate („schmalt“, „Kobaltglas“) - dunkelblau (E.F. Belenky, I.V. Riskin, Chemistry and Technology of Pigments, L., Chemistry, 1974). Die Zugabe von Kobaltoxid zu Glas verleiht ihm eine blaue Farbe.

Eisenpigmente sind meist gelbbraun oder rotbraun in verschiedenen Farbtönen. Unter den natürlichen Pigmenten sind Ocker - kristallines Oxohydroxid FeOOH und sienahaltiger Ton die bekanntesten. Beim Kalzinieren dehydrieren sie und nehmen eine rote Farbe an. Braune Umbra entsteht durch die Verwitterung manganhaltiger Eisenerze. Das schwarze Pigment ist Magnetit.

Platinmetalle kommen in der Natur hauptsächlich in ihrer ursprünglichen Form vor – in Form einfacher Substanzen, Legierungen untereinander und mit anderen Edelmetallen. In sehr geringen Mengen sind sie Teil einiger Polysulfiderze, Funde eigener Sulfidminerale sind äußerst selten, beispielsweise RuS 2 -Laurit, PtS -Cooperit. Der durchschnittliche Gesamtgehalt an Platinmetallen in den Ural-Sulfid-Radien beträgt 2-5 Gramm pro Tonne. In der Natur kommen Platinkörner oft in denselben Seifen wie Gold vor, daher sind sie in Form von separaten Einschlüssen manchmal auf der Oberfläche von antiken Goldgegenständen, hauptsächlich ägyptischen Ursprungs, erkennbar. In den südamerikanischen Anden konzentrieren sich große Reserven an nativem Platin. In ihren Gesteinsbestandteilen sind Platinkörner häufig zusammen mit Goldpartikeln in Pyroxenen und anderen basischen Silikaten enthalten, aus denen sie durch Erosion in Flusssande übergehen. Das aus ihnen ausgewaschene Gold enthält kleine Platinkristalle, die nur sehr schwer abzutrennen sind. Im Mittelalter strebte man dies nicht an: Die Beimischung schwerer Körner erhöhte nur die Masse des Edelmetalls. Gelegentlich gibt es auch große Platinklumpen, bis zu neun Kilogramm. Sie enthalten notwendigerweise Verunreinigungen von Eisen, Kupfer, Platiniodiden und manchmal Gold und Silber. Beispielsweise hat das Metall aus der Choco-Lagerstätte in Kolumbien, das von den alten Inkas erschlossen wurde, eine ungefähre Zusammensetzung von Pt 86,2 %, Pd 0,4 %, Rh 2,2 %, Ir 1,2 %, Os 1,2 %, Cu 0, 40 % , Fe 8,0 %, Si 0,5 %. Natives Iridium enthält 80 - 95 % Ir, bis zu 2,7 % Ru, bis zu 6,1 % Pt; Osmium - 82 - 98,9 % Os, 0,9 - 19,8 % Ir, bis zu 10 % Ru, 0,1 - 3,0 % Pt, bis zu 1,3 % Rh, bis zu 1 % Fe.

In Russland wurde 1824 im nördlichen Ural der erste Platinseifen entdeckt, und bald begann der Abbau in der Region Nischni Tagil. Von dieser Zeit bis 1934 war Russland führend auf dem Markt der Weltlieferanten von Platin und machte zunächst Kanada und ab 1954 Südafrika Platz, das über die größten Vorkommen des Metalls verfügt.

ZUSATZ. Raffination.

Raffination ist die Herstellung von hochreinen Edelmetallen. Die Raffination von Platinmetallen basiert auf der Trennung chemischer Verbindungen dieser Elemente aufgrund der Unterschiede in einigen ihrer Eigenschaften - Löslichkeit, Flüchtigkeit, Reaktivität. Der Rohstoff ist angereicherter Schlamm aus der Kupfer- und Nickelproduktion, der durch Auflösen von Schrott edelmetallhaltiger technischer Produkte, einschließlich verbrauchter Katalysatoren, gewonnen wird. Schlämme enthalten Platinmetalle sowie Gold, Silber, Kupfer und Eisen. Um Siliziumdioxid und unedle Metalle zu entfernen, greifen die meisten technologischen Systeme auf das Schmelzen von Schlamm mit Bleiglätte und Holzkohle zurück. In diesem Fall werden im Schlamm enthaltene unedle Metalle durch Bleiglätte zu Oxiden oxidiert, und das resultierende Blei konzentriert Silber, Gold und Metalle der Platingruppe. Die so entstandene Bleiperle, auch Werkble genannt, wird einer Cupellation – oxidativem Schmelzen auf einem Tropfen – unterzogen, einem porösen Gefäß aus Knochenasche, Magnesit und Portlandzement. Dabei wird der größte Teil des Bleis oxidiert und vom Tröpfchenmaterial absorbiert. Nach dem Kupellieren wird die Legierung mit Schwefelsäure behandelt, um Silber zu entfernen. Jetzt enthält es Edelmetalle. Der wichtigste Raffinationsvorgang ist die Wechselwirkung mit Königswasser (Abb. 6.9. Vereinfachte Raffination von Edelmetallen), bei der Gold, Palladium und Platin größtenteils gelöst werden, während Ruthenium, Osmium, Rhodium und Iridium hauptsächlich im Sediment verbleiben. Um Gold von Platin und Palladium zu trennen, wird Eisensulfat auf die Lösung aufgebracht, was zur Freisetzung von Gold in freier Form führt. Palladium und Platin, die in Form von Chloriden und Chloridkomplexen in Lösung vorliegen, werden aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeiten der Salze getrennt. Das mehrstündige Kochen des Schlamms in Königswasser führt zu einem teilweisen Übergang anderer Platinmetalle in Lösung, so dass das nach diesem Schema gewonnene Platin Verunreinigungen von Rhodium und Iridium enthält. Aus dem in Königswasser unlöslichen Rückstand wird Rhodium durch Schmelzen mit Natriumhydrosulfat isoliert. Beim Auslaugen der Schmelze geht diese in Form komplexer Sulfate in Lösung. Ruthenium, Osmium und Iridium, die gegen Säureangriff resistent sind, werden einer oxidativen Fusion mit Alkali unterzogen. Die durch Auslaugen der Schmelze erhaltene Lösung enthält Ruthenate und Osmate, und der größte Teil des Iridiums fällt in Form von Dioxid aus. Die Trennung von Ruthenium von Osmium basiert auf der Sublimation ihrer höheren Oxide mit ihrem Einfangen in einer Salzsäurelösung. Dabei wird Rutheniumoxid reduziert und geht in Lösung, während Osmiumanhydrid in die Gasphase übergeht und teilweise in die Atmosphäre entweicht. Dies ist nicht verwunderlich, da Osmium das am wenigsten begehrte der Platinmetalle ist. Das genaue Raffinationsschema wird für einen bestimmten Rohstoff ausgewählt, abhängig vom Prozentsatz verschiedener Metalle darin.

ENDE DER ERGÄNZUNG.

Aufgrund seines hohen Schmelzpunktes schmolz Platin im Gegensatz zu Gold und Silber nicht im Ofen, ließ sich weder kalt noch heiß schmieden. Daher fand das Metall lange Zeit keine praktische Anwendung, es war nur bei Fälschern gefragt, die es mit Gold mischten, um seine Masse zu erhöhen. Es kam so weit, dass der König von Spanien 1755 ein Dekret erließ, wonach alles Platin, das während der Entwicklung kolumbianischer Seifen in Choco abgebaut wurde, sorgfältig von Gold getrennt und in Flüssen versenkt werden sollte. In den 43 Jahren des Dekrets wurden bis zu vier Tonnen Edelmetall vernichtet.

Russischen Ingenieuren gelang es erstmals 1826, einen Metallbarren zu erhalten. Dazu wurden Körner aus nativem Platin in Königswasser aufgelöst und dann in Form einer porösen schwammigen Masse ausgefällt, die unter Druck bei 1000 ° geformt wurde C. In diesem Fall erlangte das Metall Formbarkeit und Duktilität. In Russland wurden von 1828 bis 1845 Platinmünzen sowie Medaillen und Schmuck geprägt. Platinfassungen für Diamanten und viele andere Edelsteine ​​sehen viel eindrucksvoller aus als Silberfassungen. Der Zusatz von Platin zu Silberschmuck macht ihn schwerer und haltbarer. Weit verbreitet in Schmuck ist "Weißgold" - eine silbrig-weiße Legierung aus Palladium und Gold im Verhältnis 1: 5. Interessanterweise mischt sich Gold nicht mit Platin in fester Form, eine solche Legierung ist eine Mischung aus festen Lösungen von Platin in Gold und Gold in Platin. Mit zunehmendem Platinanteil verändert sich die Farbe von Gold zu Graugelb und Silbergrau. Solche Legierungen wurden von Fabergé-Juwelieren verwendet.

Der jährliche Weltverbrauch an Platinmetallen wird auf 200 Tonnen geschätzt. Platin ist etwas teurer als Gold, während Rhodium, Iridium, Ruthenium und Osmium um ein Vielfaches teurer sind als Platin. Das billigste der Platinmetalle ist Palladium. Es kostet weniger als 4 $ pro Gramm.

Die wichtigsten Einsatzgebiete von Platinmetallen sind in der Tabelle dargestellt

Tabelle 6.4. Struktur des Verbrauchs von Platinmetallen in %

Nicht enthalten ist Osmium, dessen weltweite Jahresproduktion nur wenige Kilogramm beträgt. Obwohl die auf seiner Basis entwickelten Hydrierkatalysatoren noch effizienter sind als Platinkatalysatoren und der Zusatz zu Legierungen deren Verschleißfestigkeit stark erhöht, haben Osmium und seine Verbindungen aufgrund ihrer hohen Kosten noch keine praktische Anwendung gefunden.

Unter den Verbrauchern von Platin, Rhodium und Palladium steht die Automobilindustrie an erster Stelle, die auf ihrer Basis hergestellte Katalysatoren, die die Nachverbrennung von Abgasen verbessern, in großem Umfang einführt. Die Effizienz ihrer Verwendung hängt direkt von der Qualität des Benzins ab - ein hoher Gehalt an organischen Schwefelverbindungen führt zu einer schnellen Vergiftung des Katalysators und reduziert seine Wirkung auf nichts. In Reformprozessen werden Platin-Rhenium-Legierungen bei der Hydrierung sowie bei der Oxidation von Ammoniak zu Stickoxid (II) und Schwefeldioxid zu Schwefelsäureanhydrid - platiniertem Asbest - bei der Herstellung von synthetischem Acetaldehyd (Wacker-Verfahren) - Palladium verwendet (II) Chlorid. Rhodiumverbindungen finden hauptsächlich Anwendung in der homogenen Katalyse. Unter ihnen ist Triphenylphosphinhodium(I)-chlorid Rh(PPh 3 ) 3 Cl, das oft als Wilkinson-Katalysator bezeichnet wird, am bekanntesten. In seiner Gegenwart laufen viele Hydrierprozesse bereits bei Raumtemperatur ab.

Aufgrund ihrer hohen thermischen Stabilität und hohen thermischen EMF-Werte werden Platinmetalllegierungen bei der Herstellung von Thermoelementen zur Messung hoher Temperaturen verwendet: Platin-Rhodium-Thermoelemente arbeiten bei Temperaturen bis 1300 °C und Rhodium-Iridium - 2300 °C.

Die chemische Trägheit und Feuerfestigkeit machen Platin und Platinoide zu geeigneten Materialien für die Herstellung von Elektroden, Laborglaswaren, chemischen Reaktoren, beispielsweise Glasschmelzöfen. Palladium ist das Hauptmaterial für mehrschichtige Keramikkondensatoren, die in Computern und Mobiltelefonen verwendet werden. In der Elektrotechnik werden Platin und Palladium verwendet, um Schutzschichten auf elektrischen Kontakten und Widerständen aufzubringen, damit sie von gebrauchten Elektrogeräten entfernt werden können. Platinpräparate werden in der Chemotherapie onkologischer Tumorerkrankungen eingesetzt.

Die sekundäre Untergruppe besteht aus den sogenannten Triaden: der Triade aus Eisen (Eisen, Kobalt, Nickel) und zwei Triaden aus Platinmetallen (Ruthenium, Rhodium, Palladium und Osmium, Iridium, Platin).

Allgemeine Eigenschaften von Triaden.

1. Alle Elemente haben eine variable Wertigkeit. Elemente der Eisentriade können in ihren Verbindungen Oxidationsstufen +2, +3, +6 haben, und für Co und Ni ist die charakteristischste Oxidationsstufe +2. Für Platinmetalle sind Oxidationsstufen von +2 bis +8 bekannt.

2. Alle Elemente dieser Untergruppe sind sehr gute Komplexbildner. Sie sind Katalysatoren für verschiedene chemische Prozesse.

3. Elemente der Eisentriade haben magnetische Eigenschaften und eine höhere chemische Aktivität im Vergleich zu Platinmetallen.

4. Platinmetalle kommen natürlicherweise in der Natur vor. Eisen, Kobalt, Nickel - nur in Erzen.

5. Die Eigenschaften der Eisentriadenelemente sind einander ähnlich (horizontale Analogie). Bei Platinmetallen wird eine Ähnlichkeit sowohl innerhalb von Triaden (horizontale Analogie) als auch in Ru-Os-, Rh-Ir- und Pd-Pt-Paaren (vertikale Analogie) beobachtet.

Eisen

Das häufigste Element der sekundären Untergruppe der Gruppe VIII ist Eisen - die Grundlage der metallurgischen Industrie. Es kommt in der Natur in Form von Magnetit (Fe 3 O 4), rotem Eisenerz (Fe 2 O 3), braunem Eisenerz (FeO. xH 2 O), Siderit (FeCO 3), Pyrit (FeS 2) vor.

Diese Erze enthalten bis zu 40 % Eisen, das ihnen im Hochofenprozess entzogen wird. Ein Hochofen ist eine im Dauerbetrieb betriebene Einheit, in die Erz, Koks (speziell aufbereitete Kohle als Reduktionsmittel) und Zuschlagmittel (um Verunreinigungen zu binden) Schicht für Schicht von oben eingebracht werden. Als Flussmittel werden MgCO 3 verwendet . CaCO 3 , CaF 2 , CaCO 3 . Der Hochofen kann bedingt in mehrere Zonen (vertikal von unten nach oben) unterteilt werden, in denen verschiedene Prozesse stattfinden:

Ich zoniere(t = 200 o C) - Austrocknung der Ladung;

II-Zone(t \u003d 450 - 500 ° C) - Reduktion von Fe 2 O 3 zu Fe 3 O 4 mit Kohlenmonoxid (II):

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2;

III-Zone(t \u003d 600 ° C) - Reduktion von Fe 3 O 4 zu FeO:

Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2

IV-Zone(t \u003d 700 - 800 ° C) - Reduktion von FeO zu Metall:

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

V-Zone(t \u003d 800 - 1000 ° C) - Flussmittelzersetzung:

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

VI-Zone(t \u003d 1200 ° C) - die Bildung von Schlacke:

CaO + SiO 2 \u003d CaSiO 3,

3CaO + P 2 O 5 \u003d Ca 3 (PO 4) 2,

CaO + FeS = CaS + FeO

VII-Zone(t \u003d 1300 o C) - die Bildung von Gusseisen - eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff und Eisencarbid Fe 3 C, die durch die Wechselwirkung von Eisen mit darin gelöstem Kohlenstoff entsteht:

3Fe + C → Fe 3 C

Neben Kohlenstoff und Fe 3 C enthält Gusseisen weitere dauerhafte Verunreinigungen: Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel. Seine Hauptverwendung: als Guss und zum Umschmelzen in Stahl (Entfernung von Verunreinigungen aus Gusseisen, die es spröde machen). Das Schmelzen von Stahl besteht darin, Sauerstoff durch geschmolzenes Gusseisen zu blasen, wodurch Verunreinigungen (Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel) zu Oxiden oxidiert werden. Oxide von Verunreinigungen, die mit dem Flussmittel in Wechselwirkung treten, gehen in die Schlacke über.

Die Nebenuntergruppe der achten Gruppe des Periodensystems umfasst drei Triaden von d-Elementen und drei künstlich gewonnene und wenig untersuchte Elemente: Gassium, Hs, Meitnerium, Mt, Darmstadtium Ds. Die erste Triade bilden die Elemente: Eisen, Fe, Kobalt Co, Nickel Ni; die zweite Triade – Ruthenium Ru, Radium Ro, Palladium Pd und die dritte Triade – Osmium Os, Iridium Ir und Platin Pt. Künstlich gewonnenes Hassium, Meitrenium, Darmstadtium mit kurzer Lebensdauer vervollständigen die Liste der schwersten heute bekannten Elemente.

Die meisten der betrachteten Elemente der Gruppe VIIB haben zwei Valenzelektronen auf der äußeren Elektronenhülle des Atoms; sie sind alle Metalle. An der Bindungsbildung sind neben äußeren ns-Elektronen auch die Elektronen der vorletzten Elektronenschale (n-1)d beteiligt.

Aufgrund der Erhöhung der Kernladung hat das letzte Element jeder Triade eine charakteristische Oxidationsstufe, die niedriger ist als die des ersten Elements. Gleichzeitig geht eine Erhöhung der Anzahl der Perioden, in denen sich das Element befindet, mit einer Erhöhung des charakteristischen Okklusionsgrades einher (Tabelle 9.1).

Tabelle 9.1 Charakteristische Oxidationsstufen von Elementen der achten Nebengruppe

Die häufigsten Oxidationsstufen von Elementen in ihren Verbindungen sind in der Tabelle hervorgehoben. 41 fett.

Diese Elemente werden manchmal in drei Untergruppen unterteilt: die Eisen-Untergruppe (Fe, Ru, Os), die Kobalt-Untergruppe (Co, Rh, Ir) und die Nickel-Untergruppe (Ni, Pd, Pt). Eine solche Einteilung wird durch die charakteristischen Oxidationsstufen der Elemente (Tabelle 42) und einige andere Eigenschaften gestützt. Beispielsweise sind alle Elemente der Eisen-Untergruppe aktive Katalysatoren für die Synthese von Ammoniak, und die Nickel-Untergruppe ist für Hydrierungsreaktionen organischer Verbindungen. Die Elemente der Kobalt-Untergruppe sind durch die Bildung von Komplexverbindungen [E (NH 3) 6] G 3 gekennzeichnet, wobei G ein Halogenion ist

Die Redoxeigenschaften von Elementen der Gruppe VIIIB werden nach folgendem Schema bestimmt:

Stärkung der oxidierenden Eigenschaften von Metallionen

Alle Metalle der Gruppe VIIIB sind katalytisch aktiv. Alle sind mehr oder weniger in der Lage, Wasserstoff aufzunehmen und zu aktivieren; sie alle bilden farbige Ionen (Verbindungen). Alle Metalle neigen zur Komplexbildung. Ein Vergleich der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Elemente der Nebengruppe VIII-B zeigt, dass Fe, Ni, Co einander sehr ähnlich sind und sich gleichzeitig stark von den Elementen der anderen beiden Triaden unterscheiden, also isoliert sind in der Eisenfamilie. Die restlichen sechs stabilen Elemente sind unter einem gemeinsamen Namen vereint – der Familie der Platinmetalle.

Metalle der Eisenfamilie

In der Dreiheit des Eisens kommt die horizontale Analogie, die für die d-Elemente insgesamt charakteristisch ist, am deutlichsten zum Ausdruck. Die Eigenschaften der Elemente der Eisentriade sind in der Tabelle angegeben. 42.

Tabelle 9.2 Eigenschaften der Elemente der Eisentriade

Natürliche Ressourcen. Eisen ist das vierthäufigste Element (nach O 2 , Si, Al) in der Erdkruste. Es kann in freiem Zustand in der Natur vorkommen: Es ist Eisen meteorischen Ursprungs. Eisenmeteorite enthalten durchschnittlich 90 % Fe, 8,5 % Ni, 0,5 % Co. Auf zwanzig Steinmeteorite kommt durchschnittlich ein Eisenmeteorit. Manchmal findet man einheimisches Eisen, das durch geschmolzenes Magma aus den Eingeweiden der Erde geholt wird.

Zur Gewinnung von Eisen werden magnetisches Eisenerz Fe 3 O 4 (Magnetitmineral), rotes Eisenerz Fe 2 O 3 (Hämatit) und braunes Eisenerz Fe 2 O 3 x H 2 O (Limonit), FeS 2 - Pyrit verwendet. Im menschlichen Körper ist Eisen im Hämoglobin enthalten.

Kobalt und Nickel im metallischen Zustand werden in Meteoriten gefunden. Die wichtigsten Mineralien: Kobaltit CoAsS (Kobaltglanz), Eisen-Nickel-Pyrit (Fe,Ni) 9 S 8 . Diese Mineralien kommen in polymetallischen Erzen vor.

Eigenschaften. Eisen, Kobalt, Nickel sind silbrig-weiße Metalle mit einem gräulichen (Fe), rosafarbenen (Co) und gelblichen (Ni) Farbton. Reine Metalle sind stark und dehnbar. Alle drei Metalle sind ferromagnetisch. Beim Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur (Curie-Punkt) verschwinden die ferromagnetischen Eigenschaften und die Metalle werden paramagnetisch.

Eisen und Kobalt sind durch Polymorphie gekennzeichnet, während Nickel monomorph ist und bis zur Schmelztemperatur eine fcc-Struktur aufweist.

Das Vorhandensein von Verunreinigungen verringert die Beständigkeit dieser Metalle gegenüber einer aggressiven Atmosphäre in Gegenwart von Feuchtigkeit erheblich. Dies führt zur Entstehung von Korrosion (Rosten von Eisen) durch die Bildung einer losen Schicht aus einem Gemisch von Oxiden und Hydroxiden unterschiedlicher Zusammensetzung auf der Oberfläche, die die Oberfläche nicht vor weiterer Zerstörung schützt.

Vergleich der Elektrodenpotentiale der E 2+ /E-Systeme für Eisen (-0,441 V), Nickel (-0,277 V) und Kobalt (-0,25 V) und dem Elektrodenpotential des Fe 3+ /Fe-Systems (-0,036 V), zeigt, dass das aktivste Element dieser Triade Eisen ist. Verdünnte Salz-, Schwefel- und Salpetersäure lösen diese Metalle unter Bildung von E 2+ -Ionen:

Fe+2HC? = FeC? 2+H2;

Ni + H 2 SO 4 \u003d NiSO 4 + H 2;

3Co + 8HNO 3 \u003d 3Co (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O;

4Fe + 10HNO 3 \u003d 3Fe (NO 3) 2 + NH 4 Nr. 3 + 3H 2 O.

Stärker konzentrierte Salpetersäure und heiße konzentrierte Schwefelsäure (weniger als 70 %) oxidieren Eisen zu Fe(III) unter Bildung von NO und SO2, zum Beispiel:

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + Nein + 2H 2 O;

2Fe + 6H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Hochkonzentrierte Salpetersäure (Sp. v. 1,4) passiviert Eisen, Kobalt, Nickel und bildet auf ihrer Oberfläche Oxidfilme.

Gegenüber Alkalilösungen sind Fe, Co, Ni stabil, reagieren aber bei hohen Temperaturen mit Schmelzen. Alle drei Metalle reagieren unter normalen Bedingungen nicht mit Wasser, aber bei glühenden Temperaturen interagiert Eisen mit Wasserdampf:

3Fe + 4H 2 oder Fe 3 O 4 + 4H 2 .

Kobalt und Nickel sind deutlich korrosionsbeständiger als Eisen, was mit ihrer Stellung in der Reihe der Standardelektrodenpotentiale übereinstimmt.

Fein dispergiertes Eisen in Sauerstoff verbrennt beim Erhitzen zu Fe 3 O 4 , dem stabilsten Eisenoxid, und Kobalt bildet das gleiche Oxid. Diese Oxide sind Derivate von Elementen in den Oxidationsstufen +2, +3 (EO E 2 O 3). Die thermische Oxidation von Kobalt und Nickel verläuft bei höheren Temperaturen unter Bildung von NiO und CoO, die je nach Oxidationsbedingungen eine variable Zusammensetzung haben.

Für Eisen, Nickel, Kobalt sind die Oxide EO und E 2 O 3 bekannt (Tab. 9.3)

Tabelle 9.3 Sauerstoffhaltige Verbindungen von Elementen der Nebengruppe VIIIB

Elementname	Oxidationszustand		Hydroxide
	Charakter		Name	Ionenformel	Name
Eisen (Fe)			Basic		Eisen(II)hydroxid		Eisensalze (II)
		Amphoter mit überwiegend basischem Charakter		Eisen(III)hydroxid		Salze von Eisen (III)
	Eisensäure
		Säure		Eisensäure
Kobalt (Co)			Basic		Kobalt(II)hydroxid		Kobaltsalze (II)
		Basic		Kobalt(III)hydroxid		Kobaltsalze (III)
Nickel (Ni)			Basic		Nickel(II)-hydroxid		Nickel(II)-Salze
		Basic		Nickel(III)-hydroxid		Nickel(III)-Salze

Die Oxide EO und E 2 O 3 können nicht in reiner Form durch direkte Synthese erhalten werden, da in diesem Fall eine Reihe von Oxiden gebildet wird, von denen jedes eine Phase unterschiedlicher Zusammensetzung ist. Sie werden indirekt gewonnen - durch die Zersetzung bestimmter Salze und Hydroxide. Oxid E 2 O 3 ist nur gegenüber Eisen stabil und wird durch Dehydratisierung des Hydroxids gewonnen.

EO-Oxide sind in Wasser unlöslich und treten weder mit Wasser noch mit Alkalilösungen in Wechselwirkung. Gleiches gilt für die entsprechenden E(OH) 2 -Hydroxide. E(OH) 2 -Hydroxide reagieren leicht mit Säuren, um Salze zu bilden. Die Säure-Base-Eigenschaften der Hydroxide der Elemente der Eisentriade sind in der Tabelle angegeben. 42.

Bei der Oxidation von Fe (OH) 2 mit Luftsauerstoff entsteht Eisenhydroxid (III) Fe (OH) 3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.

Eine ähnliche Reaktion ist typisch für Kobalt. Nickelhydroxid (II) ist gegenüber Luftsauerstoff stabil. Dadurch verhalten sich E(OH) 3 -Hydroxide bei der Wechselwirkung mit Säuren unterschiedlich. Wenn Fe (OH) 3 Eisen (III) -Salze bildet, wird die Reaktion von Co (OH) 3 und Ni (OH) 3 mit Säuren von ihrer Reduktion zu E (+2) begleitet:

Fe(OH)3 + 3HC? = FeC? 3+3H2O;

2Ni(OH)3 + 6HC? = 2NiC? 2+C? 2+6H2O.

Fe(OH) 3 -Hydroxid weist auch eine Säurefunktion auf, indem es mit heißen konzentrierten Alkalilösungen reagiert, um Hydroxokomplexe zu bilden, beispielsweise Na 3 . Eisensäurederivate HFeO 2 (Ferrite) werden durch Schmelzen von Alkalien oder Carbonaten mit Fe 2 O 3 erhalten:

2NaOH + Fe 2 O 3 2NaFeO 2 + H 2 O;

MgCO 3 + Fe 2 O 3 MgFe 2 O 4 + CO 2.

Ferrite Me II Fe 2 O 4 gehören zur Klasse der Spinelle. Die oben diskutierten Fe 3 O 4 - und Co 3 O 4 -Oxide sind formal FeFe 2 O 4 - und CoCo 2 O 4 -Spinelle.

Im Gegensatz zu Kobalt und Nickel sind Eisenverbindungen bekannt, deren Oxidationsstufe +6 ist. Bei der Oxidation von Fe(OH) entstehen Ferrate. 3 in heißer konzentrierter Lauge in Gegenwart eines Oxidationsmittels:

2Fe +3 (OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 Fe +6 O 4 + 6KBr + 2H 2 O.

Ferrate sind thermisch instabil und werden bei leichter Erwärmung (100-2000C) zu Ferriten:

4K 2 FeO 4 4KfeO 2 + 2K 2 O + 3O 2 .

Im freien Zustand wurden Eisensäure und das entsprechende FeO 3 -Oxid nicht isoliert. Von Löslichkeit und Struktur her sind Ferrate den entsprechenden Chromaten und Sulfaten nahe. Kaliumferrat entsteht durch Verschmelzen von Fe 2 O 3 mit KNO 3 und KOH:

Fe 2 O 3 + 3KNO 3 + 4KOH \u003d 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O.

Ferrate sind rotviolette kristalline Substanzen. Beim Erhitzen zersetzen sie sich. Die Säure H 2 FeO 4 kann nicht isoliert werden, sie zerfällt sofort in Fe 2 O 3 , H 2 O und O 2 . Ferrate sind starke Oxidationsmittel. In sauren und neutralen Umgebungen zersetzen sich Ferrate und oxidieren Wasser:

2Na 2 FeO 4 + 10 H 2 O 4Fe (OH) 3 + 4NaOH + O 2.

Verbindungen mit Nichtmetallen. Fe-, Ni-, Co-Halogenide sind relativ wenige und entsprechen den typischsten Oxidationsstufen +2 und +3. Für Eisen sind die Halogenide FeG 2 und FeG 3 mit Fluor, Chlor und Brom bekannt. Bei direkter Wechselwirkung werden FeF 3 , FeC? 3, FeBr3. Dihalogenide werden indirekt erhalten - durch Auflösen des Metalls (oder seines Oxids) in der entsprechenden Halogenwasserstoffsäure. Für Kobalt, Trifluorid CoF 3 und Trichlorid CoC? 3 . Nickel bildet keine Trihalogenide. Alle Dihalogenide der Eisentriade sind typische salzartige Verbindungen mit einem signifikanten ionischen Beitrag zur chemischen Bindung.

Eisen, Kobalt, Nickel interagieren heftig mit Chalkogenen und bilden Chalkogenide: EX und EX 2 . Monochalkogenide können durch das Zusammenwirken der entsprechenden Komponenten in Lösungen erhalten werden:

CoC? 2 + (NH 4) 2 S \u003d CoS + 2NH 4 C?.

Alle Chalkogenide sind Phasen variabler Zusammensetzung.

Die Verbindungen der Metalle der Eisentriade mit anderen Nichtmetallen (Pniktogen, Kohlenstoff, Silizium, Bor) unterscheiden sich deutlich von den oben betrachteten. Alle von ihnen gehorchen nicht den Regeln der formalen Wertigkeit und die meisten von ihnen haben metallische Eigenschaften.

Eisen, Kobalt, Nickel nehmen Wasserstoff auf, geben aber bestimmte Verbindungen nicht damit ab. Beim Erhitzen steigt die Löslichkeit von Wasserstoff in Metallen. Darin gelöster Wasserstoff liegt im atomaren Zustand vor.

Salze sauerstoffhaltiger Säuren und Komplexverbindungen. Alle Salze der Salz-, Schwefel- und Salpetersäure sind wasserlöslich.

Nickel (II) -Salze sind grün, Kobalt (II) - blau und ihre Lösungen und kristallinen Hydrate - rosa (z. B.), Eisen (II) -Salze - grünlich und Eisen (III) - braun. Die wichtigsten Salze sind: FeC? 36H2O; FeSO 4 7H 2 O - Eisensulfat, (NH 4) 2 SO 4 FeSO 4 6H 2 O - Mohrsches Salz; NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O - Eisenammoniumalaun; NiSO 4 6H 2 O usw.

Die Fähigkeit von Eisen-, Kobalt- und Nickelsalzen, kristalline Hydrate zu bilden, weist auf die Neigung dieser Elemente zur Komplexbildung hin. Kristalline Hydrate sind ein typisches Beispiel für Aquakomplexe:

[E(H 2 O) 6] (ClO 4 ) 2; [E (H 2 O) 6] (NO 3) 2.

Für die Elemente der Eisentriade gibt es zahlreiche anionische Komplexe: Halogenid (Me I (EF 3), Me 2 I [EG 4], Me 3 [EG 4] usw.), Thiocyanat (Me 2 I [E (CNS) 4] , Me 4 I [E (CNS) 6 ], Me 3 I [E (CNS) 6 ]), Oxolat (Me 2 I [E (C 2 O 4) 2 ], Me 3 [E (C 2 O 4) 3]). Besonders charakteristisch und stabil sind Cyanidkomplexe: K 4 - Kaliumhexacyanoferrat (II) (gelbes Blutsalz) und K 3 - Kaliumhexacyanoferrat (III) (rotes Blutsalz). Diese Salze sind gute Reagenzien zum Nachweis von Fe +3 -Ionen (gelbes Salz) und Fe 2+ -Ionen (rotes Salz) bei pH 7:

4Fe 3+ + 4– = Fe 4 3;

Preußischblau

3Fe 2+ + 2 3- = Fe 3 2 .

turnbull blau

Als blauer Farbstoff wird Preußischblau verwendet. Wenn Thiocyanatsalze KCNS zu einer Lösung gegeben werden, die Fe 3+ -Ionen enthält, färbt sich die Lösung aufgrund der Bildung von Eisenthiocyanat blutrot:

FeC? 3 + 3KCNS = Fe(CNS) 3 + 3KC?.

Diese Reaktion ist sehr empfindlich und wird zur Öffnung des Fe 3+ -Ions genutzt.

Cobalt (II) ist durch stabile einfache Salze und instabile Komplexverbindungen K 2, K 4 gekennzeichnet, die sich in Cobalt (III) -Verbindungen verwandeln: K 3, C? 3 .

Charakteristische Komplexverbindungen von Eisen, Eisen, Kobalt und Nickel sind Carbonyle. Ähnliche Verbindungen wurden früher für die Elemente der Chrom- und Mangan-Untergruppen betrachtet. Die typischsten unter den Carbonylen sind jedoch: , , . Eisen- und Nickelcarbonyle werden als Flüssigkeiten bei Normaldruck und 20–60°C erhalten, indem ein CO-Strom über Metallpulver geleitet wird. Kobaltcarbonyl wird bei 150–200°C und einem Druck (2–3) von 10 7 Pa erhalten. Das sind orangefarbene Kristalle. Darüber hinaus gibt es Carbonyle mit komplexerer Zusammensetzung: Fe (CO) 9 und dreikernige Carbonyle, die Verbindungen vom Clustertyp sind.

Alle Carbonyle sind diamagnetisch, da CO-Liganden (wie auch CN?) ein starkes Feld erzeugen, wodurch die Valenz-d-Elektronen des Komplexbildners über den Donor-Akzeptor-Mechanismus p-Bindungen mit CO-Molekülen eingehen. y-Bindungen werden aufgrund freier Elektronenpaare von CO-Molekülen und den verbleibenden freien Orbitalen des Komplexbildners gebildet:

Nickel(II) hingegen bildet viele stabile Komplexverbindungen: (OH) 2 , K 2 ; das 2+-Ion ist dunkelblau.

Diese Reaktion wird häufig in der qualitativen und quantitativen Analyse zur Bestimmung von Nickel verwendet. Verbindungen von Nickel und insbesondere Kobalt sind giftig.

Anwendung. Eisen und seine Legierungen bilden die Grundlage moderner Technik. Nickel und Kobalt sind wichtige Legierungszusätze in Stählen. Hitzebeständige Legierungen auf Nickelbasis (Nichrom enthaltend Ni und Cr usw.) werden weit verbreitet verwendet. Kupfer-Nickel-Legierungen (Melchior usw.) werden zur Herstellung von Münzen, Schmuck und Haushaltsgegenständen verwendet. Viele weitere nickel- und kobalthaltige Legierungen sind von großer praktischer Bedeutung. Insbesondere wird Kobalt als zähflüssiger Bestandteil der Werkstoffe für Zerspanungswerkzeuge verwendet, in die Partikel der außergewöhnlich harten Karbide MoC und WC eingestreut sind. Galvanische Nickelbeschichtungen von Metallen schützen diese vor Korrosion und verleihen ihnen ein schönes Aussehen.

Metalle der Eisenfamilie und ihre Verbindungen werden weitverbreitet als Katalysatoren verwendet. Eisenschwamm mit Zusätzen - ein Katalysator für die Synthese von Ammoniak. Hochdisperses Nickel (Raney-Nickel) ist ein sehr aktiver Katalysator für die Hydrierung von organischen Verbindungen, insbesondere von Fetten. Raney-Nickel wird durch Einwirken einer Alkalilösung auf die intermetallische NiAl-Verbindung erhalten, während Aluminium ein lösliches Aluminat bildet und Nickel in Form von winzigen Partikeln zurückbleibt. Dieser Katalysator wird unter einer Schicht aus organischer Flüssigkeit gelagert, da er im trockenen Zustand sofort durch Luftsauerstoff oxidiert wird. Kobalt und Mangan sind Teil des Katalysators, der Ölfarben zugesetzt wird, um deren „Trocknung“ zu beschleunigen.

Fe 2 O 3 -Oxid und seine Derivate (Ferrite) werden in der Funkelektronik häufig als magnetische Materialien verwendet.

Befindet sich in der vierten Periode.
Das Atomgewicht von Eisen beträgt 55,84, die Kernladung +26. Verteilung der Elektronen nach Energieniveaus (+26): 2, 8, 14, 2. Elektronische Konfiguration der äußeren und voräußeren Eisenschicht 3s23p63d64s2.

Also für ein Eisenatom zusätzlich zu zwei s-Elektronen der vierten äußeren Schicht gibt es sechs weitere d-Elektronen der dritten vorexternen Schicht. Von diesen d-Elektronen sind am aktivsten 4 ungepaart. Folglich sind 6 Elektronen besonders aktiv an der Bildung von Eisenvalenzbindungen beteiligt – 2 von den äußeren und 4 von den Voraußenschichten. Die häufigsten Oxidationsstufen von Eisen sind Fe +2 und Fe +3. Eisen ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente in der Natur. In Bezug auf die Prävalenz unter anderen Elementen rangiert es an vierter Stelle.

■ 57. Geben Sie anhand der Struktur des Eisenatoms sowie der Verteilung der Elektronen in den Orbitalen die möglichen Oxidationsstufen dieses Elements an.

Eisen im freien Zustand ist ein silbergrau glänzendes Metall mit einer Dichte von 7,87, einem Schmelzpunkt von 1535° und einem Siedepunkt von 2740°. Eisen hat ausgeprägte ferromagnetische Eigenschaften, d. h. es wird unter dem Einfluss eines Magnetfelds magnetisiert und behält nach Beendigung des Felds seine magnetischen Eigenschaften und wird selbst zu einem Magneten. Alle Elemente der Eisengruppe haben diese Eigenschaften.
Eisen ist seinen chemischen Eigenschaften nach ein sehr aktives Metall. In Abwesenheit von Feuchtigkeit verändert sich Eisen nicht an der Luft, aber wenn es Feuchtigkeit und Sauerstoff in der Luft ausgesetzt wird, unterliegt es einer starken Korrosion und wird mit einem losen Rostfilm bedeckt, der Eisen ist, der es nicht vor weiterer Oxidation schützt , und Eisen oxidiert allmählich in seiner gesamten Masse:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 · 2H2O
Eine Reihe von Methoden wurde entwickelt, um dieses wertvollste Metall vor Korrosion zu schützen.

In der Spannungsreihe steht Eisen links von Wasserstoff. In dieser Hinsicht ist es leicht der Einwirkung verdünnter Säuren ausgesetzt, die sich in ein Eisensalz verwandeln, zum Beispiel:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Eisen reagiert nicht mit konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure. Diese Säuren erzeugen einen so starken und dichten Oxidfilm auf der Oberfläche des Metalls, dass das Metall vollständig passiv wird und keine anderen Reaktionen mehr eingeht. Gleichzeitig weist Eisen in direkter Wechselwirkung mit so starken Oxidationsmitteln immer eine Oxidationsstufe von +3 auf:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Eisen reagiert mit überhitztem Dampf; Gleichzeitig wird es aus dem Wasser verdrängt und das glühende Eisen wird zu Oxid, und es ist immer entweder Eisenoxid FeO oder Eisenoxid Fe3O4 (Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
In reinem Sauerstoff erhitztes Eisen brennt heftig unter Bildung von Eisenzunder (siehe Abb. 40).

3Fe + 2O2 = Fe3O4

Eisen bildet beim Kalzinieren eine Legierung mit Kohlenstoff und gleichzeitig Eisencarbid Fe3C.

■ 58. Nennen Sie die physikalischen Eigenschaften von Eisen.
59. Was sind die chemischen Eigenschaften von Eisen? Geben Sie eine begründete Antwort.

Eisenverbindungen

Eisen bildet zwei Reihen von Verbindungen - Verbindungen Fe +2 und Fe +3. Eisen ist durch zwei Oxide gekennzeichnet - Oxid FeO und Oxid Fe2O3. Es ist zwar ein Mischoxid Fe3O4 bekannt, dessen Molekül zwei- und Eisen(III) ist: Fe2O3 · FeO. Dieses Oxid wird auch Eisenoxid oder Eisenoxid genannt.

Eisen(II)-Verbindungen sind weniger stabil als Oxid-O, und in Gegenwart eines Oxidationsmittels, selbst wenn es nur Luft ist, werden sie normalerweise zu Eisen(III)-Verbindungen. Beispielsweise ist Eisen(II)hydroxid Fe(OH) 2 ein weißer Feststoff, der jedoch nur dann in reiner Form erhalten werden kann, wenn die Lösungen der Reaktanten keinen gelösten Sauerstoff enthalten und wenn die Reaktion unter Ausschluss von Atmosphäre durchgeführt wird Sauerstoff:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Das Salz, aus dem Eisen(II)hydroxid gewonnen wird, darf natürlich nicht die geringste Verunreinigung mit oxidischen Verbindungen enthalten. Da es sehr schwierig ist, solche Bedingungen in einem gewöhnlichen Bildungslabor zu schaffen, wird Eisen(II)-hydroxid in Form eines mehr oder weniger dunkelgrünen gelatineartigen Niederschlags erhalten, was auf die fortschreitende Oxidation von Eisenverbindungen zu Eisen (III) hinweist. Wenn Eisen (II) -hydroxid längere Zeit an der Luft gehalten wird, verwandelt es sich allmählich in Eisen (III) -hydroxid Fe (OH) 3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Eisen sind typische unlösliche Hydroxide. Eisenhydroxid (II) hat basische Eigenschaften, während Fe (OH) 3 sehr schwach ausgeprägte amphotere Eigenschaften hat.

■ 60. Nennen Sie die Eigenschaften von Eisenoxid als typisches basisches Oxid. Geben Sie eine begründete Antwort. Schreiben Sie alle Reaktionsgleichungen in vollständiger und abgekürzter Ionenform.

61. Nennen Sie die Eigenschaften von Eisenhydroxid (II). Untermauern Sie Ihre Antwort mit Reaktionsgleichungen.

Unter den Eisen(II)-Salzen ist Eisensulfat FeSO4 · 7H2O von größter Bedeutung, das 7 Moleküle Kristallwasser enthält. Eisensulfat ist gut wasserlöslich. Es wird zur Bekämpfung von Schädlingen in der Landwirtschaft sowie bei der Herstellung von Farbstoffen eingesetzt.
Von den Eisensalzen ist das wichtigste Eisenchlorid FeCl3, ein sehr hygroskopischer orangefarbener Kristall, der während der Lagerung Wasser absorbiert und sich zu einer braunen Aufschlämmung ausbreitet.

Eisen(II)-Salze können beispielsweise beim Erhitzen mit Salpetersäure oder Kaliumpermanganat in Gegenwart von Schwefelsäure leicht in Eisen(III)-Salze umgewandelt werden:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Eine Oxidation von Fe +2 -Salzen in Fe +3 -Salze kann auch unter Einwirkung von Luftsauerstoff während der Lagerung dieser Verbindungen erfolgen, jedoch ist nur dieser Vorgang länger. Für die Erkennung von Fe 2+ - und Fe 3+ -Kationen werden sehr charakteristische spezifische Reagenzien verwendet. Um beispielsweise Eisen zu erkennen, nehmen sie rotes Blutsalz K3, das ihnen in Gegenwart von Eisenionen einen charakteristischen intensiv blauen Niederschlag von Turnbull-Blau verleiht:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
oder in ionischer Form
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
Zur Erkennung von Fe3+-Salzen wird eine Reaktion mit gelbem Blutsalz K4 verwendet:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
Dabei fällt ein intensiv blauer Niederschlag von Berliner Blau aus. Als Farbstoffe werden Preußischblau und Turnbullblau verwendet.
Darüber hinaus kann Eisen mit löslichen Salzen - Kaliumthiocyanat KCNS oder Ammoniumthiocyanat NH4CNS - erkannt werden. Wenn diese Substanzen mit Fe(III)-Salzen in Wechselwirkung treten, nimmt die Lösung eine blutrote Farbe an.

■ 62. Nennen Sie die Eigenschaften der Salze Fe +3 und Fe +2. Welche Oxidationsstufe ist stabiler?
63. Wie wandelt man Fe +2 Salz in Fe +3 Salz um und umgekehrt? Nenne Beispiele.

Die Reaktion verläuft nach der Gleichung:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
oder in ionischer Form
Fe 3+ + 3CNS - \u003d Fe (CNS),
Eisenverbindungen spielen eine wichtige Rolle im Leben von Organismen. Zum Beispiel ist es Teil des Hauptblutproteins - Hämoglobin, sowie grüner Pflanzen - Chlorophyll. Eisen gelangt hauptsächlich über die organische Substanz von Lebensmitteln in den Körper. Viel Eisen enthalten Äpfel, Eier, Spinat, Rüben. Als Arzneimittel wird Eisen in Form von Salzen organischer Säuren verwendet. Eisenchlorid dient als blutstillendes Mittel.

■ 64. Drei Reagenzgläser enthalten: a) Eisen(II)-sulfat, b) Eisen(III)-sulfat und c) Eisen(III)-chlorid. Wie kann man feststellen, welches Reagenzglas welches Salz enthält?
65. So führen Sie eine Reihe von Transformationen durch:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Gegeben sind: Eisen, Natronlauge. Wie erhält man nur mit diesen Stoffen Eisen(II)-hydroxid und Eisen(III)-hydroxid?
67. Eine Lösung, die Chrom(III)-chlorid und Eisen(III)-chlorid enthielt, wurde mit einem Überschuss an Alkali behandelt. Der entstandene Niederschlag wurde abfiltriert. Was bleibt auf dem Filter und was gelangt ins Filtrat? Geben Sie eine fundierte Antwort unter Verwendung der Reaktionsgleichungen in molekularer, vollständig ionischer und abgekürzter ionischer Form.

Eisenlegierungen

Eisen ist die Grundlage der Eisenmetallurgie und wird daher in großen Mengen abgebaut. Das neue Programm für den vollständigen Aufbau des Kommunismus sieht die Produktion von 250 Millionen Tonnen Stahl im Jahr 1980 vor. Das ist 3,8-mal mehr als 1960.
Eisen wird fast nie in reiner Form verwendet, sondern nur in Form von Legierungen. Die wichtigsten Eisenlegierungen sind sein Kohlenstoff - verschiedene Gusseisen und Stähle. Der Hauptunterschied zwischen Gusseisen und Stahl ist der Kohlenstoffgehalt: Gusseisen enthält mehr als 1,7 % Kohlenstoff, während Stahl weniger als 1,7 % enthält.

Von großer praktischer Bedeutung sind Ferrolegierungen (eine Legierung von Eisen mit Silizium), Ferrochrom (eine Legierung von Eisen mit Chrom) und Ferromangan (eine Legierung von Eisen mit Mangan). Ferrolegierungen sind Gusseisen mit mehr als 10 % Eisen und mindestens 10 % der entsprechenden Komponente. Außerdem enthalten sie die gleichen Elemente wie im Gusseisen. Ferrolegierungen werden hauptsächlich bei der "Desoxidation" von Stahl und als Legierungsverunreinigungen verwendet.
Unter Gusseisen werden Linear- und Roheisen unterschieden. Gießeisen wird zum Gießen verschiedener Teile verwendet, Roheisen wird zu Stahl eingeschmolzen, da es eine sehr hohe Härte hat und nicht verarbeitet werden kann. Roheisen ist weiß und Gießeisen ist grau. Roheisen enthält mehr Mangan.

Stähle sind Kohlenstoff und legiert. Kohlenstoffstähle sind in der Regel eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, während legierte Stähle Legierungszusätze enthalten, also Verunreinigungen anderer Metalle, die dem Stahl wertvollere Eigenschaften verleihen. verleiht dem Stahl Formbarkeit, Elastizität, Stabilität beim Härten sowie - Härte und Hitzebeständigkeit. Stähle mit Zirkonzusätzen sind sehr elastisch und duktil; Sie werden zur Herstellung von Panzerplatten verwendet. Manganverunreinigungen machen Stahl schlag- und reibfest. Bor verbessert die Schneideigenschaften von Stahl bei der Herstellung von Werkzeugstählen.
Manchmal verleihen selbst geringfügige Verunreinigungen seltener Metalle dem Stahl neue Eigenschaften. Wenn ein Stahlteil in Berylliumpulver bei einer Temperatur von 900-1000 ° C gehalten wird, nehmen die Härte des Stahls und seine Verschleißfestigkeit stark zu.
Chrom-Nickel oder, wie sie auch genannt werden, Edelstähle sind korrosionsbeständig. Schwefel- und Phosphorverunreinigungen sind für Stahl sehr schädlich – sie machen das Metall spröde.

■ 68. Welches sind die wichtigsten Ihnen bekannten Eisen?
69. Was ist der Hauptunterschied zwischen Stahl und Gusseisen?
70. Welche Eigenschaften hat Gusseisen und welche Arten von Gusseisen kennen Sie?
71. Was sind legierte Stähle und Legierungszusätze?

Domänenprozess

Roheisen wird durch Reduktionsschmelzen in Hochöfen hergestellt. Dies sind riesige, dreißig Meter hohe Bauwerke, die täglich mehr als 2.000 Tonnen Gusseisen produzieren. Das Schema der Hochofenvorrichtung ist in Abb. 1 dargestellt. 83.
Als Top wird der obere Teil des Hochofens bezeichnet, durch den die Charge geladen wird. Durch die Spitze der Ladung

Reis. 83. Schema der Vorrichtung eines Hochofens.

fällt in einen langen Schacht des Ofens, der sich von oben nach unten ausdehnt, was die Bewegung des geladenen Materials von oben nach unten erleichtert. Wenn sich die Charge zum breitesten Teil des Ofens bewegt - Dampf -, findet eine Reihe von Umwandlungen statt, wodurch Gusseisen entsteht, das in den Herd fließt - den heißesten Teil des Ofens. Hier sammelt sich Schlacke. Gusseisen und Schlacke werden durch spezielle Löcher im Herd, sogenannte Stichlöcher, aus dem Ofen entlassen. Durch den oberen Teil des Hochofens wird Luft in den Hochofen eingeblasen, was die Verbrennung des Brennstoffs im Ofen unterstützt.

Betrachten Sie die chemischen Prozesse, die beim Schmelzen von Eisen ablaufen. Die Beschickung eines Hochofens, d.h. der darin eingebrachte Stoffkomplex, besteht aus Eisenerz, Brennstoff und Zuschlägen bzw. Zuschlägen. Es gibt viele Eisenerze. Die Haupterze sind magnetisches Eisenerz Fe3O4, rotes Eisenerz Fe2O3, braunes Eisenerz 2Fe2O8 3H2O. Im Hochofenprozess wird Siderit FeCO3 und manchmal FeS2 als Eisenerz verwendet, das nach dem Brennen in Pyritöfen zu Fe2O3-Schlacke wird, die in der Metallurgie verwendet werden kann. Ein solches Erz ist aufgrund der großen Beimischung von Schwefel weniger wünschenswert. Im Hochofen werden nicht nur Gusseisen, sondern auch Ferrolegierungen erschmolzen. Der in den Ofen geladene Brennstoff dient gleichzeitig der Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur im Ofen und der Gewinnung von Eisen aus dem Erz und nimmt auch an der Bildung einer Legierung mit Kohlenstoff teil. Der Brennstoff ist in der Regel Koks.

Bei der Eisenverhüttung wird Koks vergast und dabei wie in einem Gasgenerator zunächst in Kohlendioxid und dann in Kohlenmonoxid umgewandelt:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
Das entstehende Kohlenmonoxid ist ein gutes gasförmiges Reduktionsmittel. Mit seiner Hilfe wird Eisenerz wiederhergestellt:
Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe
Zusammen mit eisenhaltigem Erz gelangen mit Sicherheit auch Abfallgesteinsverunreinigungen in den Hochofen. Sie sind sehr feuerfest und können einen Ofen verstopfen, der viele Jahre ununterbrochen läuft. Damit das Abfallgestein leicht aus dem Ofen entfernt werden kann, wird es in eine schmelzbare Verbindung umgewandelt und mit Flussmitteln (Flussmitteln) in Schlacke umgewandelt. B. Kalkstein enthaltendes Grundgestein in Schlacke zu überführen, das sich in einem Ofen gemäß der Gleichung zersetzt
CaCO3 = CaO + CO2
Sand hinzufügen. Sand bildet mit Calciumoxid ein Silikat:
CaO + SiO3 = CaSiO3
Dies ist eine Substanz mit einem unvergleichlich niedrigeren Schmelzpunkt. In flüssigem Zustand kann es aus dem Ofen entlassen werden.

Wenn das Gestein sauer ist und viel Siliziumdioxid enthält, wird im Gegensatz dazu Kalkstein in den Ofen geladen, der Siliziumdioxid in Silikat umwandelt, und als Ergebnis wird die gleiche Schlacke erhalten. Früher war Schlacke Abfall, heute wird sie mit Wasser gekühlt und als Baustoff verwendet.
Zur Aufrechterhaltung der Brennstoffverbrennung wird dem Hochofen kontinuierlich erwärmte, mit Sauerstoff angereicherte Luft zugeführt. Es wird in speziellen Lufterhitzern - Kiupern - erhitzt. Cowper ist ein hoher Turm aus feuerfesten Ziegeln, in dem heiße Gase aus dem Hochofen abgeführt werden. Hochofengase enthalten Kohlendioxid CO2, N2 und Kohlenmonoxid CO. Kohlenmonoxid verbrennt im Cowper und erhöht dadurch dessen Temperatur. Dann werden die Hochofengase automatisch zu einem anderen Cowper geleitet, und durch den ersten beginnt das Einblasen von Luft, die zum Hochofen geleitet wird. In einem Hot Cowper wird die Luft erwärmt und damit Brennstoff eingespart, der in großen Mengen für die Erwärmung der in den Hochofen eintretenden Luft aufgewendet würde. Jeder Hochofen hat mehrere Cowper.

■ 72. Wie ist die Zusammensetzung des Hochofeneinsatzes?
73. Nennen Sie die wichtigsten chemischen Prozesse, die beim Schmelzen von Eisen ablaufen.
74. Wie setzt sich Hochofengas zusammen und wie wird es in Cowpern verwendet?
75. Wie viel Gusseisen mit 4 % Kohlenstoff kann aus 519,1 kg magnetischem Eisenerz mit 10 % Verunreinigungen gewonnen werden?
76. Welche Menge Koks ergibt ein Kohlenmonoxidvolumen, das ausreicht, um 320 kg Eisenoxid zu reduzieren, wenn der Koks 97 % reinen Kohlenstoff enthält?
77. Wie sollte Siderit verarbeitet werden, damit daraus Eisen gewonnen werden kann?

Stahlschmelze

Stahl wird in drei Arten von Öfen geschmolzen - Regenerativöfen mit offenem Herd, Bessemer-Konverter und Elektroöfen.
Der Herdofen ist der modernste Ofen zum Erschmelzen der Hauptmasse Stahl (Bild 84). Ein Herdofen ist im Gegensatz zu einem Hochofen kein kontinuierlich arbeitender Ofen.

Reis. 84. Schema der Vorrichtung eines Herdofens

Sein Hauptteil ist ein Bad, in das die notwendigen Materialien von einer speziellen Maschine durch die Fenster geladen werden. Das Bad ist durch spezielle Durchgänge mit Regeneratoren verbunden, die dazu dienen, die dem Ofen zugeführten brennbaren Gase und Luft zu erhitzen. Die Erwärmung erfolgt aufgrund der Wärme der Verbrennungsprodukte, die von Zeit zu Zeit durch die Regeneratoren geleitet werden. Da es mehrere davon gibt, arbeiten sie der Reihe nach und heizen sich der Reihe nach auf. Ein Herdofen kann bis zu 500 Tonnen Stahl pro Schmelze produzieren.

Die Beschickung eines Herdofens ist sehr vielfältig: Die Zusammensetzung der Beschickung umfasst Roheisen, Schrott, Erz, Flussmittel (Flussmittel) gleicher Art wie im Hochofenprozess. Wie im Hochofenprozess werden bei der Stahlerzeugung Luft und brennbare Gase in Regeneratoren durch die Hitze der Abgase erhitzt. Der Brennstoff in Herdfeuerungen ist entweder durch Düsen versprühtes Heizöl oder brennbare Gase, die derzeit besonders häufig verwendet werden. Der Brennstoff dient hier nur dazu, eine hohe Temperatur im Ofen aufrechtzuerhalten.
Der Prozess des Stahlschmelzens unterscheidet sich grundlegend vom Hochofenprozess, da der Hochofenprozess ein Reduktionsprozess und das Stahlschmelzen ein oxidativer Prozess ist, dessen Zweck es ist, den Kohlenstoffgehalt durch Oxidation in der Masse zu reduzieren Metall. Die damit verbundenen Prozesse sind recht komplex.

Im Erz enthalten und dem Ofen zum Verbrennen von gasförmigem Brennstoff mit Luft zugeführt, oxidiert es sowie eine erhebliche Menge Eisen und wandelt es hauptsächlich in Eisenoxid (II) um: 2Fe + O2 \u003d 2FeO
In Gusseisen enthaltene Verunreinigungen anderer Metalle reduzieren bei hoher Temperatur das entstehende Eisen(II)-oxid wieder zu metallischem Eisen gemäß der Gleichung: Si + 2FeO \u003d SiO2 + 2Fe Mn + FeO \u003d MnO + Fe
Reagiert ähnlich mit Eisenoxid (II) und: C + FeO = Fe + CO
Am Ende des Prozesses, um das verbleibende Eisenoxid (II) wiederherzustellen (oder, wie sie sagen, um es zu "desoxidieren"), werden "Desoxidationsmittel" - Ferrolegierungen - hinzugefügt. Die darin enthaltenen Zusätze von Mangan und Silizium reduzieren das verbleibende Eisenoxid (II) nach obigen Gleichungen. Danach endet das Schmelzen. Das Schmelzen in Herdöfen dauert 8-10 Stunden.

Reis. 85. Bessemer-Konverter-Gerätediagramm

Bessemer-Konverter (Abb. 85) - ein älterer Ofentyp, aber mit sehr hoher Leistung. Da der Konverter ohne Kraftstoffverbrauch arbeitet, nimmt diese Methode der Stahlherstellung einen bedeutenden Platz in der Metallurgie ein. Der Konverter ist ein birnenförmiger Stahlbehälter mit einem Fassungsvermögen von 20-30 Tonnen, der von innen mit feuerfesten Steinen ausgekleidet ist. Jede Hitze im Konverter dauert 12-15 Minuten. Der Konverter hat eine Reihe von Nachteilen: Er kann nur mit flüssigem Eisen arbeiten. Dies liegt daran, dass die Oxidation von Kohlenstoff durch Luft erfolgt, die von unten durch die gesamte Masse flüssigen Eisens strömt, was das Schmelzen erheblich beschleunigt und die Intensität der Oxidation erhöht. Die "Verschwendung" von Eisen ist in diesem Fall natürlich besonders groß. Gleichzeitig erlaubt es die kurze Schmelzzeit nicht, es zu regulieren, Legierungsverunreinigungen hinzuzufügen, daher werden hauptsächlich Kohlenstoffstähle in Konvertern geschmolzen. Am Ende der Schmelze wird die Luftzufuhr gestoppt und wie beim Open-Hearth-Verfahren „Desoxidationsmittel“ zugegeben.

In Elektroöfen (Abb. 86) wird legierter Stahl besonderer Güten geschmolzen, hauptsächlich mit hoher Schmelztemperatur, der und andere Zusätze enthält. Fertiger Stahl wird zum Walzen geschickt. Dort verdichten sie auf riesigen Walzwerken – Vorblöcken und Brammen – glühende Stahlbarren mit Hilfe von Walzen, die es ermöglichen, aus einem Stahlbarren verschiedenste Formen herzustellen.

Abb. 86. Schema eines Lichtbogenofens. 1 - Elektroden, 2 - Ladefenster, 3 - Rutsche für die Stahlfreigabe, 4 - Drehmechanismus

Eisen in Form von Legierungen ist in der Volkswirtschaft weit verbreitet. Kein einziger Zweig der Volkswirtschaft kommt ohne sie aus. Um Eisenmetalle einzusparen, versucht man derzeit, diese möglichst durch Kunststoffe zu ersetzen.
Aus Eisenmetallen werden Werkzeugmaschinen und Autos, Flugzeuge und Werkzeuge, Beschläge für Stahlbetonkonstruktionen, Bleche für Blechkisten und Dachbleche, Schiffe und Brücken, landwirtschaftliche Maschinen und Träger, Rohre und eine ganze Reihe von Haushaltsprodukten hergestellt.

■ 78. Was ist der grundlegende Unterschied zwischen dem Stahlherstellungsprozess und dem Hochofenprozess?
79. Welche Öfen werden zum Schmelzen von Stahl verwendet?
80. Was sind Regeneratoren in einem Herdofen?

81. Spezifizieren Sie die Zusammensetzung der Charge eines Herdofens und ihren Unterschied zur Zusammensetzung der Charge eines Hochofens?
82. Was sind "Desoxidationsmittel"?
83. Warum wird das Schmelzen von Stahl als oxidatives Schmelzen bezeichnet?
84. Wie viel Stahl mit 1 % Kohlenstoff kann aus 116,7 kg Gusseisen mit 4 % Kohlenstoff gewonnen werden?
85. Wie viel Ferromangan mit 80 % Mangan wird benötigt, um 36 kg Eisenoxid zu „desoxidieren“?

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EISEN UND STROM Die Eigenschaften von Stählen sind vielfältig. Es gibt Stähle, die für einen langen Aufenthalt im Meerwasser ausgelegt sind, Stähle, die hohen Temperaturen standhalten und...

In der IB-Gruppe (Kupfergruppe) gibt es Übergangsmetalle Cu, Ag, Au, die eine ähnliche Elektronenverteilung aufweisen, die durch das Phänomen des "Durchbruchs" oder "Versagens" von Elektronen bestimmt wird.

Das Phänomen der "Leckage" ist eine symbolische Übertragung eines der beiden s-Valenzelektronen auf die d-Unterebene, was die ungleichmäßige Retention externer Elektronen durch den Kern widerspiegelt.

Der Übergang eines s-Elektrons auf das äußere Niveau führt zur Stabilisierung des d-Subniveaus. Daher können die Atome der IB-Gruppe je nach Anregungsgrad ein bis drei Elektronen zur Bildung einer chemischen Bindung abgeben. Dadurch können die Elemente der Gruppe IB Verbindungen mit den Oxidationsstufen +1, +2 und +3 bilden. Es gibt jedoch Unterschiede: Für Kupfer sind die stabilsten Oxidationsstufen +1 und +2; +1 für Silber und +1 und +3 für Gold. Die charakteristischsten Koordinationszahlen in dieser Gruppe sind 2, 3, 4.

Die Elemente der IB-Gruppe sind relativ inert. In der elektrochemischen Spannungsreihe stehen sie hinter Wasserstoff, was sich in ihrer schwachen Reduktionsfähigkeit äußert. Daher kommen sie natürlicherweise in der Natur vor. Sie gehören zu den ersten Metallen, die der antike Mensch fand und verwendete. Als Fossilien werden folgende Verbindungen gefunden: Cu 2 O - Cuprit, Cu 2 S - Chalkosin, Ag 2 S - Argentit, Akanthit, AgCl - Kerargyrit, AuTe 2 - Calaverit, (Au, Ag) Te 4 - Sylvanit.

In Gruppe IB nehmen die reduzierenden und basischen Eigenschaften von Kupfer zu Gold ab.

Chemische Eigenschaften von Verbindungen von Kupfer, Silber, Gold.

Silberoxid (I) wird durch Erhitzen von Silber mit Sauerstoff oder durch Behandeln von AgNO 3 -Lösungen mit Laugen erhalten:

2 AgNO 3 + 2KOH > Ag 2 O + 2KNO 3 + H 2 O

Silber(I)oxid löst sich leicht in Wasser, jedoch reagieren die Lösungen durch Hydrolyse alkalisch

Ag 2 O + H 2 O > 2 Ag + + 2OH -

in Cyanidlösungen wird es zu einem Komplex:

Ag20 + 4KSN + H20 > 2K [Ag(CN)2] + 2KOH

Ag 2 O ist ein starkes Oxidationsmittel. Oxidiert Chrom(III)-Salze:

3Ag 2 O + 2Cr(OH) 3 + 4NaOH > 2Na 2 CrO 4 + 6Ag + 5H 2 O,

sowie Aldehyde und Halogenkohlenwasserstoffe.

Die oxidierenden Eigenschaften von Silberoxid (I) bestimmen die Verwendung seiner Suspension als Antiseptikum.

In der elektrochemischen Reihe normaler Redoxpotentiale kommt Silber nach Wasserstoff. Daher reagiert metallisches Silber nur mit oxidierenden konzentrierten Salpeter- und Schwefelsäuren:

2Ag + 2H 2 SO 4 > Ag 2 SO 4 + 5O 2 + 2H 2 O

Die meisten Silbersalze sind leicht oder schlecht löslich. Praktisch unlösliche Halogenide, Phosphate. Silbersulfat und Silbercarbonat sind schlecht löslich. Lösungen von Silberhalogeniden zersetzen sich unter Einwirkung von Ultraviolett- und Röntgenstrahlen:

2AgCl -- hn > 2Ag + Cl 2

Noch empfindlicher gegenüber der Einwirkung von Ultraviolett- und Röntgenstrahlen sind AgCl-Kristalle mit einer Beimischung von Bromiden. Unter Einwirkung eines Lichtquants in einem Kristall treten Reaktionen auf

Вr -- + hн > Вг ° + e -

Ag + + e ~ > Ag°

2AgBr > 2Ag 0 + Br 2

Diese Eigenschaft von Silberhalogeniden wird bei der Herstellung von lichtempfindlichen Materialien, insbesondere fotografischen Filmen, Röntgenfilmen, genutzt.

Unlösliches Silberchlorid und Silberbromid lösen sich in Ammoniak zu Ammoniak auf:

AgCl + 2NH 3 > [Ag (NH 3 ) 2] Cl

Die Auflösung von AgCl ist möglich, weil Silberionen zu einem sehr starken Komplexion binden. Es verbleiben so wenige Silberionen in der Lösung, dass sie nicht ausreichen, um einen Niederschlag zu bilden, da das Produkt der Konzentrationen kleiner als die Löslichkeitskonstante ist.

Die bakteriziden Eigenschaften von AgCl werden in Präparaten zur Behandlung von Gasschleimhäuten genutzt. Zur Sterilisation und Konservierung von Lebensmitteln wird "Silberwasser" verwendet - destilliertes Wasser, das mit AgCl-Kristallen behandelt wurde.

Kupfer (I) bildet wie Silber unlösliche Halogenide. Diese Salze lösen sich in Ammoniak und bilden Komplexe:

CuCl + 2NH 3 > [Cu(NH 3 ) 2 ]Cl

Wasserunlösliche Oxide und Hydroxide von Kupfer (II), die basischer Natur sind und sich in Säuren lösen:

Cu (OH) 2 + 2 HCl + 4 H 2 O > [Cu (H 2 O) 6] Cl 2

Die resultierende Aquakation [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ verleiht den Lösungen eine hellblaue Farbe.

Kupfer(II)hydroxid löst sich in Ammoniak, bildet einen Komplex, der die Lösung blau färbt:

Cu (OH) 2 + 4NH 3 + 2H 2 O > [Cu (NH 3) 4 (H 2 O) 2] (OH) 2

Diese Reaktion dient einer qualitativen Umsetzung zu Kupfer(II)-Ionen.

Salze von Kupfer, Silber und Gold interagieren mit Alkalimetallsulfiden und Schwefelwasserstoff unter Bildung von wasserunlöslichen Niederschlägen - Ag 2 S, Cu 2 S, CuS, Au 2 S 3 .

Die hohe Affinität von Metallen der Gruppe IB zu Schwefel bestimmt die hohe M-S-Bindungsenergie und dies wiederum bestimmt die spezifische Natur ihres Verhaltens in biologischen Systemen.

Die Kationen dieser Metalle interagieren leicht mit Substanzen, die schwefelhaltige Gruppen enthalten. Beispielsweise reagieren Ag + - und Cu + -Ionen mit Dithiolenzymen von Mikroorganismen nach dem Schema:

Der Einschluss von Metallionen in die Zusammensetzung des Proteins inaktiviert Enzyme und zerstört Proteine.

Derselbe Mechanismus liegt der Wirkung von Arzneimitteln zugrunde, die Silber und Gold enthalten und in der Dermatologie verwendet werden.

Die häufigste Gold(III)-Verbindung ist AuCl 3 -Chlorid, das in Wasser gut löslich ist.

Goldoxid und -hydroxid (III) sind amphotere Verbindungen mit ausgeprägteren sauren Eigenschaften. Goldhydroxid (III) löst sich nicht in Wasser, löst sich aber in Alkalien unter Bildung eines Hydroxokomplexes:

AuO (OH) + NaOH + H 2 O > Na [Au (OH) 4]

Reagiert mit Säuren unter Bildung eines Säurekomplexes:

AuO (OH) + 2H 2 SO 4 > H [Au (SO 4) 2] + 2H 2 O

Für Gold und seine Analoga sind eine Vielzahl von Komplexverbindungen bekannt. Die berühmte Reaktion des Auflösens von Gold in „Königswasser“ (1 Volumen konz. HMO3 und 3 Volumen konz. HCl) ist die Bildung einer komplexen Säure:

Au + 4HCl + HNO 3 > H [AuCl 4] + NO + 2H 2 O

Kupfer wirkt im Körper in den Oxidationsstufen +1 und +2. Cu + - und Cu 2+ -Ionen sind Teil der aus Bakterien isolierten "blauen" Proteine. Diese Proteine ​​haben ähnliche Eigenschaften und werden Azurine genannt.

Kupfer (I) bindet stärker an schwefelhaltige Liganden und Kupfer (II) an Carboxyl-, Phenol- und Aminogruppen von Proteinen. Kupfer (I) ergibt Komplexe mit der Koordinationszahl 4. Es entsteht eine tetraedrische Struktur (bei gerader Zahl von d-Elektronen). Für Kupfer (II) beträgt die Koordinationszahl 6, sie entspricht der orthorhombischen Geometrie des Komplexes.