Kahdeksannen (rauta, rutenium, osmium, gassium), yhdeksännen (koboltti, rodium, iridium, meitnerium) ja kymmenennen (nikkeli, palladium, platina, darmstadtium) ryhmän alkuaineita tarkastellaan historiallisesti yhdessä niiden yhdistämisen yhteydessä yhdeksi kahdeksasosaksi. jaksollisen järjestelmän lyhytjaksoisen version ryhmä . Sen koostumukseen sisältyvät viidennen ja kuudennen ajanjakson alkuaineet (rutenium, osmium, rodium, iridium, palladium, platina) ovat jaloja, ja niitä esiintyy usein yhdessä metalliseosten muodossa, joissa platina on vallitseva, joten ne yhdistetään yleensä perheeksi platinametallit (platinoidit). Samoin rautaa, kobolttia ja nikkeliä käsitellään joskus erillisenä kolmikkona (rautatriadina). Platinametallien ehdottoman samankaltaisuuden vuoksi eri ryhmiin kuuluvien alkuaineiden, esimerkiksi osmiumin, rodiumin ja palladiumin, kemia eroaa merkittävästi, mutta samalla ryhmän samankaltaisten alkuaineyhdisteiden välillä on huomattava samankaltaisuus, esimerkiksi koboltti(III)ammoniaatit, rodium(III) ja iridium(III). Siksi happea sisältävien ja monimutkaisten yhdisteiden kemialliset ominaisuudet on kuvattu oppikirjassa ryhmittäin. Seitsemännen jakson alkuaineet gassium, meitnerium ja darmstadtium ovat radioaktiivisia ja niillä on lyhyt puoliintumisaika, ja niitä saadaan vain useiden kymmenien atomien määrä.

Rauta on yksi seitsemästä antiikin metallista, eli ihmiskunnan tuntema yhteiskunnan historian varhaisimmista jaksoista lähtien. Vaikka egyptiläiset ja foinikialaiset tiesivät jo kobolttiyhdisteiden kyvyn antaa lasille kirkkaan sinisen värin, itse alkuaineen yksinkertaisen aineen muodossa saatiin vasta vuonna 1735 saksalainen kemisti G. Brandt ja muutamaa vuotta myöhemmin ruotsalainen. metallurgi A.F. Cronstedt eristi nikkeliä kuparimalmista. Platinaa pidetään perinteisesti Ecuadorin intiaanien metallina, koska he käyttivät sitä korujen ja rituaalisten naamioiden valmistukseen ennen valloittajien saapumista. Ulospäin hopeaa muistuttava sulautuva metalli sai espanjalaisilta nimen platina, joka on deminutiivi sanasta "hopea". Pitkään aikaan metallille ei löytynyt käyttöä sen korkean kovuuden ja tulenkestävyyden vuoksi. Ensimmäistä kertaa englantilainen kemisti W. Wollaston onnistui saamaan muovattavaa platinaa vuonna 1805, joka paransi kuumataontaprosessia. Hänen ansioksi luetaan palladiumin (nimetty Pallas-asteroidin mukaan, löydetty vuonna 1802) ja rodiumin löytämisestä, joka on nimetty suolojen vaaleanpunaisen punaisen värin mukaan. Iridium (latinalaisesta iris - sateenkaari, yhdisteiden mukaan, joilla on kirkas väri eri väreillä) ja osmium (kreikan sanasta οσμη - haju, haihtuvan tetroksidin terävän epämiellyttävän hajun mukaan) eristettiin pian käsittelyn jälkeen jäljelle jääneestä jauheesta. raaka platina ja aqua regia. Vuonna 1844 Kazanin yliopiston kemian professori Klaus eristi ruteenin, jonka hän nimesi Venäjän mukaan, hänelle lähetetystä Ural-malmista.

Superraskaat platinametallit ovat radioaktiivinen kaasusium, meitnerium ja darmstadtium. Nämä elementit hankittiin 1980-1990-luvuilla. supervoimakkaassa ydinkiihdyttimessä Darmstadtissa (Saksa) reaktioista

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 nimettiin Hessenin maan mukaan, jossa Darmstadtin kaupunki sijaitsee, meitnerium - australialaisen tiedemiehen Lise Meitnerin kunniaksi, joka tutki uraanin ytimien fissioreaktioita, ja darmshadtium Darmstadtin kunniaksi. IUPAC-komissio hyväksyi viimeisen elementin nimen vuonna 2003.

Kahdeksannen ryhmän elementeillä on yhteinen elektroninen konfiguraatio perustilassa (n – 1)d 6 ns 2 on rikki ruteenissa "elektronin liukumisen" vuoksi. Samanlaisia ​​ilmiöitä esiintyy rodiumatomissa, joka kuuluu yhdeksänteen ryhmään ja jolla on yhteinen elektronikonfiguraatio (n - 1) d 7 ns 2 . Kymmenennen ryhmän elementtien joukossa kokoonpano (n – 1)d 8 ns 2 havaitaan vain nikkeliatomissa: perustilassa olevassa platinassa tapahtuu yksi elektronin "läpimurto" ja palladiumissa - kaksi, mikä johtaa d-kuoren täydelliseen valmistumiseen (taulukko 6.1).

Taulukko 6.1.

Jotkut kahdeksannen - kymmenennen ryhmän elementtien ominaisuudet.

Ryhmä	kahdeksas	yhdeksäs	Kymmenes
Ydin lataus	26 Fe	44 Ru	76 Os	27Co	45 Rh	77 Ir	28 Ni	46 Pd	78 Pt
Luonnollisten isotooppien lukumäärä
Elektroninen konfigurointi	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
Metallin säde, nm	0.126	0.134	0.135	0.125	0.134	0.136	0.124	0.137	0.139
Ionisaatioenergia, kJ/mol,	I 1 I 2 I 3 I 4 I 5		(4500) (6100)	(1600) (2400) (3900) (5200)		(4400) (6500)	(1680) (2600) (3800) (5500)		(4700) (6300)	(2800) (3900) (5300)
Ionisäde, 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
Elektronegatiivisuus Paulingin mukaan	1.83	2.2	2.2	1.88	2.28	2.20	1.91	2.20	2.28
Elektronegatiivisuus Allred-Rochowin mukaan	1.64	1.42	1.52	1.70	1.45	1.55	1.75	1.35	1.44
Hapetustilat	(–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)

* matalassa spin-tilassa

Ryhmien 8–10 elementtien ominaisuuksien muutosmallit jaksoa pitkin ja ryhmän poikki liikkuessa noudattavat luvussa 1 käsiteltyjä yleisiä lakeja. Kahdeksannen ja yhdeksännen ryhmän ensimmäiset ionisaatioenergiat pienenevät siirryttäessä 3d-metallista 4d:hen. (Taulukko 6.1.), mikä johtuu atomisäteen kasvusta ja valenssielektronien poistumisesta ytimestä. E 1:n lisäkasvu kuudennen jakson d-metalleihin siirtyessä selittyy 4f-alatason täyttöön liittyvillä seulontavaikutuksilla. Yleinen kuvio ei päde kymmenennen ryhmän elementteihin johtuen nikkeliatomin d-orbitaalien merkittävästä stabiloitumisesta, joka johtuu elektronien kaksinkertaisesta "läpimurrasta".

Rautatriadin metalleilla, kuten muillakin 3d-sarjan elementeillä, joilla on pieni atomisäde ja suhteellisen pienet d-orbitaalit, joilla on merkityksetön limitysaste, on paljon korkeampi kemiallinen aktiivisuus verrattuna platinametalleihin. Toisin kuin ne, rauta, koboltti ja nikkeli syrjäyttävät vedyn happoliuoksista ja hapettuvat ilmassa. Niille eivät ole ominaisia ​​klusteriyhdisteet, jotka muodostuessaan usein osoittautuvat epästabiiliksi ilmassa ja vesiliuoksessa. Yleisesti ottaen platinametalleja voidaan pitää kemiallisesti vähiten aktiivisina metalleina suhteellisen alhaisen (verrattuna siirtymärivien alussa oleviin d-alkuaineisiin) atomisäteen ja d-orbitaalien suuren päällekkäisyyden vuoksi. Näistä vain osmium pystyy olemaan suoraan vuorovaikutuksessa hapen kanssa, ja vain palladium reagoi väkevän typpihapon kanssa. Yleisesti platinametalleille on tunnusomaista kompleksiyhdisteet, mukaan lukien kompleksit π-akseptoriligandien (hiilimonoksidi, alkeenit, alkadieenit) kanssa, hydridit, jotka ovat usein stabiileja myös vesiliuoksessa, ja klusterit. Muiden raskaiden siirtymämetallien tapaan platinoideilla on korkea hapetusaste, jopa +8 (OsO 4). Korkeampien hapetusasteiden stabiilius kasvaa ryhmissä alaspäin (Alaviite: Katsaus platinametallien kemiasta hapetustiloissa +4:stä +8:aan, katso D.J. Gulliver, W. Levason, Coord. Chem. Rev., 1982, 46 , 1).

Jaksoa pitkin liikkuessa valenssielektronien lukumäärän kasvaessa ja niiden pariutumisen myötä d-alataso stabiloituu ja korkeampien hapetustilojen stabiilius laskee. Rauta voidaan siis hapettaa vesiliuoksessa ferratoimaan FeO 4 2–, joka sisältää metalliatomin hapetustilassa +6, koboltti ja nikkeli saavat näissä olosuhteissa hapetusasteen +3. Korkeimmat hapetusasteet ovat vakaimpia kahdeksannen ryhmän alkuaineissa - raudassa (+6), ruteniumissa (+8) ja osmiumissa (+8) (Alaviite: Rautayhdisteiden valmistuksesta on tietoa hapetustilassa +8 : Katso Kiselev Yu. Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Doklady AN SSSR, 1987, v. 292, nro 3, s. 628). Näillä metalleilla on alhaisimmat hapetusasteet yhdisteillä, joissa on π-akseptoriligandeja, esimerkiksi karbonyyleissä: K 2 , K. Vakaimman hapetusasteen arvo laskee monotonisesti jaksoa pitkin liikkuessaan: raudalla hapetusaste on + Kuviossa 3 kobolttia esiintyy vesiliuoksissa pääasiassa hapetustilassa +2 ja +3 komplekseissa nikkeliä yksinomaan hapetustilassa +2. Tämä on yhdenmukainen kolmannen ionisaatioenergian kasvun kanssa sarjassa Fe - Co - Ni (taulukko 6.1.). Ni 2+ -ionit kestävät ilman hapen hapettumista missä tahansa pH:ssa, koboltti(II)-suolat ovat stabiileja happamissa ja neutraaleissa väliaineissa ja hapettuvat OH-ionien läsnä ollessa, rauta(II) muuttuu rauta(III):ksi hapen vaikutus (E 0 ( O 2 /H 2 O) = 1,229 B, pH = 0 ja 0,401 B, pH = 14) millä tahansa pH:lla. Triadin metallien pelkistävä aktiivisuus laskee myös liikkuessaan 3d-sarjaa pitkin (taulukko 6.2.).

Taulukko 6.2. Rautatriadielementtien standardielektrodipotentiaalit M(III)/M(II) ja M(III)/M(0)

Muutos hapetustiloissa, jotka ovat stabiileja vesiliuoksissa, voidaan esittää kaaviona:

Taulukossa on esimerkkejä 8 - 10 ryhmän alkuaineiden yhdisteistä, joilla on eri hapetusaste. 6.3. Ioneille, joiden elektroniset konfiguraatiot ovat d 3 (Ru +5), d 5 (Fe +3,) ja d 6 (Fe +2, Co +3, Rh +3, Ir +3), oktaedrikompleksit ovat ominaisia, konfiguraatioille d 4 (Ru +4, Os +4) ja d 7 (Co +2) ovat tetragonaalisesti vääristyneitä oktaedrisiä, jotka johtuvat Jahn-Teller-ilmiöstä, d 8:lle - oktaedri (Ni +2 heikon ja keskikentän ligandeilla) - tai neliön tasomainen (Pd+2, Pt+2 ja myös Ni+2 vahvoilla kenttäligandeilla). Tetraedrisen geometrian omaavia molekyylejä ja ioneja syntyy, kun metalli-ionit ovat vuorovaikutuksessa bulkkiligandien (PR3, Cl–, Br–, I–) kanssa tai kun d-alataso on täysin täytetty (d10, Pd0, Rh–1, Ru–2).

Peräkkäinen atomi- ja ionisäteiden pieneneminen jakson varrella johtaa maksimikoordinaatiolukujen asteittaiseen laskuun raudan 10:stä (ferroseenissa) koboltin 8:aan (2–) ja nikkelin 7:ään (makrosyklisten kompleksien kanssa). ligandit). Raudan raskaat analogit - rutenium ja osmium lisäävät myös harvoin koordinaatiolukua enemmän kuin kuusi. Platina(II):lle ja palladium(II):lle, joilla on elektroninen konfiguraatio d8, ovat tyypillisimpiä neliömäiset tasomaiset kompleksit, joiden koordinaatioluku on 4.

Toinen seuraus ionisäteiden vähenemisestä on hydroksidien M(OH) 2 liukoisuustuotteen arvojen tietty lasku ja siten niiden emäksisyysvakiot liikkuessaan 3d-sarjaa pitkin:

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

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

Suolojen hydrolyysiaste samannimisten anionien kanssa myös kasvaa samaan suuntaan. Tämä johtaa siihen, että kun mangaani(II)- ja rauta(II)suoloja käsitellään keskimääräisellä natriumkarbonaattiliuoksella, keskimääräiset karbonaatit saostuvat ja koboltti- ja nikkeli-ionit muodostavat näissä olosuhteissa emäksisiä suoloja. 3d-metallikationien Pearson-pehmeyden lisääntyminen niiden liikkuessa d-alatason täyttyessä ja ionisäteiden väheneminen aiheuttaa M-S-sidoksen vahvistumisen verrattuna M-O:han. Tämä kuvaa selvästi monotonista muutosta sulfidien liukoisuustuotteissa:

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

Siten mangaani ja rauta esiintyvät luonnossa pääasiassa happiyhdisteiden muodossa, ja sen jälkeen polysulfidimalmeissa rauta, koboltti, nikkeli ja kupari.

Taulukko 6.3. Molekyylien ja ionien hapetustilat, elektroniset konfiguraatiot, koordinaatioluvut (C.N.) ja geometria

Sähköinen konfigurointi	K.Ch.	Geometria	Kahdeksas ryhmä	Yhdeksäs ryhmä	Kymmenes ryhmä
Hapetustila	Esimerkkejä	Hapetustila	Esimerkkejä	Hapetustila	Esimerkkejä
d 10		tetraedri	–2	2– , M = Fe, Ru, Os	–1	– , M = Co, Rh		Ni(CO)4, M(PF3)4, M = Pd, Pt
d9		trigonaalinen bipyramidi	–1	2–		–	+1	–
–	Co2(CO)8, M4(CO)12, M = Rh, Ir	–
	oktaedri
d8		oktaedri		–	+1	–	+2	2+ , 3+
	trigonaalinen bipyramidi		,	3–
–	–	2–
	tetraedri
–	RhCl(PPh 3) 2	2–. 2– , M = Pd, Pt
	neliö-
d7		oktaedri	+1	+	+2	2+, Rh2 (CH3COO)4 (H20)2	+3	3– , M = Ni, Pd
	tetraedri		–	2–	–
d6		tetraedri	+2	2–	+3	5–	+4	2– , 2– , M = Pd, Pt
	oktaedri	2+ , 4–	3+	–
d5		tetraedri	+3	–	+4	–	+5	–
	oktaedri	3+ , 3–	2– , 2– , M = Co, Rh	–
d4		tetraedri	+4		+5	–	+6	PTF 6
	oktaedri	2– , M = Ru, Os	– , M = Rh, Ir	–
d3		tetraedri	+5	3– , – , M = Ru, Os	+6	MF6, M = Rh, Ir
d2		tetraedri	+6	2– , 2– ,		–
d1		tetraedri	+7	– , M = Ru, Os		–
	oktaedri	OsOF 5	–
	viisikulmainen bipyramidi	OSF 7	–
d0		tetraedri	+8	MO4, M = Ru, Os		–

LISÄYS. Raudan biokemia.

Vaikka aikuisen kehossa on vain noin 4 g rautaa, sillä on tärkeä rooli hapen siirtymisessä kudoksiin ja soluihin, hiilidioksidin poistoon ja oksidatiiviseen fosforylaatioon. Kolme neljäsosaa kehon rautaatomeista on hemoglobiinin muodossa, joka koostuu raudan porfyriinikompleksista, jota kutsutaan hemiksi ja proteiiniglobiiniksi. Hemoglobiini kuljettaa happea kehon kudoksiin, ja siihen liittyvä proteiini myoglobiini, jolla on yksinkertaisempi rakenne ja toisin kuin hemoglobiinilla ei ole kvaternaarista rakennetta, määrää kudosten kyvyn varastoida happea. Hemoglobiinia löytyy punasoluista ja myoglobiinia lihaskudoksesta. Molemmilla yhdisteillä on punainen väri, koska niissä on +2 hapetustilassa rautaatomi, ja raudan hapettuminen johtaa niiden biologisen aktiivisuuden menettämiseen! Proteiinirakenteessa hemi sijaitsee kahden polypeptidiketjun muodostaman heliksin välisessä raossa. Porfyriinikompleksi varmistaa rautaatomin neliömäisen tasomaisen koordinaation porfyriinisyklin neljän typpiatomin kanssa. Lähimpään polypeptidiketjuun kuuluvan histidiiniaminohapon imidatsolirenkaan typpiatomi täydentää raudan koordinaatiolukua viiteen. Siten hemoglobiinin hapettamattomassa muodossa rautaatomin koordinaatiosfäärin kuudes paikka jää tyhjäksi. Tässä happimolekyyli tulee sisään. Kun happea lisätään, rautaatomi poistuu porfyriinisyklin tasosta 0,02 nm verrattuna deoksimuotoon. Tämä johtaa konformaatiomuutoksiin polypeptidiketjujen järjestelyssä. Tässä tapauksessa kompleksista tulee diamagneettinen johtuen rautaatomin siirtymisestä matalan spinin tilaan:

Valtimoveri sisältää pääosin oksihemoglobiinia, ja kun sen sisältämät happimolekyylit siirtyvät myoglobiiniksi, veren väri tummenee - tämä osoittaa hemin palautumisen aiempaan deoksimuotoonsa. Hemoglobiini ei ainoastaan ​​kuljettaa happea keuhkoista perifeerisiin kudoksiin, vaan myös nopeuttaa hiilidioksidin kuljetusta kudoksista keuhkoihin. Välittömästi hapen vapautumisen jälkeen se sitoo noin 15 % vereen liuenneesta CO 2:sta.

CO-molekyyli pystyy muodostamaan vahvemman kompleksin hemin kanssa kuin happimolekyyli, mikä estää sen kulkeutumisen keuhkoista kudoksiin. Tästä syystä hiilimonoksidin hengittäminen johtaa kuolemaan hapen puutteesta. Syanidi-ionilla on myös samanlainen rooli, vaikka sen myrkyllisyys johtuu pääasiassa vuorovaikutuksesta muiden rautaa sisältävien hemoproteiinien - sytokromien - kanssa. Sytokromit osallistuvat oksidatiiviseen fosforylaatioon - mitokondrioissa tapahtuvaan pyruvaatin hapettumiseen, joka muodostuu hiilihydraattien ensisijaisen hapettumisen aikana. Tässä prosessissa vapautuva energia varastoidaan ATP-molekyylin korkeaenergisiin sidoksiin. Monimutkaisessa oksidatiivisen fosforylaation ketjussa sytokromit a, b ja c ovat elektronien kantajia entsyymistä toiseen ja lopulta hapelle. Tässä tapauksessa rautaatomi muuttaa jatkuvasti hapetustilaansa.

Tutkituin on sytokromi P 450, joka on heemi, joka eroaa hemoglobiinin hemistä joukolla substituentteja ja sisältää rautaa +3, jota koordinoi vesimolekyyli ja rikkiatomi, joka kuuluu aminohappoon kysteiini (kuva 6.1). Malli sytokromi P 450:n aktiivisesta keskuksesta, jota ympäröi molekyylin proteiiniosa) . Sen tehtävänä on hydroksyloida keholle vieraita lipofiilisiä yhdisteitä, jotka muodostuvat sivutuotteina tai tulevat kehoon ulkopuolelta:

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

Ensimmäisessä vaiheessa (Kuva 6.2. Sytokromi P 450:n katalyyttinen sykli). Sytokromi kiinnittää substraattimolekyylin, joka sitten (vaihe 2) pelkistetään toisella entsyymillä. Kolmas vaihe on hapen lisääminen, samanlainen kuin edellä hemoglobiinille kuvattu. Tuloksena olevassa matalakierroksisessa rautakompleksissa koordinoitu O2-molekyyli pelkistyy peroksidi-ioniksi (vaihe 4), joka molekyylinsisäisen elektroninsiirron seurauksena johtaa oksoferryylikompleksiin, joka sisältää rautaa hapetustilassa +5 (vaihe 5). ). Kun se palautetaan, hapettunut substraatti erotetaan ja sytokromi siirtyy alkuperäiseen tilaansa (vaihe 6).

Hemi muodostaa myös perustan katalaaseille ja peroksidaaseille, entsyymeille, jotka katalysoivat hapettumisreaktioita vetyperoksidin kanssa. Yksi katalaasimolekyyli sekunnissa pystyy aiheuttamaan 44 000 H 2 O 2 -molekyylin hajoamisen.

Oksidatiiviseen fosforylaatioon sytokromien ohella osallistuvat ferredoksiinit - rauta-rikkiproteiinit, joiden aktiivinen keskus on klusteri, joka sisältää rautaatomin, sulfidisiltoja ja kysteiiniaminohappojäännöksiä (Kuva 6.3. Bakteeriferredoksiinin rakenne (kuva 6.3). a), ferredoksiinin aktiivinen keskus (b)). Bakteereista löytyvillä ferredoksiineilla, jotka sisältävät kukin kahdeksan rauta- ja rikkiatomia, on keskeinen rooli ilmakehän typen sitoutumisprosesseissa. Bakteeriferredoksiinimolekyylistä löydettiin kaksi identtistä Fe 4S 4 -ryhmää, jotka olivat kuution muotoisia ja sijaitsevat 1,2 nm:n etäisyydellä toisistaan. Nämä kaksi klusteria sijaitsevat ontelossa, jonka muodostavat toisiinsa kytketyt aminohappoketjut. Nitrogenaasin koostumus (ks. s. 169, osa 2) sisältää myös proteiineja, joiden molekyylipaino on noin 220 tuhatta ja jotka sisältävät kaksi molybdeeniatomia ja jopa 32 rautaatomia. (R. Murray, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell, Human Biochemistry, M., Mir, 1993).

LISÄYKSIKÖN LOPPU

6.2. 8-10 ryhmän yksinkertaisten aineiden jakelu luonnossa, tuotanto ja käyttö.

Ryhmien 8-10 alkuaineiden joukossa luonnossa esiintyvyyden kannalta kiistaton johtaja on rauta, tarkemmin sanottuna sen isotooppi 56 Fe, jonka ytimillä on suurin protonien ja neutronien sitoutumisenergia ja siksi ne ovat erittäin stabiileja. .

Itse asiassa rautaatomien lukumäärä universumissa ylittää merkittävästi jaksollisen järjestelmän minkä tahansa viereisen alkuaineen atomien lukumäärän ja on lähellä vetyä ja heliumia. Esimerkiksi Auringossa vetypitoisuuden arvioidaan olevan 1 × 10 12 tavanomaista yksikköä, heliumin - 6,31 × 10 10 ja raudan - 3,16 × 10 17. Tämä johtuu siitä, että nuklidin 56 Fe ydin kuuluu taikuuden määrään, eli sillä on täysin täytetty ydinkuoret. Kun ytimessä olevien nukleonien määrä kasvaa, sitoutumisenergia nukleonia kohti kasvaa ensin nopeasti saavuttaen maksiminsa juuri rautaytimessä ja laskee sitten vähitellen (Kuva 6.4. Sitoutumisenergia nukleonia kohti atomiluvun funktiona (R.J. Theiler, Origin Chemical elements, M., Mir, 1975).

Maankuoren pitoisuuden mukaan rauta on neljännellä sijalla (4,1 %), toiseksi hapen, piin ja alumiinin jälkeen, nikkeli (8 × 10 -3 %) on toisella kymmenellä, koboltti (2 × 10 -3). %) - kolmannessa ja platinametallit ovat harvinaisia ​​(Ru 10–7%, Pt 10–7%, Pd 6 × 10–8%, Rh 2 × 10–8%, Os 10–8%, Ir 3 × 10-10 %). Maankuoressa rautaa edustavat pääasiassa hematiitti Fe 2 O 3 (punainen rautamalmi), magnetiitti Fe 3 O 4 (magneettinen rautamalmi), limoniitti Fe 2 O 3 ×xH 2 O (ruskea rautamalmi), sideriitti FeCO 3 (raudaspari, rautamalmi), ilmeniitti FeTiO 3 ja rikkipitoinen mineraalipyriitti FeS 2 (rautapyriitit). Yleensä tunnetaan yli 300 rautaa sisältävää mineraalia. Huomattava määrä rautaa on osa erilaisia ​​kiviä muodostavia silikaatteja ja alumiinisilikaatteja. Sään aikana rautayhdisteet, pääasiassa rauta(III)oksidi ja oksohydroksidi, joutuvat kvartsihiekkaan, saveen ja maaperään antaen niille kellanruskean, maanläheisen värin. Meteorista alkuperää olevaa rautaa löytyy maapallolta vapaassa muodossa, usein seoksena nikkelin kanssa. Alkuperäinen rauta tunnetaan myös hiutaleina tai pienten lehtien muodossa basalttien välissä. Vain toisinaan se muodostaa erillisiä paloja. Tällaiset löydöt ovat niin harvinaisia, että kivi- ja pronssikaudella niistä valmistettuja työkaluja arvostettiin paljon enemmän kuin kultaa. Maan vaippa sisältää merkittäviä määriä rautaa spinellien, silikaattien ja oksidien muodossa. Uskotaan, että rauta, johon on sekoitettu nikkeliä ja rikkiä, on pääosa maan ytimestä. Kuun pintakerroksessa rautapitoisuus on 0,5 %.

Raudan saaminen rautamalmista oli rautakauden alku. Rautaoksidien pelkistämiseen kivihiilellä tarvitaan yli 1400 °C lämpötila, jota tavallinen tuli ei pystyisi tarjoamaan. Siksi rautamalmeja ei ollut yhteiskunnan kehityksen alkuvaiheessa saatavilla metallituotannon raaka-aineena. Ihmisten täytyi rajoittua vain satunnaisiin meteoriittiseen raudan löytöihin. Ensimmäisen vuosituhannen alussa eKr. 1700-luvulla hallittiin malmin talteenoton raakatyöstömenetelmä, joka perustui takomaan - savella päällystetyistä kivistä tehdyn rakenteen - käyttöön. Takon seiniin jätettiin reikiä, joihin ruiskutettiin ilmaa erityisten saviputkien - suuttimien - kautta turkiksi kutsuttujen nahkapussien avulla. Uuniin kaadettiin hiiltä ja rautamalmia, ja päälle sytytettiin tuli. Tuloksena oleva metalli hitsattiin kritsaksi - huokoiseksi massaksi, josta tuotteet saatiin takomalla. Masuunituotanto on tullut korvaamaan raakataikinamenetelmän. Tämä tapahtui uunin korkeuden nousun seurauksena, mikä vaati myös juoksutteiden - erityisten lisäaineiden, jotka muodostavat matalassa lämpötilassa sulavia kuonaa malmin sisältämän jätekiven kanssa, lisäämistä. Koska masuunissa, toisin kuin tulisijassa, sula metalli on pitkään kosketuksessa hiilen kanssa, se hiilettyy ja muuttuu valuraudaksi. Tämä vaatii ylimääräisen toimenpiteen valuraudan "uudelleenjakamiseksi" teräkseksi ja raudaksi. Ensimmäiset masuunit ilmestyivät Alankomaissa 1300-luvun lopulla - 1400-luvun alussa, 1500-luvulla ne saavuttivat 4 - 5 metrin korkeuden. Venäjällä masuunien tuotanto syntyi 1600-luvulla ja 1600-luvulla. ensi vuosisadalla se kehitettiin Uralilla.

Lisäys. Kaavio rauta-hiilijärjestelmän tilasta.

Fe-C-järjestelmän tilakaavio alueella 6,5 ​​painoprosenttiin asti. Kuvassa 6.5 a esitetty % C on tärkeä metallurgiassa eri teräs- ja valurautalaatujen kohdennetussa tuotannossa. Puhdas rauta kiteytyy kolmessa muunnelmassa, α, γ ja δ, joista jokainen liuottaa tietyn määrän hiiltä ja on stabiili tietyllä lämpötila-alueella. Näissä muunnelmissa olevia kiinteitä hiilen liuoksia, α-Fe, γ-Fe ja δ-Fe-C, kutsutaan vastaavasti α-ferriitiksi, γ-austeniitiksi ja δ-ferriitiksi. α-Fe:llä ja δ-Fe:llä on kuutiomainen vartalokeskeinen hila ja γ-Fe:llä on kuutiopintainen hila. Hiilen liukoisuus on suurin austeniitissa (γ-Fe).

Sulat, jotka sisältävät enintään 1,75 paino-% % C, nopean jäähdytyksen jälkeen 1150 °C:seen, ne ovat homogeeninen kiinteä liuos - austeniitti. Näistä seoksista valmistetaan terästä. Suloissa, jotka sisältävät yli 1,75 % C 1150°C:een jäähdytyksen jälkeen, on kiinteän austeniitin lisäksi myös pisteen A koostumukseltaan nestemäistä eutektiikkaa (kuva 6.5.a) Alle 1150°C:een jäähtyessään se kiteytyy ja täyttää austeniittikiteiden välisen tilan. Tuloksena olevat kiinteät järjestelmät ovat valurautaa. Olosuhteista riippuen eutektiikka voi kiteytyä kahdella tavalla. Nopeasti jäähtyessään jähmettynyt ektektiikka koostuu austeniittikiteistä ja epästabiileista Fe 3 C -kiteistä, joita kutsutaan sementiitiksi. Hitaalla jäähdytyksellä muodostuu austeniittikiteiden ja stabiilin grafiitin seos. Valurautaa sisältävää sementiittiä kutsutaan valkoiseksi ja grafiittia sisältävää harmaaksi. Austeniitista ja sementiitistä jähmettynyttä eutektiikkaa kutsutaan ledeburiittiksi, ja vain ledeburiittia vapautuu sulatuksesta, joka sisältää 4,3 % C.

Kun austeniitti jäähtyy alle 1150 o C:een, se uudelleenkiteytyy. Kiinteistä liuoksista, jotka sisältävät alle 0,9 paino-% % C, α-Fe-ferriittiä vapautuu ensin (katso lisäosa kuvassa 6.5.a) ja liuoksista, jotka sisältävät yli 0,9 painoprosenttia. % C, vapautuu ensisijaisesti sementiittiä, jota kutsutaan toissijaiseksi sementiitiksi. Molemmissa tapauksissa jäljellä olevan kiinteän liuoksen koostumus lähestyy eutektoidipistettä B. Tässä vaiheessa ferriitti- ja sementiittikiteet saostuvat samanaikaisesti ohutkerroksisessa seoksessa, jota kutsutaan perliittiksi. 0,9 % C:tä sisältävä sulate voi jäähtyessään muodostaa puhdasta perliittiä, joka ei sisällä suuria aikaisemmin saostuneita ferriitti- tai Fe 3 C -kiteitä.

Säätämällä alkusulan koostumusta, jäähdytysnopeutta ja kuumennusaikaa kaaviosta valituissa lämpötiloissa on mahdollista saada lejeerinkejä, joilla on erilainen mikrorakenne, koostumus, orientaatio ja jännitykset kiteissä. Jos sitten tuloksena oleva järjestelmä jäähdytetään erittäin nopeasti (sammutetaan), kaikki muut muutokset estyvät voimakkaasti ja luotu rakenne säilyy, vaikka se osoittautuukin termodynaamisesti epävakaaksi. Tämä on tapa saada eri teräslaatuja.

Riisi. 6.5 Rauta-hiilijärjestelmän vaihekaavio

LISÄYKSIKÖN LOPPU.

Tällä hetkellä rautamalmia pelkistetään koksilla masuuneissa, kun taas sula rauta reagoi osittain hiilen kanssa muodostaen rautakarbidia Fe 3 C:tä (sementiittiä) ja liuottaa sen osittain. Kun sula jähmettyy, valurauta. Teräksen valmistukseen käytettyä valurautaa kutsutaan harkkoraudaksi. Teräs, toisin kuin valurauta, sisältää vähemmän hiiltä. Valuraudan sisältämä ylimääräinen hiili on poltettava pois. Tämä saavutetaan ohjaamalla hapella rikastettua ilmaa sulan raudan yli. Raudan valmistukseen on olemassa myös suora menetelmä, joka perustuu magneettisten rautamalmipellettien pelkistykseen maakaasulla tai vedyllä:

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

Erittäin puhdasta rautaa jauhemuodossa saadaan hajottamalla Fe(CO) 5 -karbonyyli.

LISÄYS. Raudan seokset.

Rautapohjaiset seokset jaetaan valuraudoihin ja teräksiin.

Valurauta- raudan ja hiilen seos (sisältää 2 - 6 % C), joka sisältää hiiltä kiinteän liuoksen muodossa sekä grafiitin ja sementiitin kiteitä Fe 3 C. Valurautaa on useita tyyppejä, jotka eroavat ominaisuuksiltaan ja murtuman väri. Valkoinen valurauta sisältää hiiltä sementiitin muodossa. Se on erittäin hauras eikä löydä suoraa käyttöä. Kaikki valkoinen valurauta muunnetaan teräkseksi (harkkorauta). Harmaa valurauta sisältää grafiittisulkeuksia - ne näkyvät selvästi murtuman kohdalla. Se on vähemmän hauras kuin valkoinen ja sitä käytetään vauhtipyörien ja vedenlämmittimien valmistukseen. Pienen määrän magnesiumia lisääminen sulaan aiheuttaa grafiitin saostumisen ei levyjen, vaan pallomaisten sulkeumien muodossa. Tällä modifioidulla valuraudalla on korkea lujuus ja sitä käytetään moottorin kampiakselien valmistukseen. Peilivalurautaa, joka sisältää 10–20 % mangaania ja noin 4 % hiiltä, ​​käytetään hapettumisenestoaineena terästuotannossa.

Kuva 6.6. Harmaa valurauta (a) ja raskas valurauta (b) mikroskoopilla.

Rautamalmi ja koksi ovat raudan tuotannon raaka-aineita. Harkkorauta sulatetaan masuuneissa - suurissa, jopa 80 m korkeissa uuneissa, jotka on vuorattu sisäpuolelta tulenkestävillä tiileillä ja peitetty päältä teräskuorella. Masuunin yläosaa kutsutaan akseliksi, alaosaksi vuoreksi ja yläreikää, joka toimii panoksen lataamiseen, kutsutaan huipuksi. Alhaalta uuniin syötetään hapella rikastettua kuumaa ilmaa. Tulisijan yläosassa hiiltä poltetaan hiilidioksidin muodostuessa. Tässä tapauksessa vapautuva lämpö riittää prosessin edetmiseen. Koksikerrosten läpi kulkeva hiilidioksidi pelkistyy hiilimonoksidiksi (II) CO, joka reagoiessaan rautamalmin kanssa pelkistää sen metalliksi. Malmin sisältämien epäpuhtauksien, esimerkiksi kvartsihiekka SiO 2, poistamiseksi uuniin lisätään sulatteita - kalkkikiveä tai dolomiittia, jotka hajoavat oksideiksi CaO, MgO ja sitovat kuonaa matalassa lämpötilassa sulaviksi juoksuteiksi (CaSiO 3, MgSiO 3). Koksi vähentää raudan lisäksi myös malmin sisältämiä epäpuhtauksia, kuten fosforia, rikkiä, mangaania ja osittain piitä:

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

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

MnO + C = Mn + CO

Si02 + 2C = Si + 2CO.

Sulamassa metallissa rikki on FeS-sulfidin muodossa, fosfori Fe 3 P -fosfidin muodossa, pii on piikarbidin muodossa ja ylimääräinen hiili on Fe 3 C -karbidin (sementiitin) muodossa. . Masuunista poistuvia kaasuja kutsutaan masuuni- tai masuunikaasuiksi. Tilavuudesta noin kolmannes niistä koostuu hiilimonoksidista, joten niitä käytetään polttoaineena masuuniin tulevan ilman lämmittämiseen.

RIISI. 6.7 Masuunin kaavio

Teräs– raudan ja hiilen seos (sisältää 0,5-2 % C), joka sisältää hiiltä vain kiinteän liuoksen muodossa. Teräs on kovempaa kuin rauta, vaikeampi taivuttaa, joustavampi, helpompi murtaa, vaikkakaan ei niin hauras kuin valurauta. Mitä enemmän se sisältää hiiltä, ​​sitä kovempaa se on. Tavallisissa teräslajeissa ei saa olla enempää kuin 0,05 % rikkiä ja 0,08 % fosforia. Pienikin sekoitus rikkiä tekee teräksestä hauraaksi kuumennettaessa; metallurgiassa tätä teräksen ominaisuutta kutsutaan punaiseksi hauraudeksi. Teräksen fosforipitoisuus aiheuttaa kylmähaurautta - haurautta alhaisissa lämpötiloissa Karkaistu teräs muodostuu punaiseen lämpölämpötilaan kuumennetun teräksen jyrkän jäähtymisen seurauksena. Tällaisella teräksellä on korkea kovuus, mutta se on hauras. Leikkuutyökalut on valmistettu karkaistusta teräksestä. Hitaalla jäähdytyksellä saadaan karkaistua terästä - se on pehmeää ja sitkeää. Lisäämällä seostavia lisäaineita sulatteeseen ( doping) - kromi, mangaani, vanadiini jne. saavat erikoisteräslaatuja. Yli 13 % kromia sisältävä teräs menettää kykynsä ruostua ilmassa ja muuttuu ruostumattomaksi. Sitä käytetään kemianteollisuudessa, jokapäiväisessä elämässä, rakentamisessa. Panssarivalussa käytetään erityisen vahvoja vanadiinia sisältäviä teräksiä.

Teräksen valmistuksen raaka-aineena on valurauta, ja sulatuksen aikana tapahtuvien prosessien ydin on ylimääräisen hiilen poistaminen lejeeringistä. Tätä varten sulan raudan läpi johdetaan happea, joka hapettaa raudan sisältämän hiilen grafiitin tai sementiitin muodossa hiilimonoksidiksi CO. Tässä tapauksessa osa raudasta hapettuu kuitenkin myös hapen vaikutuksesta oksidiksi:

2Fe + O 2 \u003d 2FeO.

FeO:n käänteiseksi pelkistämiseksi raudaksi sulatteeseen lisätään hapettumisenestoaineita, jotka ovat yleensä aktiivisia metalleja - mangaani, barium, kalsium, lantaani. Ne pelkistävät hapettuneen raudan metalliksi:

Mn + FeO = MnO + Fe,

ja sitten erotetaan sulatuksesta, kelluu sen pinnalle sulavan kuonan muodossa, joka on vuorovaikutuksessa joko uunin vuorauksen kanssa tai erityisesti lisättynä vuoteet:

MnO + SiO 2 \u003d MnSiO 3.

Teräs sulatetaan erityisissä uuneissa. Uunien tyypistä riippuen on olemassa useita teräksenvalmistusmenetelmiä. Avouunissa sulatustila on tulenkestävällä tiiliholvilla päällystetty kylpy (Kuva 6.8. Teräksen valmistus: (a) Avouuni, happimuunnin). Polttoaine ruiskutetaan uunin yläosaan - ne ovat maakaasua tai polttoöljyä. Palamisen aikana vapautuva lämpö lämmittää seosta ja saa sen sulamaan. 6-8 tunnin ajan, jonka aikana sula valurauta on avouunissa, hiili palaa vähitellen siinä. Sen jälkeen sula teräs kaadetaan ulos ja jonkin ajan kuluttua valurauta ladataan uudelleen. Avouuniprosessi on säännöllinen. Sen tärkein etu on, että tuloksena oleva teräs voidaan kaataa suuriin muotteihin. Suorituskyvyn suhteen avotakkaprosessi on huonompi kuin happikonvertteriprosessi, jota ei suoriteta suurissa uuneissa, vaan pienissä muuntimissa - päärynänmuotoisissa laitteissa, jotka on hitsattu teräksestä ja vuorattu sisäpuolelta tulenkestävillä tiileillä. Ylhäältä hapella rikastettua ilmaa puhalletaan vaaka-akselille asennetun muuntimen läpi. Muodostuneet mangaanin ja raudan oksidit reagoivat muuntimen silikaattivuorauksen kanssa muodostaen kuonaa. Prosessi kestää noin 40 minuuttia, jonka jälkeen konvertteri siirretään vinoon asentoon ja sulaa terästä ja kuonaa kaadetaan peräkkäin (kuva 6.8. b). Kalkkihiekkakivivuoratut konvertterit, joita kutsutaan englantilaisen keksijän Henry Bessemerin mukaan Bessemer-konvertteriksi, eivät sovellu teräksen valmistukseen rautafosfideja sisältävistä raudasta. Fosforipitoisen valuraudan uudelleenjakamiseen käytetään Thomas-muuntimia, jotka on vuorattu sisältä kalkkikivellä tai dolomiitilla. Terässulatus suoritetaan kalkin läsnäollessa, joka sitoo valuraudan sisältämän fosforin fosfaateiksi, joista muodostuu kuonaa (Thomas-slag), jota käytetään lannoitteena. Seosteräkset sulatetaan sähköuuneissa yli 3000 °C:n lämpötiloissa. Tämä mahdollistaa erikoisominaisuuksien omaavien terästen saamisen, mukaan lukien erittäin lujat ja tulenkestävät.

LISÄYKSIKÖN LOPPU

Kobolttia esiintyy luonnossa pääasiassa yhdisteinä, joissa on arseenia, smaltiitti CoAs 2 (kobolttimauste) ja koboltiitti CoAsS (kobolttikiilto), mutta nämä mineraalit ovat liian harvinaisia ​​eivätkä muodosta itsenäisiä kerrostumia. Se on myös osa monimutkaisia ​​kupari-koboltti-nikkeli- ja kupari-kobolttisulfidimalmeja, pieniä määriä sitä löytyy savesta ja liuskeesta, jotka muodostuivat hapenpuutteen olosuhteissa.

Nikkelillä, kuten koboltilla, on korkea affiniteetti viidennen jakson siirtymän jälkeisiin elementteihin - arseeniin ja rikiin, ja ionisäteiden läheisyyden vuoksi se on usein isomorfinen koboltin, raudan ja kuparin yhdisteille. Tästä johtuen litosfäärissä suuret määrät nikkeliä sitoutuvat polysulfidi-kupari-nikkeli-malmeihin. Sulfimineraaleista milleriitti NiS (keltainen nikkelipyriitti), pentlandiitti (Fe, Ni) 9S 8 ja kloantiitti NiAs 2 (valkoinen nikkelipyriitti) ovat merkittävimpiä. Toinen tärkeä nikkelin raaka-aine on serpentiinikivet, jotka ovat emäksisiä silikaatteja, esimerkiksi garnieriitti (Ni, Mg) 6 × 4H 2 O. Pieniä määriä nikkeliyhdisteitä löytyy fossiilisista hiileistä, liuskeesta ja öljystä.

Pääraaka-aineet koboltin ja nikkelin tuotannossa ovat polysulfidimalmit (alaviite: silikaatit ja muut happipitoiset nikkelimalmit muunnetaan ensin sulfideiksi fuusioimalla dehydratoidun kipsin ja hiilen kanssa 1500 °C:ssa: CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO 3NiO + 3CaS = Ni3S2 + 3CaO + S). Agglomeroitu malmi sekoitetaan rikkihapon kanssa ja sulatetaan kuilu-uunissa kiveksi, joka koostuu raudasta, koboltista, nikkelistä ja kuparisulfideista. Näin voit erottaa sen silikaateista, jotka muodostavat kuonaa. Kun sula kive jäähdytetään, sulfideja vapautuu kiteisessä muodossa. Ne murskataan ja kuumennetaan sitten 1300 °C:seen ilmavirrassa. Sulfidien hapetuskyky heikkenee sarjassa FeS > CoS > Ni 3 S 2, joten rautasulfidi reagoi ensin hapen kanssa, joka muuttuu kuonaksi lisäämällä piidioksidia. Lisähapettuminen johtaa koboltin ja nikkelin oksidien muodostumiseen

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

Ne liuotetaan käsittelemällä rikkihapolla tai turvautumalla anodiseen hapetukseen. Kupariepäpuhtaudet poistetaan lisäämällä nikkelijauhetta, joka pelkistää sen yksinkertaiseksi aineeksi. Koboltilla ja nikkelillä on samanlaiset kemialliset ominaisuudet. Niiden erottamiseksi liuos alkalisoidaan ja käsitellään natriumkloraatilla, joka hapettaa vain koboltti-ioneja:

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

Lievästi happamassa ympäristössä koboltti jää saostumaan hydroksidin muodossa ja nikkeli liukenee suolan muodossa, joka muuttuu hydroksidiksi. Kalsinoimalla hydroksideja saadut oksidit pelkistetään kivihiilellä:

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

NiO + C = Ni + CO.

Pelkistyksen aikana muodostuu myös karbideja Co 3 C, Ni 3 C, joiden poistamiseksi oksidia otetaan ylimäärä:

Ni 3 C + NiO = 4 Ni + CO.

Elektrolyyttistä raffinointia käytetään puhtaampien metallien saamiseksi. Se mahdollistaa myös maton sisältämien platinametallien eristämisen.

Yli puolet tuotetusta koboltista ja nikkelistä käytetään metalliseosten valmistukseen. Kobolttipohjaiset magneettiseokset (Fe-Co-Mo, Fe-Ni-Co-Al, Sm-Co) pystyvät säilyttämään magneettiset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa. Leikkuutyökalujen valmistuksessa käytetään metallikeraamisia seoksia, joita ovat titaani, volframi, molybdeeni, vanadiini ja koboltilla sementoitu tantaalikarbidi. Runsaasti nikkeliä ja kromia sisältävät teräkset eivät syöpy ilmassa, niistä valmistetaan kirurgisia instrumentteja ja laitteita kemianteollisuudelle. Lämmönkestävä kromi-nikkeliseoksinen nikromi, joka sisältää 20 - 30 % kromia, on korkea sähkövastus, sitä käytetään sähkölämmittimien valmistukseen. Kupari-nikkeliseokset konstantaani (40 % Ni, 60 % Cu) ja nikkeli (30 % Ni, 56 % Cu, 14 % Zn), monelista (68 % Ni, 28 % Cu, 2,5 % Fe, 1,5 % Mn) minttu kolikko.

Ovat tärkeitä superseokset– rauta-, koboltti- tai nikkelipohjaiset materiaalit, jotka on erityisesti suunniteltu korkean lämpötilan käyttöön. Niillä on korkea korroosionkestävyys, ne säilyttävät lujuuden lämpötila-alueella, jolla kaasuturbiinit toimivat, niille on ominaista korkea kimmomoduuli ja alhainen lämpölaajenemiskerroin. Näiden materiaalien hapettumisenkestävyyden ja lujuuden yhdistelmä on vertaansa vailla. Monissa superseoksissa on kasvokeskeinen kuutiohila, joka on tihein kiderakenteista ja tarjoaa materiaalille poikkeukselliset termomekaaniset ominaisuudet. Seos koostuu emäksestä (Fe, Co, Ni), sisältää metallilisäaineita, jotka lisäävät pintavastusta (Cr) ja alkuaineita (Al), jotka muodostavat kuutioisen γ'-faasin (γ'-Ni 3 Al), jolla on korkea lujuus ja hapettumisenkestävyys. Pienten hiilen (0,05 - 0,2 %) lisääminen superseoksiin johtaa karbidien, esimerkiksi TiC:n, muodostumiseen, jotka muuttuvat lejeeringin käytön aikana korkeissa lämpötiloissa vähitellen karbideiksi, joiden koostumus on M 23 C 6 ja M 6 C, joihin lämpökäsittely vaikuttaa helposti. Tuloksena oleva hiili muuttuu kiinteäksi liuokseksi. Siten superseoksen rakenne voidaan esittää kiinteänä liuoksena, jossa on hienojakoisia metallien välisiä yhdisteitä ja karbideja, jotka antavat sen kovuuden ja lujuuden. Lisäseostus hidastaa diffuusioprosesseja ja lisää rakenteen vakautta korkeissa lämpötiloissa. Yksi ensimmäisistä superseoksista kehitettiin vuonna 1935, Rex-78, joka koostui 60 % raudasta, 18 % Ni:stä, 14 % Cr:sta ja sisälsi myös pieniä määriä molybdeeniä, titaania, kuparia, booria, hiiltä. Sitä käytetään turbiinien siipien ja suuttimien valmistukseen (Superalloys II. Lämmönkestävät materiaalit ilmailu- ja teollisuusvoimaloihin, M., Metallurgy, 1995)

Hienojakoisella koboltilla ja nikkelillä on korkea katalyyttinen aktiivisuus. Kantajalle kerrostettu hieno kobolttijauhe toimii aktiivisena katalyyttinä Fischer-Tropsch-hiilikarbonyloinnissa. Nikkeli korvaa usein platinaa hydrausprosesseissa, kuten kasvirasvoissa. Laboratoriossa katalyyttisesti aktiivista hienoa nikkelijauhetta (runkonikkeliä, Raney-nikkeliä) saadaan käsittelemällä nikkeli-alumiiniseosta alkalilla inertissä tai pelkistävässä ilmakehässä. Nikkeli menee alkaliparistojen tuotantoon.

Monet kobolttiyhdisteet ovat kirkkaanvärisiä ja niitä on käytetty muinaisista ajoista lähtien pigmentteinä maalien valmistuksessa: kobolttialuminaatti CoAl 2 O 4 ("sininen koboltti", "Gzhel blue") on väriltään sininen, stannaatti Co 2 SnO 4 (" ceruleum", "taivaansininen") - sininen sinertävällä sävyllä, fosfaatit Co 3 (PO 4) 2 ("kobolttivioletti tumma") ja CoNH 4 PO 4 × H 2 O ("kobolttivioletti vaalea") - punertava- violetti, koboltin (II) ja sinkin sekoitettu oksidi CoO × xZnO ("vihreä koboltti") - kirkkaan vihreä, kobolttisilikaatit ("schmalt", "kobolttilasi") - tummansininen (E.F. Belenky, I.V. Riskin, Chemistry and Technology of Pigments, L., Chemistry, 1974). Kobolttioksidin lisääminen lasiin antaa sille sinisen värin.

Rautapigmentit ovat yleensä kellanruskeita tai punaruskeita eri sävyissä. Luonnonpigmenteistä tunnetuimpia ovat okra-kiteinen oksohydroksidi FeOOH ja siennaa sisältävä savi. Kalsinoituna ne kuivuvat ja saavat punaisen värin. Ruskea umbra muodostuu mangaania sisältävien rautamalmien rapautumisesta. Musta pigmentti on magnetiittia.

Platinametallit esiintyvät luonnossa pääasiassa alkuperäisessä muodossaan - yksinkertaisten aineiden muodossa, seostena keskenään ja muiden jalometallien kanssa. Hyvin pieninä määrinä ne ovat osa polysulfidimalmeja, omien sulfidimineraalien, esimerkiksi RuS 2 -lauriitti, PtS-kooperiitti, löydöt ovat erittäin harvinaisia. Keskimääräinen platinametallien kokonaispitoisuus Ural-sulfidiradissa on 2-5 grammaa tonnia kohti. Luonnossa platinajyviä löytyy usein samoista paikoista kuin kulta, joten erillisinä sulkeumaina ne ovat joskus havaittavissa muinaisten, pääasiassa egyptiläistä alkuperää olevien kultaesineiden pinnalla. Suuret alkuperäisen platinavarat ovat keskittyneet Etelä-Amerikan Andeille. Alkaneissa kiveissä platinajyvät yhdessä kultahiukkasten kanssa osoittautuvat usein pyrokseeneihin ja muihin emäksisiin silikaatteihin, joista ne eroosion seurauksena siirtyvät jokien hiekkaan. Niistä huuhtoutunut kulta sisältää pieniä platinakiteitä, joita on erittäin vaikea erottaa. Keskiajalla tähän ei pyritty: raskaiden jyvien sekoitus vain lisäsi jalometallin massaa. Toisinaan löytyy myös suuria, jopa yhdeksän kiloa painavia platinahippuja. Ne sisältävät välttämättä raudan, kuparin, platinajodidien ja joskus kullan ja hopean epäpuhtauksia. Esimerkiksi Kolumbiassa Choco-esiintymästä peräisin olevan metallin, jonka muinaiset inkat kehittivät, koostumus on noin Pt 86,2%, Pd 0,4%, Rh 2,2%, Ir 1,2%, Os 1,2%, Cu 0, 40%. , Fe 8,0 %, Si 0,5 %. Natiivi iridium sisältää 80 - 95 % Ir, jopa 2,7 % Ru, jopa 6,1 % Pt; osmium - 82 - 98,9 % Os, 0,9 - 19,8 % Ir, jopa 10 % Ru, 0,1 - 3,0 % Pt, enintään 1,3 % Rh, enintään 1 % Fe.

Venäjällä ensimmäinen platinasijoitin löydettiin vuonna 1824 Pohjois-Uralilla, ja pian kaivostoiminta aloitettiin Nižni Tagilin alueella. Vuoteen 1934 asti Venäjä oli maailman johtava platinan toimittajien markkinoilla ja väistyi ensin Kanadalle ja vuodesta 1954 Etelä-Afrikalle, jossa on suurimmat metalliesiintymät.

LISÄYS. Jalostus.

Jalostus on erittäin puhtaiden jalometallien tuotantoa. Platinametallien jalostus perustuu näiden alkuaineiden kemiallisten yhdisteiden erottamiseen, mikä johtuu joidenkin niiden ominaisuuksien eroista - liukoisuus, haihtuvuus, reaktiivisuus. Raaka-aineena on kuparin ja nikkelin tuotannosta jäänyt rikastettu liete, joka saadaan liuottamalla jalometalleja sisältäviä teknisiä tuotteita, mukaan lukien käytetyt katalyytit. Lietteet sisältävät platinametalleja sekä kultaa, hopeaa, kuparia ja rautaa. Piidioksidin ja epäjalometallien poistamiseksi useimmat teknologiset järjestelmät turvautuvat lietteen sulattamiseen lyijylitralla ja puuhiilellä. Tällöin lietteen sisältämät epäjaloiset metallit hapetetaan lyijyllä oksideiksi, ja tuloksena oleva lyijy rikastaa hopea-, kulta- ja platinaryhmän metalleja. Tuloksena oleva lyijyhelmi, jota kutsutaan myös werkbleksi, altistetaan kupellaatiolle - hapettavalle pisaran päälle sulamiselle - huokoiselle astialle, joka on valmistettu luutuhkasta, magnesiitista ja portlandsementistä. Tässä tapauksessa suurin osa lyijystä hapettuu ja imeytyy pisaramateriaaliin. Kupellaation jälkeen seos käsitellään rikkihapolla hopean poistamiseksi. Nyt se sisältää jalometalleja. Tärkein jalostusoperaatio on vuorovaikutus aqua regian kanssa (Kuva 6.9. Jalometallien yksinkertaistettu jalostus), jossa suurin osa kullasta, palladiumista ja platinasta liukenee, kun taas rutenium, osmium, rodium ja iridium jäävät pääosin sedimenttiin. Kullan erottamiseksi platinasta ja palladiumista liuokseen levitetään rautavitriolia, mikä johtaa kullan vapautumiseen vapaassa muodossa. Palladium ja platina, jotka ovat liuoksessa kloridien ja kloridikompleksien muodossa, erotetaan suolojen erilaisten liukoisuuksien perusteella. Useita tunteja lietteen keittäminen aqua regiassa johtaa muiden platinametallien osittaiseen siirtymiseen liuokseen, joten tämän kaavion mukaisesti saatu platina sisältää rodiumin ja iridiumin epäpuhtauksia. Jäännöksestä, joka ei liukene regiaveteen, rodium eristetään fuusioimalla natriumhydrosulfaatin kanssa. Kun sula uutetaan, se liukenee kompleksisten sulfaattien muodossa. Ruteeni, osmium ja iridium, jotka kestävät happohyökkäystä, altistetaan hapettavalle fuusiolle alkalin kanssa. Sulatteen liuottamalla saatu liuos sisältää rutenaatteja ja osmaatteja, ja suurin osa iridiumista saostuu dioksidina. Ruteniumin erottaminen osmiumista perustuu niiden korkeampien oksidien sublimoitumiseen niiden vangitsemalla suolahappoliuokseen. Tässä tapauksessa ruteenioksidi pelkistyy ja liukenee, kun taas osmiumin anhydridi menee kaasufaasiin ja poistuu osittain ilmakehään. Tämä ei ole yllättävää, koska osmium on platinametalleista vähiten haluttu. Tarkka jalostusjärjestelmä valitaan tietylle raaka-aineelle riippuen eri metallien prosenttiosuudesta siinä.

LISÄYKSIKÖN LOPPU.

Korkean sulamispisteensä vuoksi platina, toisin kuin kulta ja hopea, ei sulanut uunissa, sitä ei voitu takoa kylmänä tai kuumana. Siksi metalli ei löytänyt käytännöllistä käyttöä pitkään aikaan, sillä oli kysyntää vain väärentäjien keskuudessa, jotka sekoittivat sen kullan kanssa lisätäkseen sen massaa. Asiat menivät siihen pisteeseen, että Espanjan kuningas antoi vuonna 1755 asetuksen, jonka mukaan kaikki kolumbialaisten Chocossa sijaitsevien panosten kehittämisen aikana louhittu platina oli erotettava huolellisesti kullasta ja upotettava jokiin. Asetuksen 43 vuoden aikana tuhottiin jopa neljä tonnia jalometallia.

Ensimmäistä kertaa venäläiset insinöörit onnistuivat saamaan metalliharkon vuonna 1826. Tätä varten alkuperäisen platinan rakeita liuotettiin aqua regiaan ja saostettiin sitten huokoisena sienimäisenä massana, joka muovattiin paineen alaisena 1000 °:ssa. C. Tässä tapauksessa metalli saavutti muokattavuuden ja taipuisuuden. Venäjällä lyötiin vuosina 1828-1845 platinakolikoita sekä mitaleja ja koruja. Timanttien ja monien muiden platinasta valmistettujen jalokivien asetelma näyttää paljon vaikuttavammalta kuin hopeiset. Platinan lisääminen hopeakoruihin tekee niistä raskaampia ja kestävämpiä. Laajassa käytössä koruissa on "valkokulta" - hopeanvalkoinen palladiumin ja kullan seos suhteessa 1:5. Mielenkiintoista on, että kulta ei sekoitu kiinteässä muodossa olevaan platinaan, tällainen seos on seos kiinteitä platinaliuoksia. kullassa ja kulta platinassa. Platinan prosenttiosuuden kasvaessa kullan väri muuttuu harmahtavan keltaiseksi ja hopeanharmaaksi. Fabergen jalokivikauppiaat käyttivät tällaisia ​​seoksia.

Maailman platinametallien vuosikulutuksen arvioidaan olevan 200 tonnia. Platina on hieman kalliimpaa kuin kulta, kun taas rodium, iridium, rutenium ja osmium ovat useita kertoja kalliimpia kuin platina. Halvin platinametalleista on palladium. Se maksaa alle 4 dollaria grammalta.

Platinametallien tärkeimmät käyttöalueet on esitetty taulukossa

Taulukko 6.4. Platinametallien kulutuksen rakenne %

Se ei sisällä osmiumia, jonka vuosituotanto maailmassa on vain muutama kilo. Vaikka sen pohjalta kehitetyt hydrauskatalyytit ovat platinaakin tehokkaampia ja niiden lisääminen lejeeringeihin lisää huomattavasti niiden kulutuskestävyyttä, osmium ja sen yhdisteet eivät ole vielä löytäneet käytännön käyttöä korkeiden kustannustensa vuoksi.

Platinan, rodiumin ja palladiumin kuluttajien joukossa autoteollisuus on ensimmäisellä sijalla, joka esittelee laajasti niiden pohjalta valmistettuja katalyyttejä, jotka parantavat pakokaasujen jälkipolttoa. Niiden käytön tehokkuus riippuu suoraan bensiinin laadusta - sen korkea orgaanisten rikkiyhdisteiden pitoisuus johtaa katalyytin nopeaan myrkytykseen ja vähentää sen vaikutusta. Reformointiprosesseissa käytetään platina-renium-seoksia, hydrauksessa sekä ammoniakin hapetuksessa typpioksidiksi (II) ja rikkidioksidia rikkihappoanhydridiksi - platinoiduksi asbestiksi, synteettisen asetaldehydin (Wacker-prosessi) - palladiumin valmistuksessa. (II) kloridi. Rodiumyhdisteitä käytetään pääasiassa homogeenisessa katalyysissä. Niistä tunnetuin on trifenyylifosfiinirodium(I)kloridi Rh(PPh 3) 3 Cl, jota usein kutsutaan Wilkinsonin katalyyttiksi. Sen läsnä ollessa monet hydrausprosessit etenevät jopa huoneenlämpötilassa.

Korkean lämpöstabiilisuuden ja korkeiden lämpö-EMF-arvojensa vuoksi platinametalliseoksia käytetään korkeiden lämpötilojen mittaamiseen tarkoitettujen termoparien valmistuksessa: platina-rodium-termoparit toimivat jopa 1300 °C:n lämpötiloissa ja rodium-iridium -2300 °C.

Kemiallinen inertiteetti ja tulenkestävyys tekevät platinasta ja platinoideista sopivia materiaaleja elektrodien, laboratoriolasien, kemiallisten reaktorien, esimerkiksi lasinsulattajien, valmistukseen. Palladium on pääasiallinen materiaali monikerroksisissa keraamisissa kondensaattoreissa, joita käytetään tietokoneissa ja matkapuhelimissa. Sähkötekniikassa platinaa ja palladiumia käytetään suojapinnoitteena sähkökoskettimille ja -vastuksille, jotta ne voidaan poistaa käytetyistä sähkölaitteista. Platinavalmisteita käytetään onkologisten kasvainsairauksien kemoterapiassa.

Toissijainen alaryhmä koostuu ns. triadeista: raudan triadista (rauta, koboltti, nikkeli) ja kahdesta platinametallien triadista (rutenium, rodium, palladium ja osmium, iridium, platina).

Triadien yleiset ominaisuudet.

1. Kaikilla elementeillä on muuttuva valenssi. Rautatriadin elementeillä voi olla hapetustilat yhdisteissään +2, +3, +6, ja Co:lle ja Ni:lle tyypillisin hapetusaste on +2. Platinametallien hapetustilat tunnetaan välillä +2 - +8.

2. Kaikki tämän alaryhmän elementit ovat erittäin hyviä kompleksinmuodostajia. Ne ovat katalyyttejä erilaisille kemiallisille prosesseille.

3. Rautatriadin elementeillä on magneettisia ominaisuuksia ja korkeampi kemiallinen aktiivisuus verrattuna platinametalleihin.

4. Platinametalleja esiintyy luonnossa luonnossa. Rauta, koboltti, nikkeli - vain malmeissa.

5. Rautatriadin elementtien ominaisuudet ovat keskenään samankaltaisia ​​(horisontaalinen analogia). Platinametallien osalta samankaltaisuutta havaitaan sekä triadeissa (horisontaalinen analogia) että Ru-Os-, Rh-Ir- ja Pd-Pt-pareissa (pystysuuntainen analogia).

Rauta

Ryhmän VIII toissijaisen alaryhmän yleisin elementti on rauta - metallurgisen teollisuuden perusta. Sitä esiintyy luonnossa magnetiitin (Fe 3 O 4), punaisen rautamalmin (Fe 2 O 3), ruskean rautamalmin (FeO. xH 2 O), sideriitin (FeCO 3), rikkikiisu (FeS 2) muodossa.

Nämä malmit sisältävät jopa 40 % rautaa, joka uutetaan niistä masuuniprosessissa. Masuuni on jatkuvatoiminen yksikkö, johon ladataan ylhäältä kerroksittain malmia, koksia (erikoisvalmistettua kivihiiltä pelkistimenä) ja sulatetta (epäpuhtauksien sitomiseksi). MgCO 3:a käytetään juoksuteina . CaCO 3, CaF2, CaCO 3. Masuuni voidaan ehdollisesti jakaa useisiin vyöhykkeisiin (pystysuoraan alhaalta ylös), joissa tapahtuu erilaisia ​​prosesseja:

I vyöhyke(t = 200 o C) - varauksen dehydraatio;

II vyöhyke(t \u003d 450 - 500 ° C) - Fe 2 O 3:n pelkistys Fe 3 O 4:ksi hiilimonoksidilla (II):

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

III vyöhyke(t \u003d 600 ° C) - Fe 3 O 4:n pelkistäminen FeO:ksi:

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

IV vyöhyke(t \u003d 700 - 800 ° C) - FeO:n pelkistäminen metalliksi:

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

V vyöhyke(t \u003d 800 - 1000 ° C) - vuon hajoaminen:

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

VI vyöhyke(t \u003d 1200 ° C) - kuonan muodostuminen:

CaO + SiO 2 \u003d CaSiO 3,

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

CaO + FeS = CaS + FeO

VII vyöhyke(t \u003d 1300 o C) - valuraudan muodostuminen - raudan, hiilen ja rautakarbidin Fe 3 C seos, joka muodostuu raudan vuorovaikutuksesta siihen liuenneen hiilen kanssa:

3Fe + C → Fe 3 C

Hiilen ja Fe 3 C:n ohella valuraudassa on muita pysyviä epäpuhtauksia: piitä, mangaania, fosforia, rikkiä. Sen pääkäyttö: valuna ja uudelleensulatukseen teräkseksi (valuraudan haurautta tekevien epäpuhtauksien poistaminen). Terässulatus koostuu hapen puhalluksesta sulan valuraudan läpi, mikä hapettaa epäpuhtaudet (pii, mangaani, fosfori, rikki) oksideiksi. Epäpuhtauksien oksidit, jotka ovat vuorovaikutuksessa juoksutteen kanssa, siirtyvät kuonaksi.

Jaksollisen järjestelmän kahdeksannen ryhmän sivualaryhmä kattaa kolme d-alkuaineiden triadia ja kolme keinotekoisesti saatua ja vähän tutkittua alkuainetta: gassium, Hs, meitnerium, Mt, darmstadtium Ds. Ensimmäinen kolmikko muodostuu alkuaineista: rauta, Fe, koboltti Co, nikkeli Ni; toinen triadi - rutenium Ru, radium Ro, palladium Pd ja kolmas triad - osmium Os, iridium Ir ja platina Pt. Keinotekoisesti saatu hassium, meitrenium, darmstadtium, joilla on lyhyt käyttöikä, täydentävät luettelon raskaimmista nykyään tunnetuista alkuaineista.

Suurimmalla osalla ryhmän VIIB tarkasteltavista alkuaineista on kaksi valenssielektronia atomin uloimmalla elektronikuorella; ne ovat kaikki metalleja. Ulkoisten ns-elektronien lisäksi sidosten muodostumiseen osallistuvat toiseksi viimeisen elektronikuoren (n-1)d elektronit.

Ydinvarauksen kasvusta johtuen kunkin triadin viimeisellä elementillä on tyypillinen hapetustila, joka on alhaisempi kuin ensimmäisellä alkuaineella. Samanaikaisesti elementin sijaintijakson lukumäärän lisääntymiseen liittyy ominaisen tukosasteen kasvu (taulukko 9.1)

Taulukko 9.1 Kahdeksannen sivuryhmän alkuaineiden tyypilliset hapetustilat

Alkuaineiden yleisimmät hapetustilat yhdisteissään on korostettu taulukossa. 41 lihavoitu.

Nämä alkuaineet jaetaan joskus kolmeen alaryhmään: raudan alaryhmään (Fe, Ru, Os), koboltin alaryhmään (Co, Rh, Ir) ja nikkelin alaryhmään (Ni, Pd, Pt). Tällaista jakoa tukevat alkuaineiden tyypilliset hapetustilat (taulukko 42) ja eräät muut ominaisuudet. Esimerkiksi rauta-alaryhmän kaikki alkuaineet ovat aktiivisia katalyyttejä ammoniakin synteesille ja nikkeli-alaryhmä on orgaanisten yhdisteiden hydrausreaktioihin. Kobolttialaryhmän alkuaineille on ominaista kompleksisten yhdisteiden muodostuminen [E (NH 3) 6] G 3, jossa G on halogeeni-ioni

Ryhmän VIIIB alkuaineiden redox-ominaisuudet määritetään seuraavalla kaaviolla:

Metalli-ionien hapettavien ominaisuuksien vahvistaminen

Kaikki ryhmän VIIIB metallit ovat katalyyttisesti aktiivisia. Kaikki pystyvät enemmän tai vähemmän absorboimaan vetyä ja aktivoimaan sen; ne kaikki muodostavat värillisiä ioneja (yhdisteitä). Kaikki metallit ovat alttiita kompleksin muodostumiselle. Alaryhmän VIII-B alkuaineiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien vertailu osoittaa, että Fe, Ni, Co ovat hyvin samankaltaisia ​​keskenään ja samalla hyvin erilaisia ​​kuin kahden muun triadin alkuaineet, joten ne ovat eristettyjä. rautaisessa perheessä. Loput kuusi vakaata elementtiä yhdistetään yhteisen nimen alle - platinametallien perhe.

Rautaperheen metallit

Raudan kolmiossa näkyy selkeimmin d-alkuaineille kokonaisuutena tyypillinen horisontaalinen analogia. Rautakolmikon elementtien ominaisuudet on esitetty taulukossa. 42.

Taulukko 9.2 Rautakolmikon elementtien ominaisuudet

Luonnonvarat. Rauta on neljänneksi (O 2:n, Si:n ja Al:n jälkeen) runsain alkuaine maankuoressa. Se voi esiintyä luonnossa vapaassa tilassa: se on meteorista alkuperää olevaa rautaa. Rautameteoriitit sisältävät keskimäärin 90 % Fe, 8,5 % Ni, 0,5 % Co. Kaksikymmentä kivimeteoriittia kohti on keskimäärin yksi rautameteoriitti. Joskus löydetään alkuperäistä rautaa, jonka sula magma ottaa pois maan suolistosta.

Raudan saamiseksi käytetään magneettista rautamalmia Fe 3 O 4 (magnetiittimineraali), punaista rautamalmia Fe 2 O 3 (hematiittia) ja ruskeaa rautamalmia Fe 2 O 3 x H 2 O (limoniitti), FeS 2 - pyriittiä. Ihmiskehossa rautaa on hemoglobiinissa.

Meteoriiteista löytyy kobolttia ja nikkeliä metallimuodossa. Tärkeimmät mineraalit: koboltiitti CoAsS (kobolttikiilto), rauta-nikkelipyriitti (Fe,Ni) 9 S 8 . Näitä mineraaleja löytyy polymetallimalmeista.

Ominaisuudet. Rauta, koboltti ja nikkeli ovat hopeanvalkoisia metalleja, joissa on harmahtava (Fe), punertava (Co) ja kellertävä (Ni) sävy. Puhtaat metallit ovat vahvoja ja sitkeitä. Kaikki kolme metallia ovat ferromagneettisia. Kun lämmitetään tiettyyn lämpötilaan (Curie-piste), ferromagneettiset ominaisuudet katoavat ja metallit muuttuvat paramagneettisiksi.

Raudalle ja koboltille on ominaista polymorfismi, kun taas nikkeli on monomorfista ja sillä on fcc-rakenne sulamislämpötilaan asti.

Epäpuhtauksien läsnäolo vähentää suuresti näiden metallien kestävyyttä aggressiivista ilmakehää vastaan ​​kosteuden läsnä ollessa. Tämä johtaa korroosion (raudan ruostumisen) kehittymiseen, koska pinnalle muodostuu irtonainen kerros oksidien ja hydroksidien seoksesta, joiden koostumus on vaihteleva, mikä ei suojaa pintaa myöhemmältä tuhoutumiselta.

E 2+ /E -järjestelmien raudan (-0,441 V), nikkelin (-0,277 V) ja koboltin (-0,25 V) elektrodipotentiaalien ja Fe 3+ /Fe -järjestelmän elektrodipotentiaalin (-0,036) vertailu V), osoittaa, että tämän triadin aktiivisin elementti on rauta. Laimeat suola-, rikki- ja typpihapot liuottavat näitä metalleja muodostaen E 2+ -ioneja:

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

Ni + H2SO4 \u003d NiS04 + H2;

3Co + 8HNO3 = 3Co(NO3)2 + 2NO + 4H20;

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

Väkevämpi typpihappo ja kuuma väkevä rikkihappo (alle 70 %) hapettavat raudan Fe (III) -yhdisteeksi muodostaen esimerkiksi NO:ta ja SO2:ta:

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

2Fe + 6H2SO4Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Erittäin väkevä typpihappo (sp.v. 1.4) passivoi rautaa, kobolttia, nikkeliä muodostaen oksidikalvoja niiden pinnalle.

Mitä tulee alkaliliuoksiin, Fe, Co, Ni ovat stabiileja, mutta reagoivat sulatteiden kanssa korkeissa lämpötiloissa. Kaikki kolme metallia eivät reagoi veden kanssa normaaleissa olosuhteissa, mutta punaisen kuumassa lämpötilassa rauta on vuorovaikutuksessa vesihöyryn kanssa:

3Fe + 4H2o Fe304 + 4H2.

Koboltti ja nikkeli kestävät huomattavasti enemmän korroosiota kuin rauta, mikä on yhdenmukainen niiden aseman kanssa standardielektrodipotentiaalien sarjassa.

Hapen sisältämä hieno rauta palaa kuumennettaessa muodostaen Fe 3 O 4 -yhdistettä, joka on stabiilin rautaoksidi ja koboltti muodostaa saman oksidin. Nämä oksidit ovat alkuaineiden johdannaisia ​​hapetusasteissa +2, +3 (EO E 2 O 3). Koboltin ja nikkelin lämpöhapetus etenee korkeammissa lämpötiloissa, jolloin muodostuu NiO:ta ja CoO:ta, joiden koostumus vaihtelee hapetusolosuhteista riippuen.

Raudan, nikkelin, koboltin, oksidien EO ja E 2 O 3 tunnetaan (taulukko 9.3)

Taulukko 9.3 Alaryhmän VIIIB alkuaineiden happea sisältävät yhdisteet

Elementin nimi	Hapetustila		Hydroksidit
	Merkki		Nimi	Ioni kaava	Nimi
rauta (Fe)			Perus		Rauta(II)hydroksidi		raudan suolat (II)
		Amfoteerinen ja hallitseva perus		Rauta(III)hydroksidi		raudan suolat (III)
	rautahappo
		Acid		rautahappo
Koboltti (Co)			Perus		Koboltti(II)hydroksidi		koboltin suolat (II)
		Perus		Koboltti(III)hydroksidi		Koboltin suolat (III)
Nikkeli (Ni)			Perus		Nikkeli(II)hydroksidi		Nikkeli(II)suolat
		Perus		Nikkeli(III)hydroksidi		Nikkeli(III) suolat

Oksideja EO ja E 2 O 3 ei voida saada puhtaassa muodossa suoralla synteesillä, koska tällöin muodostuu joukko oksideja, joista jokainen on koostumukseltaan vaihteleva faasi. Niitä saadaan epäsuorasti - hajoamalla tiettyjä suoloja ja hydroksideja. Oksidi E 2 O 3 on stabiili vain raudalle ja sitä saadaan dehydratoimalla hydroksidi.

EO-oksidit ovat veteen liukenemattomia eivätkä ole vuorovaikutuksessa sen tai alkaliliuosten kanssa. Sama pätee vastaaviin E(OH)2-hydroksideihin. E(OH)2-hydroksidit reagoivat helposti happojen kanssa muodostaen suoloja. Rautatriadin alkuaineiden hydroksidien happo-emäs-ominaisuudet on esitetty taulukossa. 42.

Rautahydroksidi (III) Fe (OH) 3 muodostuu Fe (OH) 2:n hapettuessa ilmakehän hapen kanssa:

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

Samanlainen reaktio on tyypillinen koboltille. Nikkelihydroksidi (II) on stabiili ilmakehän hapen suhteen. Tämän seurauksena E(OH)3-hydroksidit käyttäytyvät eri tavalla vuorovaikutuksessa happojen kanssa. Jos Fe (OH) 3 muodostaa rauta (III) suoloja, niin Co (OH) 3:n ja Ni (OH) 3:n reaktioon happojen kanssa liittyy niiden pelkistyminen E:ksi (+2):

Fe(OH)3 + 3HC? = FeC? 3+3H20;

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

Fe(OH)3-hydroksidilla on myös happofunktio, joka reagoi kuumien väkevien alkaliliuosten kanssa muodostaen hydroksokomplekseja, esimerkiksi Na3:a. Rautahappojohdannaisia ​​HFeO 2 (ferriittejä) saadaan sulattamalla alkaleja tai karbonaatteja Fe 2 O 3:n kanssa:

2NaOH + Fe2032NaFeO2 + H20;

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

Ferriitit Me II Fe 2 O 4 kuuluvat spinellien luokkaan. Edellä käsitellyt Fe 3 O 4- ja Co 3 O 4 -oksidit ovat muodollisesti FeFe 2 O 4- ja CoCo 2 O 4 -spinellejä.

Toisin kuin koboltti ja nikkeli, tunnetaan rautayhdisteitä, joiden hapetusaste on + 6. Ferraatteja muodostuu Fe (OH) hapettumisen aikana. 3 kuumassa tiivistetyssä alkalissa hapettimen läsnä ollessa:

2Fe +3 (OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2Fe +6O4 + 6KBr + 2H2O.

Ferraatit ovat termisesti epävakaita ja muuttuvat lievällä lämmityksellä (100-2000C) ferriiteiksi:

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

Vapaassa tilassa rautahappoa ja vastaavaa FeO 3 -oksidia ei ole eristetty. Liukoisuuden ja rakenteellisesti ferraatit ovat lähellä vastaavia kromaatteja ja sulfaatteja. Kaliumferraattia muodostuu fuusioimalla Fe 2 O 3 KNO 3:n ja KOH:n kanssa:

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

Ferraatit ovat punavioletteja kiteisiä aineita. Kuumennettaessa ne hajoavat. Happoa H 2 FeO 4 ei voida eristää, se hajoaa välittömästi Fe 2 O 3:ksi, H20:ksi ja O 2:ksi. Ferraatit ovat voimakkaita hapettimia. Happamissa ja neutraaleissa ympäristöissä ferraatit hajoavat ja hapettavat vettä:

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

Yhdisteet ei-metallien kanssa. Fe-, Ni- ja Co-halogenideja on suhteellisen vähän ja ne vastaavat tyypillisimpiä hapetusasteita +2 ja +3. Raudan osalta tunnetaan halogenidit FeG 2 ja FeG 3 fluorin, kloorin ja bromin kanssa. Suoralla vuorovaikutuksella FeF3, FeC? 3, FeBr3. Dihalogenideja saadaan epäsuorasti - liuottamalla metalli (tai sen oksidi) vastaavaan halogenidivetyhappoon. Koboltille, trifluoridille CoF 3 ja trikloridille CoC? 3. Nikkeli ei muodosta trihalogenideja. Kaikki rautatriadin dihalogenidit ovat tyypillisiä suolan kaltaisia ​​yhdisteitä, joilla on merkittävä ioninen osuus kemiallisesta sidoksesta.

Rauta, koboltti, nikkeli vuorovaikuttavat voimakkaasti kalkogeenien kanssa ja muodostavat kalkogenidejä: EX ja EX 2 . Monokalkogenideja voidaan saada vastaavien komponenttien vuorovaikutuksella liuoksissa:

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

Kaikki kalkogenidit ovat koostumukseltaan vaihtelevia faaseja.

Rautatriadin metallien yhdisteet muiden ei-metallien kanssa (pniktogeenit, hiili, pii, boori) eroavat huomattavasti edellä tarkastetuista. Kaikki ne eivät noudata muodollisen valenssin sääntöjä ja useimmilla niistä on metallisia ominaisuuksia.

Rauta, koboltti, nikkeli imevät vetyä, mutta eivät anna tiettyjä yhdisteitä sen kanssa. Kuumennettaessa vedyn liukoisuus metalleihin kasvaa. Niihin liuennut vety on atomitilassa.

Happipitoisten happojen ja kompleksisten yhdisteiden suolat. Kaikki suola-, rikki- ja typpihapon suolat liukenevat veteen.

Nikkeli (II) suolat ovat vihreitä, koboltti (II) - sinisiä ja niiden liuokset ja kiteiset hydraatit - vaaleanpunaisia ​​(esim.), rauta (II) suolat - vihertäviä ja rauta (III) - ruskeita. Tärkeimmät suolat ovat: FeC? 36H20; FeSO 4 7H 2O - rautasulfaatti, (NH 4) 2SO 4 FeSO 4 6H 2O - Mohrin suola; NH4Fe(SO4)212H20 - rautaammoniumaluna; NiSO 4 6H 2 O jne.

Rauta-, koboltti- ja nikkelisuolojen kyky muodostaa kiteisiä hydraatteja osoittaa näiden alkuaineiden taipumuksen muodostaa komplekseja. Kiteiset hydraatit ovat tyypillinen esimerkki vesikomplekseista:

[E(H20)6] (C104)2; [E (H 2 O) 6] (NO 3) 2.

Anionisia komplekseja on lukuisia rautatriadin alkuaineille: halogenidi (Me I (EF 3), Me 2 I [EG 4], Me 3 [EG 4] jne.), tiosyanaatti (Me 2 I [E (CNS)) 4] , Me 4 I [E (CNS) 6 ], Me 3 I [E (CNS) 6 ]), oksolaatti (Me 2 I [E (C 2 O 4) 2 ], Me 3 [E (C 2 O) 4) 3]). Syanidikompleksit ovat erityisen ominaisia ​​ja pysyviä: K 4 - kaliumheksasyanoferraatti (II) (keltainen veren suola) ja K 3 - kaliumheksasyanoferraatti (III) (punainen veren suola). Nämä suolat ovat hyviä reagensseja Fe +3 -ionien (keltainen suola) ja Fe 2+ -ionien (punainen suola) havaitsemiseen pH:ssa ??7:

4Fe3+ + 4- = Fe43;

Preussin sininen

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

turnbull sininen

Preussin sinistä käytetään sinisenä väriaineena. Kun tiosyanaattisuoloja KCNS lisätään Fe 3+ -ioneja sisältävään liuokseen, liuos muuttuu verenpunaiseksi rautatiosyanaatin muodostumisen vuoksi:

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

Tämä reaktio on erittäin herkkä ja sitä käytetään Fe 3+ -ionin avaamiseen.

Koboltille (II) on tunnusomaista stabiilit yksinkertaiset suolat ja epästabiilit kompleksiyhdisteet K 2, K 4, jotka muuttuvat koboltti(III) yhdisteiksi: K 3, C? 3.

Tyypillisiä raudan, raudan, koboltin ja nikkelin kompleksisia yhdisteitä ovat karbonyylit. Samanlaisia ​​yhdisteitä tarkasteltiin aiemmin kromi- ja mangaanialaryhmien alkuaineille. Karbonyylien joukossa tyypillisimpiä ovat kuitenkin: , , . Rauta- ja nikkelikarbonyylit saadaan nesteinä tavallisessa paineessa ja 20-60°C:ssa ohjaamalla CO-virta metallijauheiden yli. Kobolttikarbonyyliä saadaan 150-200 o C:ssa ja paineessa (2-3) 10 7 Pa. Nämä ovat oransseja kiteitä. Lisäksi on karbonyylejä, joilla on monimutkaisempi koostumus: Fe (CO) 9 ja kolminukleaariset karbonyylit, jotka ovat klusterityyppisiä yhdisteitä.

Kaikki karbonyylit ovat diamagneettisia, koska CO-ligandit (samoin kuin CN2) luovat vahvan kentän, jonka seurauksena kompleksinmuodostajan valenssi-d-elektronit muodostavat p-sidoksia CO-molekyylien kanssa luovuttaja-akseptorimekanismilla. y-sidoksia muodostuu CO-molekyylien yksinäisistä elektroniparista ja kompleksinmuodostajan jäljellä olevista tyhjistä kiertoradoista:

Nikkeli (II) päinvastoin muodostaa monia stabiileja kompleksiyhdisteitä: (OH)2, K2; 2+-ioni on tummansininen.

Tätä reaktiota käytetään laajasti kvalitatiivisessa ja kvantitatiivisessa analyysissä nikkelin määrittämiseksi. Nikkeliyhdisteet ja erityisesti koboltti ovat myrkyllisiä.

Sovellus. Rauta ja sen seokset muodostavat modernin tekniikan perustan. Nikkeli ja koboltti ovat tärkeitä seosaineita teräksissä. Nikkelipohjaisia ​​lämmönkestäviä seoksia (ni- ja kromipitoisia nikromia jne.) käytetään laajalti. Kupari-nikkeliseoksia (melkiori jne.) käytetään kolikoiden, korujen ja taloustavaroiden valmistukseen. Monilla muilla nikkeliä ja kobolttia sisältävillä seoksilla on suuri käytännön merkitys. Erityisesti kobolttia käytetään viskoosina komponenttina materiaaleissa, joista valmistetaan metallinleikkaustyökaluja, joihin on sekoitettu poikkeuksellisen kovien kovametallien MoC ja WC hiukkasia. Metallien galvanoidut nikkelipinnoitteet suojaavat jälkimmäisiä korroosiolta ja antavat niille kauniin ulkonäön.

Rautaperheen metalleja ja niiden yhdisteitä käytetään laajalti katalyytteinä. Sienirauta lisäaineilla - katalyytti ammoniakin synteesiin. Erittäin dispergoitunut nikkeli (Raney-nikkeli) on erittäin aktiivinen katalyytti orgaanisten yhdisteiden, erityisesti rasvojen, hydrauksessa. Raney-nikkeliä saadaan vaikuttamalla alkaliliuoksella NiA2-metallien väliseen yhdisteeseen, kun taas alumiini muodostaa liukoisen aluminaatin ja nikkeli jää pienten hiukkasten muodossa. Tämä katalyytti varastoidaan orgaanisen nestekerroksen alla, koska kuivassa tilassa se hapettuu välittömästi ilmakehän hapen vaikutuksesta. Koboltti ja mangaani ovat osa katalyyttiä, jota lisätään öljymaaleihin nopeuttamaan niiden "kuivumista".

Fe 2 O 3 -oksidia ja sen johdannaisia ​​(ferriittejä) käytetään laajasti radioelektroniikassa magneettisina materiaaleina.

Sijaitsee neljännellä jaksolla.
Raudan atomipaino on 55,84, ydinvaraus +26. Elektronien jakautuminen energiatasojen mukaan (+26): 2, 8, 14, 2. Ulkoisen ja esiulomman rautakerroksen elektronikonfiguraatio 3s23p63d64s2.

Näin ollen rautaatomille kahden lisäksi s-neljännen ulkokerroksen elektroneja, niitä on kuusi lisää d-kolmannen esiulkoisen kerroksen elektronit. Näiden d-elektronit ovat aktiivisimpia 4 parittomia. Näin ollen 6 elektronia on erityisen aktiivisesti mukana raudan valenssisidosten muodostumisessa - 2 ulkokerroksesta ja 4 pre-ulkokerroksesta. Raudan yleisimmät hapetustilat ovat Fe +2 ja Fe +3. Rauta on yksi yleisimmin esiintyvistä luonnon alkuaineista. Yleisyydessä muiden elementtien joukossa se on neljännellä sijalla.

■ 57. Perustuen rautaatomin rakenteeseen sekä elektronien jakautumiseen kiertoradalla, osoittavat tämän alkuaineen mahdolliset hapetustilat.

Vapaassa tilassa oleva rauta on hopeanharmaa kiiltävä metalli, jonka tiheys on 7,87, sulamispiste 1535° ja kiehumispiste 2740°. Raudalla on voimakkaat ferromagneettiset ominaisuudet, eli se magnetoituu magneettikentän vaikutuksesta ja kentän lakkaaessa säilyttää magneettiset ominaisuutensa muuttuen itsestään magneetiksi. Kaikilla rautaryhmän elementeillä on nämä ominaisuudet.
Kemiallisten ominaisuuksiensa mukaan rauta on erittäin aktiivinen metalli. Kosteuden puuttuessa rauta ei muutu ilmassa, mutta joutuessaan alttiiksi ilman kosteudelle ja hapelle se altistuu vakavalle korroosiolle ja peittyy irtonaisella ruostekalvolla, joka on rautaa, joka ei suojaa sitä hapettumiselta. ja rauta hapettuu vähitellen koko massassaan:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 2H2O
Tämän arvokkaimman metallin suojaamiseksi korroosiolta on kehitetty useita menetelmiä.

Jännitesarjassa rauta sijaitsee vedyn vasemmalla puolella. Tässä suhteessa se altistuu helposti laimennettujen happojen vaikutukselle, muuttuen rautasuolaksi, esimerkiksi:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Rauta ei reagoi väkevän rikki- ja typpihapon kanssa. Nämä hapot muodostavat metallin pintaan niin vahvan ja tiheän oksidikalvon, että metalli muuttuu täysin passiiviseksi eikä enää mene muihin reaktioihin. Samaan aikaan suorassa vuorovaikutuksessa tällaisten voimakkaiden hapettimien kanssa, kuten raudalla on aina hapetusaste +3:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Rauta reagoi tulistetun höyryn kanssa; Samalla se syrjäytetään vedestä ja punakuuma rauta muuttuu oksidiksi, ja se on aina joko rauta(II)oksidia FeO tai rauta(II)oksidia Fe3O4 (Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Puhtaassa hapessa kuumennettu rauta palaa voimakkaasti ja muodostuu rautahilsettä (katso kuva 40).

3Fe + 2O2 = Fe3O4

Kalsinoituessaan rauta muodostaa seoksen hiilen ja samalla rautakarbidin Fe3C:n kanssa.

■ 58. Luettele raudan fysikaaliset ominaisuudet.
59. Mitkä ovat raudan kemialliset ominaisuudet? Anna perusteltu vastaus.

Rautayhdisteet

Rauta muodostaa kaksi yhdistesarjaa - yhdisteet Fe +2 ja Fe +3. Raudalle on ominaista kaksi oksidia - oksidi FeO ja oksidi Fe2O3. Tosin tunnetaan sekaoksidi Fe3O4, jonka molekyyli on kaksi- ja ferrirauta: Fe2O3 · FeO. Tätä oksidia kutsutaan myös rautaoksidiksi tai rautaoksidiksi.

Rautametalliyhdisteet ovat vähemmän stabiileja kuin oksidi-o, ja hapettavan aineen läsnä ollessa, vaikka se olisi vain ilmaa, ne yleensä muuttuvat rautayhdisteiksi. Esimerkiksi rauta(II)hydroksidi Fe (OH) 2 on valkoinen kiinteä aine, mutta sitä voidaan saada puhtaassa muodossa vain silloin, kun lähtöaineiden liuokset eivät sisällä liuennutta happea ja jos reaktio suoritetaan ilman ilmakehän paineita. happi:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Suola, josta rauta(II)hydroksidi saadaan, ei tietenkään saa sisältää pienintäkään oksidiyhdisteiden epäpuhtautta. Koska tällaisten olosuhteiden luominen tavallisessa koulutuslaboratoriossa on erittäin vaikeaa, saadaan rauta(II)hydroksidia enemmän tai vähemmän tummanvihreänä hyytelömäisenä sakan muodossa, mikä osoittaa rautayhdisteiden jatkuvan hapettumisen ferriksi. Jos rauta(II)hydroksidia pidetään ilmassa pitkään, se muuttuu vähitellen rauta(III)hydroksidiksi Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
rauta ovat tyypillisiä liukenemattomia hydroksideja. Rautahydroksidilla (II) on emäksisiä ominaisuuksia, kun taas Fe (OH) 3:lla on erittäin heikosti ilmaistut amfoteeriset ominaisuudet.

■ 60. Luettele rautaoksidin ominaisuudet tyypillisenä emäksisenä oksidina. Anna perusteltu vastaus. Kirjoita kaikki reaktioyhtälöt täysissä ja lyhennettyinä ionimuodoissa.

61. Listaa rautahydroksidin (II) ominaisuudet. Tue vastaustasi reaktioyhtälöillä.

Raudan (II) suoloista tärkein on rautasulfaatti FeSO4 7H2O, joka sisältää 7 molekyyliä kiteytysvettä. Rautasulfaatti liukenee hyvin veteen. Sitä käytetään tuholaisten torjuntaan maataloudessa sekä väriaineiden valmistuksessa.
Rautasuoloista tärkein on ferrikloridi FeCl3, joka on erittäin hygroskooppisia oransseja kiteitä, jotka imevät itseensä vettä varastoinnin aikana ja leviävät ruskeaksi lietteeksi.

Raudan (II) suolat voivat helposti muuttua raudan (III) suoloiksi, esimerkiksi kuumennettaessa typpihapolla tai kaliumpermanganaatilla rikkihapon läsnäollessa:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Fe +2 -suolojen hapettuminen Fe +3 -suoloissa voi tapahtua myös ilmakehän hapen vaikutuksesta näiden yhdisteiden varastoinnin aikana, mutta vain tämä prosessi on pidempi. Fe 2+- ja Fe 3+ -kationien tunnistamiseen käytetään erittäin tyypillisiä spesifisiä reagensseja. Esimerkiksi rautaraudan tunnistamiseksi he ottavat punaista verisuolaa K3, joka rauta-ionien läsnä ollessa antaa niille tyypillisen voimakkaan sinisen saostuman, joka on sininen:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
tai ionisessa muodossa
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
Fe3 + -suolojen tunnistamiseksi käytetään reaktiota keltaisen verisuolan K4 kanssa:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
Tässä tapauksessa Preussin sinisen voimakas sininen sakka saostuu. Väriaineina käytetään Preussin sinistä ja Turbulinsinistä.
Lisäksi ferrirauta voidaan tunnistaa käyttämällä liukoisia suoloja - kaliumtiosyanaattia KCNS tai ammoniumtiosyanaattia NH4CNS. Kun nämä aineet ovat vuorovaikutuksessa Fe(III)-suolojen kanssa, liuos saa verenpunaisen värin.

■ 62. Listaa suolojen Fe +3 ja Fe +2 ominaisuudet. Kumpi hapetustila on vakaampi?
63. Kuinka muuntaa Fe +2 -suola Fe +3 -suolaksi ja päinvastoin? Antaa esimerkkejä.

Reaktio etenee yhtälön mukaan:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
tai ionisessa muodossa
Fe 3+ + 3CNS - \u003d Fe (CNS),
Rautayhdisteillä on tärkeä rooli organismien elämässä. Esimerkiksi se on osa veren pääproteiinia - hemoglobiinia, samoin kuin vihreitä kasveja - klorofylliä. Rauta pääsee elimistöön pääasiassa elintarvikkeiden orgaanisessa aineessa. Paljon rautaa sisältää omenoita, munia, pinaattia, punajuuria. Lääkkeinä rautaa käytetään orgaanisten happojen suolojen muodossa. Rautakloridi toimii hemostaattisena aineena.

■ 64. Kolme koeputkea sisältävät: a) rauta(II)sulfaattia, b) rauta(III)sulfaattia ja c) rauta(III)kloridia. Kuinka määrittää, mikä koeputki sisältää minkäkin suolan?
65. Muutossarjan suorittaminen:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Seuraavat on annettu: rauta, kaustinen sooda. Kuinka saada rauta(II)hydroksidia ja rauta(III)hydroksidia käyttämällä vain näitä aineita?
67. Liuosta, joka sisälsi kromi(III)kloridia ja rauta(III)kloridia, käsiteltiin ylimäärällä alkalia. Syntynyt sakka suodatettiin pois. Mitä jää suodattimeen ja mikä menee suodokseen? Anna tietoinen vastaus käyttämällä reaktioyhtälöitä molekyyli-, täysi-ionisessa ja lyhennetyssä ionisessa muodossa.

rautaseokset

Rauta on rautametalurgian perusta, joten sitä louhitaan valtavia määriä. Uusi ohjelma kommunismin täysimittaiseksi rakentamiseksi edellyttää 250 miljoonan tonnin teräksen tuotantoa vuonna 1980. Tämä on 3,8 kertaa enemmän kuin vuonna 1960.
Rautaa ei käytetä lähes koskaan puhtaassa muodossaan, vaan ainoastaan ​​seosten muodossa. Tärkeimmät raudan seokset ovat sen hiili - erilaiset valuraudat ja teräkset. Suurin ero valuraudan ja teräksen välillä on hiilipitoisuus: valurauta sisältää yli 1,7 % hiiltä ja teräs alle 1,7 %.

Suuri käytännön merkitys on ferroseokset (raudan ja piin seos), ferrokromilla (raudan ja kromin seos) ja ferromangaani (raudan ja mangaanin seos). Ferroseokset ovat valuraudat, jotka sisältävät yli 10 % rautaa ja vähintään 10 % vastaavaa komponenttia. Lisäksi ne sisältävät samoja alkuaineita kuin valuraudassa. Ferroseoksia käytetään pääasiassa teräksen "deoksidaatiossa" ja seosaineena.
Valuraudoista erotetaan lineaari- ja harkkoraudat. Valurautaa käytetään eri osien valumiseen, harkkorauta sulatetaan teräkseksi, koska sillä on erittäin korkea kovuus ja sitä ei voida käsitellä. Harkkorauta on valkoista ja valurauta harmaata. Harkkorauta sisältää enemmän mangaania.

Teräkset ovat hiiltä ja seostettuja. Hiiliteräkset ovat yleensä raudan ja hiilen seos, kun taas seosteräkset sisältävät seostavia lisäaineita eli muiden metallien epäpuhtauksia, jotka antavat teräkselle arvokkaampia ominaisuuksia. antaa teräkselle muokattavuutta, elastisuutta, vakautta kovettumisen aikana sekä - kovuuden ja lämmönkestävyyden. Teräkset, joissa on zirkoniumia, ovat erittäin joustavia ja sitkeitä; niitä käytetään panssarilevyjen valmistukseen. Mangaaniepäpuhtaudet tekevät teräksestä kestäviä iskuja ja kitkaa vastaan. Boori parantaa teräksen leikkausominaisuuksia työkaluterästen valmistuksessa.
Joskus pienetkin harvinaisten metallien epäpuhtaudet antavat teräkselle uusia ominaisuuksia. Jos teräsosaa pidetään berylliumjauheessa 900-1000°:n lämpötilassa, teräksen kovuus ja kulutuskestävyys kasvavat huomattavasti.
Kromi-nikkeli tai, kuten niitä myös kutsutaan, ruostumattomat teräkset kestävät korroosiota. Rikki ja fosfori epäpuhtaudet ovat erittäin haitallisia teräkselle - ne tekevät metallista hauraita.

■ 68. Mitkä ovat tärkeimmät tuntemasi raudat?
69. Mikä on tärkein ero teräksen ja valuraudan välillä?
70. Mitkä ovat valuraudan ominaisuudet ja millaisia ​​valurautatyyppejä tunnet?
71. Mitä ovat seosteräkset ja seostavat lisäaineet?

verkkotunnuksen prosessi

Harkkorautaa valmistetaan pelkistyssulatuksella masuuneissa. Nämä ovat valtavia, kolmekymmentä metriä korkeita rakenteita, jotka tuottavat yli 2000 tonnia valurautaa päivässä. Masuunilaitteen kaavio on esitetty kuvassa. 83.
Masuunin yläosaa, jonka läpi panos ladataan, kutsutaan yläosaksi. Latauksen yläosan kautta

Riisi. 83. Masuunin laitteen kaavio.

putoaa uunin pitkälle akselille, joka laajenee ylhäältä alas, mikä helpottaa ladatun materiaalin liikkumista ylhäältä alas. Kun varaus siirtyy uunin leveimmälle osalle - höyrylle - sen kanssa tapahtuu sarja muutoksia, joiden seurauksena muodostuu valurautaa, joka virtaa tulisijaan - uunin kuumimpaan kohtaan. Täällä kuona kerääntyy. Valurauta ja kuona vapautuvat uunista tulisijan erityisten reikien kautta, joita kutsutaan kierrereikiksi. Masuuniin puhalletaan uunin yläosan kautta ilmaa, joka tukee polttoaineen palamista tulipesässä.

Harkitse kemiallisia prosesseja, jotka tapahtuvat raudan sulatuksen aikana. Masuunin panos eli siihen ladattu ainekompleksi koostuu rautamalmista, polttoaineesta ja sulatteista tai sulatteita. Rautamalmeja on monia. Tärkeimmät malmit ovat magneettinen rautamalmi Fe3O4, punainen rautamalmi Fe2O3, ruskea rautamalmi 2Fe2O8 3H2O. Masuuniprosessissa rautamalmina käytetään sideriittiä FeCO3:a ja joskus FeS2:ta, joka rikkikiisuuuneissa poltettuaan muuttuu Fe2O3-tuhoksi, jota voidaan käyttää metallurgiassa. Tällainen malmi on vähemmän toivottava suuren rikkiseoksen vuoksi. Masuunissa sulatetaan paitsi valurautaa, myös rautaseoksia. Uuniin ladattu polttoaine palvelee samanaikaisesti uunin korkean lämpötilan ylläpitämistä ja raudan talteenottoa malmista ja osallistuu myös seoksen muodostukseen hiilen kanssa. Polttoaine on yleensä koksia.

Raudan sulatusprosessissa koksi kaasutetaan ja muuttuu, kuten kaasugeneraattorissa, ensin dioksidiksi ja sitten hiilimonoksidiksi:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
Syntynyt hiilimonoksidi on hyvä kaasumainen pelkistysaine. Sen avulla rautamalmi palautetaan:
Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe
Yhdessä rautapitoisen malmin kanssa jätekiven epäpuhtaudet pääsevät varmasti uuniin. Ne ovat erittäin tulenkestäviä ja voivat tukkia uunin, joka on ollut jatkuvasti käynnissä useiden vuosien ajan. Jotta jätekivi olisi helposti poistettavissa uunista, se muunnetaan sulavaksi yhdisteeksi muuttaen siitä kuonaksi juoksutteiden (fluksien) kanssa. Siirtää kuonaksi peruskiveä, joka sisältää esimerkiksi kalkkikiveä, joka hajoaa uunissa yhtälön mukaisesti
CaCO3 = CaO + CO2
lisää hiekkaa. Sulautuessaan kalsiumoksidiin hiekka muodostaa silikaatin:
CaO + SiO3 = CaSiO3
Tämä on aine, jolla on verrattoman matalampi sulamispiste. Nestemäisessä tilassa se voidaan vapauttaa uunista.

Jos kivi on hapan ja sisältää suuren määrän piidioksidia, päinvastoin uuniin ladataan kalkkikiveä, joka muuttaa piidioksidin silikaatiksi, ja tuloksena saadaan sama kuona. Aiemmin kuona oli jätettä, mutta nyt sitä jäähdytetään vedellä ja käytetään rakennusmateriaalina.
Polttoaineen palamisen ylläpitämiseksi masuuniin syötetään jatkuvasti lämmitettyä, hapella rikastettua ilmaa. Se lämmitetään erityisissä ilmanlämmittimissä - kiupereissa. Cowper on tulenkestävästä tiilestä rakennettu korkea torni, johon masuunin kuumat kaasut poistuvat. Masuunikaasut sisältävät hiilidioksidia CO2, N2 ja hiilimonoksidia CO. Hiilimonoksidi palaa kuparissa ja nostaa siten sen lämpötilaa. Sitten masuunikaasut johdetaan automaattisesti toiseen kupariin ja ensimmäisen kautta alkaa masuuniin suunnatun ilman puhallus. Kuumassa kuparissa ilma lämpenee ja näin säästyy polttoainetta, joka kuluisi suuria määriä masuuniin tulevan ilman lämmittämiseen. Jokaisessa masuunissa on useita kuppeja.

■ 72. Mikä on masuunin panoksen koostumus?
73. Luettele tärkeimmät kemialliset prosessit, jotka tapahtuvat raudan sulatuksen aikana.
74. Mikä on masuunin kaasun koostumus ja miten sitä käytetään kupareissa?
75. Kuinka paljon 4 % hiiltä sisältävää valurautaa saadaan 519,1 kg:sta magneettista rautamalmia, joka sisältää 10 % epäpuhtauksia?
76. Mikä määrä koksia antaa hiilimonoksidimäärän, joka riittää pelkistämään 320 kg rautaoksidia, jos koksissa on 97 % puhdasta hiiltä?
77. Miten sideriittiä tulisi käsitellä, jotta niistä saadaan rautaa?

teräksen sulatus

Teräs sulatetaan kolmentyyppisissä uuneissa - avouuniregeneratiivisissa uuneissa, Bessemer-muuntimissa ja sähköuuneissa.
Avouuni on nykyaikaisin uuni, joka on suunniteltu teräksen päämassan sulattamiseen (kuva 84). Avouuni, toisin kuin masuuni, ei ole jatkuvasti toimiva uuni.

Riisi. 84. Kaavio avouunin laitteistosta

Sen pääosa on kylpy, jossa tarvittavat materiaalit lastataan ikkunoiden läpi erikoiskoneella. Kylpy on yhdistetty erityisillä kanavilla regeneraattoreihin, jotka lämmittävät uuniin syötettyjä palavia kaasuja ja ilmaa. Lämpeneminen johtuu palamistuotteiden lämmöstä, jotka kuljetetaan ajoittain regeneraattoreiden läpi. Koska niitä on useita, ne toimivat vuorotellen ja lämpenevät vuorotellen. Avouunissa voidaan tuottaa jopa 500 tonnia terästä sulaa kohden.

Avouunin panos on hyvin monipuolinen: panoksen koostumus sisältää harkkorautaa, metalliromua, malmia, samanlaatuisia sulatteita (fluxeja) kuin masuuniprosessissa. Kuten masuuniprosessissa, teräksen valmistuksessa ilma ja palavat kaasut lämmitetään regeneraattoreissa pakokaasujen lämmön vaikutuksesta. Avouunien polttoaineena käytetään joko suuttimilla ruiskutettua polttoöljyä tai palavia kaasuja, joita käytetään tällä hetkellä erityisen laajasti. Polttoaine toimii tässä vain ylläpitämään korkeaa lämpötilaa uunissa.
Terässulatusprosessi eroaa oleellisesti masuuniprosessista, koska masuuniprosessi on pelkistysprosessi ja terässulatus on hapettava prosessi, jonka tarkoituksena on vähentää hiilipitoisuutta hapettamalla se masuunin massassa. metalli. Tähän liittyvät prosessit ovat melko monimutkaisia.

Malmissa oleva ja ilmalla uuniin syötettynä kaasumaisen polttoaineen polttamiseksi, se hapettuu, samoin kuin huomattava määrä rautaa, muuttaen sen pääasiassa rautaoksidiksi (II): 2Fe + O2 \u003d 2FeO
Valurautassa tai muiden metallien epäpuhtauksissa korkeassa lämpötilassa pelkistää tuloksena oleva rauta(II)oksidi uudelleen metalliraudaksi yhtälön mukaisesti: Si + 2FeO \u003d SiO2 + 2Fe Mn + FeO \u003d MnO + Fe
Reagoi samalla tavalla rautaoksidin (II) ja: C + FeO = Fe + CO:n kanssa
Prosessin lopussa jäljellä olevan rautaoksidin (II) palauttamiseksi (tai, kuten sanotaan, sen "deoksidin poistamiseksi"), lisätään "hapetuksenpoistoaineita" - ferroseoksia. Niissä olevat mangaanin ja piin lisäaineet pelkistävät jäljellä olevan rautaoksidin (II) yllä olevien yhtälöiden mukaisesti. Sen jälkeen sulaminen loppuu. Avouunissa sulatus kestää 8-10 tuntia.

Riisi. 85. Bessemer-muuntimen laitekaavio

Bessemer-muunnin (kuva 85) - vanhemman tyyppinen uuni, mutta erittäin suorituskykyinen. Koska muunnin toimii ilman polttoaineenkulutusta, tällä teräksen valmistusmenetelmällä on merkittävä paikka metallurgiassa. Muunnin on päärynän muotoinen teräsastia, jonka kapasiteetti on 20-30 tonnia, vuorattu sisältä tulenkestävällä tiilellä. Jokainen lämpö muuntimessa kestää 12-15 minuuttia. Muuntimella on useita haittoja: se voi toimia vain nestemäisellä raudalla. Tämä johtuu siitä, että hiilen hapetus tapahtuu ilmalla, joka kulkee alhaalta nestemäisen raudan koko massan läpi, mikä nopeuttaa merkittävästi sulamista ja lisää hapettumisen intensiteettiä. Luonnollisesti raudan "hävikki" on tässä tapauksessa erityisen suuri. Samaan aikaan lyhyt sulamisaika ei salli sen säätelyä, seostettavien epäpuhtauksien lisäämistä, joten pääosin hiiliteräkset sulatetaan konverttereissa. Sulatuksen lopussa ilman syöttö pysäytetään ja, kuten avouuniprosessissa, lisätään "hapettimet".

Sähköuuneissa (kuva 86) sulatetaan erikoislaatuista seostettua terästä, pääasiassa korkealla sulamislämpötilalla, sisältäen ja muita lisäaineita. Valmis teräs lähetetään valssaukseen. Siellä valtavilla valssaamoilla - kukkimilla ja laatoilla - puristetaan telojen avulla kuumat teräsharkot, jotka mahdollistavat eri muotojen valmistamisen teräsharkista.

Kuva 86. Valokaariuunin kaavio. 1 - elektrodit, 2 - latausikkuna, 3 - kouru teräksen irrottamiseen, 4 - pyörivä mekanismi

Seosten muodossa olevaa rautaa käytetään laajalti kansantaloudessa. Yksikään kansantalouden haara ei tule toimeen ilman sitä. Rautametallien säästämiseksi ne pyritään tällä hetkellä mahdollisuuksien mukaan korvaamaan synteettisillä materiaaleilla.
Rautametallista valmistetaan työstökoneita ja autoja, lentokoneita ja työkaluja, teräsbetonirakenteiden varusteita, peltilaatikoita ja kattopeltiä, laivoja ja siltoja, maatalouskoneita ja palkkeja, putkia ja monenlaisia ​​kotitaloustuotteita.

■ 78. Mikä on perustavanlaatuinen ero teräksenvalmistusprosessin ja masuuniprosessin välillä?
79. Mitä uuneja käytetään teräksen sulattamiseen?
80. Mitä ovat regeneraattorit avotakkauunissa?

81. Määritä tulisijauunin panoksen koostumus ja sen ero masuunin panoksen koostumukseen?
82. Mitä ovat "hapetuksenpoistoaineet"?
83. Miksi teräksen sulatusta kutsutaan oksidatiiviseksi sulatukseksi?
84. Kuinka paljon 1 % hiiltä sisältävää terästä saadaan 116,7 kg:sta 4 % hiiltä sisältävää valurautaa?
85. Kuinka paljon ferromangaania, joka sisältää 80 % mangaania, tarvitaan 36 kg rauta(II)oksidin hapettumisen poistamiseen?

Artikkeli aiheesta Rauta, ryhmän VIII toissijainen alaryhmä

RAUTA JA SÄHKÖ Terästen ominaisuudet vaihtelevat. Siellä on teräksiä, jotka on suunniteltu kestämään pitkään merivedessä, teräksiä, jotka kestävät korkeita lämpötiloja ja...

IB-ryhmässä (kupariryhmä) on siirtymämetalleja Cu, Ag, Au, joilla on samanlainen elektronien jakauma, jonka määrää elektronien "läpimurto" tai "vika".

"Vuoto"-ilmiö on symbolinen siirto kahdesta valenssista s-elektronista d-alatasolle, mikä heijastaa ulkoisten elektronien epätasaista pidättymistä ytimessä.

Yhden s-elektronin siirtyminen ulommalle tasolle johtaa d-alatason stabiloitumiseen. Siksi viritysasteesta riippuen IB-ryhmän atomit voivat luovuttaa yhdestä kolmeen elektronia kemiallisen sidoksen muodostumiseen. Tämän seurauksena IB-ryhmän alkuaineet voivat muodostaa yhdisteitä, joiden hapetusaste on +1, +2 ja +3. Eroja on kuitenkin: kuparin stabiiliimmat hapetustilat ovat +1 ja +2; +1 hopealle ja +1 ja +3 kullalle. Tämän ryhmän tunnusomaisimmat koordinaatioluvut ovat 2, 3, 4.

IB-ryhmän elementit ovat suhteellisen inerttejä. Sähkökemiallisessa sarjassa ne seisovat vedyn perässä, mikä ilmenee niiden heikon pelkistyskyvyn vuoksi. Siksi niitä esiintyy luonnossa luonnossa. Ne ovat ensimmäisiä metalleja, jotka muinainen ihminen löysi ja käytti. Seuraavia yhdisteitä löytyy fossiileina: Cu 2 O - kupriitti, Cu 2 S - kalkosiini, Ag 2 S - argentiitti, akantiitti, AgCl - kerargyriitti, AuTe 2 - kalaveriitti, (Au, Ag) Te 4 - sylvaniitti.

Ryhmässä IB pelkistys- ja emäksiset ominaisuudet vähenevät kuparista kullaksi.

Kuparin, hopean ja kullan yhdisteiden kemialliset ominaisuudet.

Hopeaoksidia (I) saadaan kuumentamalla hopeaa hapella tai käsittelemällä AgNO 3 -liuoksia emäksillä:

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

Hopea(I)oksidi liukenee hieman veteen, mutta hydrolyysin vuoksi liuoksilla on alkalinen reaktio

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

syanidiliuoksissa se muuttuu kompleksiksi:

Ag 2 O + 4KSN + H 2 O > 2K [Ag (CN) 2] + 2KOH

Ag 2 O on voimakas hapetin. Hapettaa kromi(III)suoloja:

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

sekä aldehydit ja halohiilivedyt.

Hopeaoksidin (I) hapettavat ominaisuudet määräävät sen suspension käytön antiseptisenä aineena.

Normaalien redox-potentiaalien sähkökemiallisessa sarjassa hopea tulee vedyn jälkeen. Siksi metallihopea reagoi vain hapettavien väkevien typpi- ja rikkihappojen kanssa:

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

Useimmat hopeasuolat ovat heikosti tai huonosti liukenevia. Käytännössä liukenemattomat halogenidit, fosfaatit. Hopeasulfaatti ja hopeakarbonaatti liukenevat huonosti. Hopeahalogenidien liuokset hajoavat ultravioletti- ja röntgensäteiden vaikutuksesta:

2AgCl -- hn > 2Ag + Cl 2

Vielä herkempiä ultravioletti- ja röntgensäteiden vaikutukselle ovat AgCl-kiteet bromidien seoksen kanssa. Kiteessä olevan valokvantin vaikutuksesta tapahtuu reaktioita

Вr -- + hн > Вг ° + e -

Ag + + e ~ > Ag°

2AgBr > 2Ag 0 + Br 2

Tätä hopeahalogenidien ominaisuutta käytetään valoherkkien materiaalien, erityisesti valokuvausfilmien ja röntgenfilmien valmistuksessa.

Liukenematon hopeakloridi ja hopeabromidi liukenevat ammoniakkiin muodostaen ammoniakkia:

AgCl + 2NH3 > [Ag (NH 3) 2] Cl

AgCl:n liukeneminen on mahdollista, koska hopea-ionit sitoutuvat erittäin vahvaksi kompleksi-ioniksi. Liuokseen jää niin vähän hopeaioneja, että niitä ei ole tarpeeksi saostumaan, koska pitoisuuksien tulo on pienempi kuin liukoisuusvakio.

AgCl:n bakteereja tappavia ominaisuuksia käytetään valmisteissa kaasun limakalvojen hoitoon. Elintarvikkeiden sterilointiin ja säilöntään käytetään "hopeavettä" - tislattua vettä, joka on käsitelty AgCl-kiteillä.

Aivan kuten hopea, kupari (I) muodostaa liukenemattomia halogenideja. Nämä suolat liukenevat ammoniakkiin ja muodostavat komplekseja:

CuCl + 2NH3 > [Cu(NH3)2]Cl

Kuparin (II) veteen liukenemattomat oksidit ja hydroksidit, jotka ovat luonnostaan ​​emäksisiä ja liukenevat happoihin:

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

Tuloksena oleva vesiliuos [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ antaa liuoksille kirkkaan sinisen värin.

Kupari(II)hydroksidi liukenee ammoniakkiin, muodostaa kompleksin, joka muuttaa liuoksen siniseksi:

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

Tätä reaktiota käytetään kvalitatiiviseen reaktioon kupari(II)-ionien kanssa.

Kuparin, hopean ja kullan suolat ovat vuorovaikutuksessa alkalimetallisulfidien ja rikkivedyn kanssa muodostaen veteen liukenemattomia saostumia - Ag 2 S, Cu 2 S, CuS, Au 2 S 3 .

Ryhmän IB metallien korkea affiniteetti rikkiin määrää korkean M-S-sidosenergian, ja tämä puolestaan ​​määrittää niiden käyttäytymisen erityisluonteen biologisissa järjestelmissä.

Näiden metallien kationit ovat helposti vuorovaikutuksessa rikkiä sisältäviä ryhmiä sisältävien aineiden kanssa. Esimerkiksi Ag + ja Cu + -ionit reagoivat mikro-organismien ditiolientsyymien kanssa kaavion mukaisesti:

Metalli-ionien sisällyttäminen proteiinin koostumukseen inaktivoi entsyymit, tuhoaa proteiineja.

Sama mekanismi on ihotautien hoitoon käytettyjen hopeaa ja kultaa sisältävien lääkkeiden toiminnan taustalla.

Yleisin kulta(III)yhdiste on AuCl3-kloridi, joka liukenee helposti veteen.

Kultaoksidi ja hydroksidi (III) ovat amfoteerisia yhdisteitä, joilla on selvempiä happamia ominaisuuksia. Kultahydroksidi (III) ei liukene veteen, mutta liukenee emäksiin muodostaen hydroksokompleksin:

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

Reagoi happojen kanssa muodostaen happokompleksin:

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

Suuri määrä monimutkaisia ​​yhdisteitä tunnetaan kullasta ja sen analogeista. Kuuluisa kullan liuotusreaktio "aqua regiaan" (1 tilavuus väkevää HMO3:a ja 3 tilavuutta väkevää HCl:a) on monimutkaisen hapon muodostuminen:

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

Kupari toimii kehossa +1 ja +2 hapetustiloissa. Cu + ja Cu 2+ -ionit ovat osa bakteereista eristettyjä "sinisiä" proteiineja. Näillä proteiineilla on samanlaiset ominaisuudet, ja niitä kutsutaan atsurineiksi.

Kupari (I) sitoutuu voimakkaammin rikkiä sisältäviin ligandeihin ja kupari (II) proteiinien karboksyyli-, fenoli- ja aminoryhmiin. Kupari (I) antaa komplekseja, joiden koordinaatioluku on 4. Muodostuu tetraedrirakenne (jos mukana on parillinen määrä d-elektroneja). Kuparille (II) koordinaatioluku on 6; se vastaa kompleksin ortorombista geometriaa.