Триада железа
Группы, подгруппы, периоды… В этой системе нетрудно запутаться начинающему химику, но как затем восхищает структурированность и организованность таблицы Менделеева! Однако общие закономерности лежат на поверхности и всем известны, а мы поговорим о менее очевидных объединениях элементов — триадах, остановившись на триаде железа.
Взглянув непосредственно на периодическую систему, можно увидеть, что кроме железа в восьмой группе четвертого периода находятся еще два элемента: кобальт и никель, что довольно необычно, так как в прочих группах элементы размещены по одному. Давайте попробуем разобраться, что их объединяет, и обратимся, во-первых, к электронной конфигурации.
Логично, что, если элементы следуют друг за другом, в каждом следующем на один электрон больше. Это, конечно, так, но электронные формулы внешнего слоя откроют нам, что электрон появляется не на внешнем, а на предвнешнем d-подуровне: группа-то побочная, а на внешнем уровне остаются все те же s-электроны в количестве две штуки. Итого увеличение числа электронов не играет значительной роли => степени окисления элементов схожи, как и их свойства в целом. Возникает вопрос: а почему марганец не входит в эту группу, ведь у него тоже два электрона на внешнем уровне? Вспомним, какие конфигурации являются устойчивыми для d-подуровня: полностью заполненная (14 ē) или заполненная наполовину (7 ē). Электронные конфигурации элементов триады близки или, в случае кобальта, идеально соответствуют устойчивой конфигурации, в то время как марганец достаточно далек от нее, вот и отдает семь электронов ради достижения конфигурации аргона. «Триадцам» так изощряться не нужно: половина d-подуровня — тоже хорошо, и они не проявляют СО=+8.
Интересно, как изменяется устойчивость степеней окисления в этой малой группе.
И действительно, двухвалентное железо самопроизвольно переходит в трехвалентное, хватая из воздуха все подряд, а перевести в трехвалентное состояние никель уже трудно: нужны сильный окислитель и щелочная среда. Разбавим теорию практикой:
Стоит отметить, что соединения этих металлов имеют узнаваемые яркие цвета: гидратированные катионы железа [2+] имеют зеленоватый цвет, [3+], как известно, бурый цвет, никеля [2+] — зелено-голубой, кобальта [2+] — розово-фиолетовый.
Плавно перейдем к химическим свойствам. Не будем останавливаться на общем, замечу только, что вся триада железа пассивируется концентрированными азотной и серной кислотами без нагревания.
Как уже упоминалось, основные степени окисления элементов равны +2 и +3, однако железо способно иметь СО=+6. Условия для получения таких соединений аналогичны условиям получения трехвалентного никеля: сильный окислитель, щелочная среда. Однако ни соответствующего оксида, ни гидроксида не существует, получены только соли, имеющие цвет, напоминающий цвет солей марганца (VII).
Элементы триады железа также являются хорошими комплексообразователями: широко известны красная и желтая кровяные соли (K₃[Fe(CN)₆] и K₄[Fe(CN)₆]), реактивы для качественных реакций на ионы железа [2+] и [3+] соответственно. Для железа, кобальта и никеля в целом характерны координационные числа 4 и 6, например [Ni(NH₃)₆]Cl₂, (NH₄)₂[Co(SCN)₄].
Статья подходит к своему завершению, но пытливый читатель сможет найти еще много интересной информации об обитателях триады железа. До новых встреч!