Triáda železa Prvek Značka Kdo ho objevil Rok objevení Protonové číslo Běžná oxidační čísla Železo Fe neznáme 4480 př. n. l. 26 +2, +3 Kobalt Co Georg Brandt 1735 27 +2, +3 Nikl Ni Axel Fredrik Cronstedt 1751 28 +2, +3 Prvky triády železa mají kovový charakter vazby. Jsou obtížně tavitelné, málo těkavé, mají vysoké body tání a varu a poměrně malý molární objem. Ve sloučeninách vykazují proměnné oxidační stavy. Jsou typickými představiteli přechodných kovů. Žádný z trojice prvků není schopen dosáhnout maximálního oxidačního stavu, který vyplývá z postavení v osmé skupině. Sloučeniny těchto kovů jsou vesměs kovalentní, barevné, v řadě případů obsahují nepárové elektrony a proto jsou paramagnetické. V přírodě se tyto prvky vyskytují kumulované v ložiskách, takže jsou dobře dostupné. Nejvíce rozšířené je železo, poté nikl a nejméně dostupný je kobalt. Je známý velký technický význam těchto kovů, obzvláště železa. Železo Železo je (po kyslíku, křemíku a hliníku) čtvrtým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře (6,2 %). Vzhledem ke stabilitě jeho jader je značně rozšířeno i ve vesmíru. Železo má oxidační stavy II a III. Čisté železo je měkký, kujný kov a je feromagnetické. Železo není ušlechtilý kov a v kyselinách se rozpouští za vývoje vodíku a železnatých solí. Železité soli se tvoří v přítomnosti kyslíku nebo při rozpuštění v oxidujících kyselinách. Železo na vzduchu podléhá působení vzdušného kyslíku a vlhkosti a rezaví. Výroba železa Železo se vyrábí spalováním železných rud ve vysoké peci. Výroba železa probíhá ve dvou fázích: 1. Spalování koksu: C + O[2] à CO[2] CO[2] + C à 2 CO 2. Redukce železa oxidem uhelnatým nebo přímo uhlíkem: 3 CO + Fe[2]O[3 ]à 2 Fe + 3 CO[2] 3 C + Fe[2]O[3] à 2 Fe + 3 CO Sloučeniny železa S kyslíkem - oxidy (FeO, Fe[2]O[3]) - hydroxidy (Fe(OH)[2], Fe(OH)[3]) S halogeny - halogenidy (FeCl[3]) Se sírou - sulfidy (FeS, FeS[2]) S dusíkem - nitridy (Fe[2]N, Fe[4]N) S uhlíkem - karbidy (Fe[3]C – karbid železa) Síran železnatý FeSO[4]. Heptahydrát síranu železnatého FeSO[4]·7H[2]O je známý pod triviálním názvem zelená skalice. Oxid železnatý FeO je černá práškovitá hmota. Je stálý jen nad teplotou 575 °C, pod touto teplotou se rozkládá na železo a oxid železnato-železitý. Hydroxid železnatý Fe(OH)[2] je bílá vločkovitá sraženina, nerozpustná ve vodě. Rychle pohlcuje kyslík a přechází přes zelenou barvu až do hněda. Tento barevný pochod je způsoben oxidací hydroxidu železnatého na hydrát oxidu železitého. Sulfid železnatý FeS je nerozpustný ve vodě. V čistém stavu je to červeno- hnědá práškovitá látka, pokud se připravuje zahříváním železa se sírou. Pokud se připravuje srážením roztoků železnatých solí roztokem alkalického sulfidu, tak je to černá práškovitá látka. ^ Oxid železitý Fe[2]O[3] je červenohnědý prášek, nerozpustný ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako nerost hematit a v hydratované podobě jako nerost limonit. V laboratoři se připravuje žíháním hydroxidu železitého. Oxid železnato-železitý Fe[3]O[4] je černý, ve vodě, hydroxidech a kyselinách nerozpustný prášek, který se v přírodě vyskytuje jako magnetit. Slouží jako surovina pro výrobu pigmentů červené až hnědé barvy. Dusičnan železitý Fe(NO[3])[3] je v hydratované podobě bezbarvá krystalická látka, velmi dobře rozpustná ve vodě. Síran železitý Fe[2](SO[4])[3] je v bezvodém stav bílý prášek a v podobě hydratované soli je to bílá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Hexakyanoželeznatan draselný - K[4][Fe(CN)[6]] - žlutá krevní sůl Hexakyanoželezitan draselný - K[3][Fe(CN)[6]] - červená krevní sůl Využití železa Čisté železo nemá velký praktický význam. Technické železo (slitina železa s uhlíkem, fosforem, křemíkem a dalšími prvky) je nejdůležitějším konstrukčním materiálem a technickým kovem. Oxid železnatý je obsažen v pigmentu. Tento oxid je schválený pro používání v kosmetice a někdy je také používán do tetovacích inkoustů. Oxid železitý byl používán při výrobě audiokazet a magnetických pásků. Fluorid železnatý FeF[2] a fluorid železitý FeF[3] se používají k přípravě keramických glazur. Kobalt Kobalt je druhým prvkem triády železa. Je to namodralý, feromagnetický, špatně tavitelný a mechanicky velmi pevný kov. Kobalt dosahuje oxidačních stavů II a III. Oxidační stav II je u kobaltu častější a stabilnější u nekomplexních sloučenin. Oxidačního stavu III dosahuje nejčastěji u komplexních sloučenin. V porovnání s elementárním železem je kobalt ušlechtilejší kov. Kobalt je stálý i na vzduchu. Výroba kobaltu Výroba práškového kobaltu se provádí redukcí oxidem uhelnatým nebo vodíkem. Co[3]O[4] + 4 CO à 3 Co + 4 CO[2] Co[3]O[4] + 4 H[2] à 3 Co + 4 H[2]O Sloučeniny kobaltu S kyslíkem - oxidy (CoO, Co[2]O[3]) - hydroxidy (Co(OH)[2], Co(OH)[3]). S halogeny - halogenidy (CoF[3], CoF[2]). ^ Oxid kobaltnatý CoO je olivově zelený prášek, nerozpustný ve vodě, rozpustný v kyselinách na kobaltnaté soli. Hydroxid kobaltnatý Co(OH)[2] je v čerstvém stavu zprvu modrá sraženina, která se stáním zbarvuje do světle růžové barvy. Je nerozpustná ve vodě, rozpustná v kyselinách na kobaltnaté soli. Sulfid kobaltnatý CoS je černý prášek, nerozpustný ve vodě, hydroxidech ani zředěných kyselinách, v koncentrovaných se rozpouští za vzniku sulfanu. ^ Oxid kobaltitý Co[2]O[3] je v bezvodém stavu hnědý prášek, nerozpustný ve vodě. Připravuje se oxidací hydroxidu kobaltnatého, ale pouze ve své hydratované podobě. Fluorid kobaltitý CoF[3] je v bezvodém stavu hnědý prášek, v hydratované podobě chromově zelený prášek, rozpustný ve vodě, ale vodou se rozkládá. Síran kobaltitý Co[2](SO[4])[3] je modrá krystalická látka, která se ve vodě ihned rozkládá za vzniku kyslíku, v kyselině sírové se rozpouští bez rozkladu. Síran kobaltitý tvoří v roztoku se sírany alkalických kovů podvojné sírany – kamence. Kobalt s oxidačními stavy II a III se velmi ochotně stávají středovými atomy komplexních sloučenin. Nejčastější ligandy jsou CN^-, SCN^-, NH[3], F^-, Cl^-, Br^-, I^-, NO[2], H[2]O, OH^-, C[2]O[4]^2-, CO[3]^2-. Využití kobaltu Kovový kobalt se využívá v metalurgii k legování oceli (zlepšuje řezivost, zvyšuje magnetičnost a v menší míře i pevnost oceli), některých slitin hliníku (vylepšuje pevnostní i plastické vlastnosti). Sloučeniny kobaltu se používají při výrobě smaltů, barviv a ve sklářském a keramickém průmyslu, Uhličitan kobaltnatý CoCO[3] je nejsilnější keramické barvivo. Dusičnan kobaltnatý Co(NO[3])[2] se používá jako červený pigment k barvení keramiky Nikl Nikl je stříbrobílý, lesklý, kujný a tažný kov s feromagnetickými vlastnostmi. Je velmi málo těkavý a obtížně se taví. V přírodě se nikl vyskytuje jako ryzí kov a v rudách, často doprovázený kobaltem. Vyskytuje se hlavně v oxidačním stavu II a to v jednoduchých i komplexních sloučeninách. Nikl je ušlechtilejším kovem než železo. Nikl na vlhkém vzduchu nekoroduje, což se využívá při ochraně kovů před korozí, tzv. poniklování. Výroba niklu 2 Ni[3]S[2] + 7 O[2] → 6 NiO + 4 SO[2] NiO + C à Ni + CO Vzniklý nikl není čistý, proto se přečišťuje elektrolýzou. Ni^0 – 2e^- à Ni^2+ Ni^2+ - 2e^- à Ni^0 ^ Sloučeniny niklu Oxid nikelnatý NiO je zelený prášek, nerozpustný ve vodě a hydroxidech, ale snadno rozpustný v kyselinách na nikelnaté soli. V keramickém průmyslu se používá k barvení na šedo. Hydroxid nikelnatý Ni(OH)[2] je zelená látka, nerozpustná ve vodě a hydroxidech, rozpustná v kyselinách a amoniakálních roztocích. Připravuje se srážením roztoků nikelnaté soli roztokem alkalického hydroxidu. Sulfid nikelnatý NiS je černý prášek velmi nerozpustný ve vodě a hydroxidech, v čerstvém stavu rozpustný v kyselinách, po odstátí nerozpustný. Využití niklu Přídavek niklu do oceli podstatně ovlivňuje její houževnatost a kujnost, ve slitinách hliníku zvyšuje jejich pevnost za vysokých teplot. Slitina 89% Ni a 11% P patří mezi kovová skla (amorfní kovy) a používá se jako tvrdá pájka pro pájení v kosmické technice. Sloučeniny niklu se používají jako pigmenty a katalyzátory. Dusičnan nikelnatý Ni(NO[3])[2] se používá jako součást hnědých keramických glazur.