Bài 31. Sắt

NHÓM SẮT
CHƯƠNG 14. NHÓM VIIIB
Fe Co Ni
[Ar]3d64s2 [Ar]3d74s2 [Ar]3d84s2
II, III, VI II, III, V II, IV
1539 1495 1453 Mp
2756 2580 2436 Bp
1.26 1.25 1.24 rA
418 425 424 ΔHR-K
7.91 8.90 8.90 g/cm3
4-5 5.5 5 Moxo
10 10 14 Hg = 1
Ru Rh Pd
[Kr]4d75s1 [Kr]4d85s1 [Kr]4d105s0
Os Ir Pt
[Xe]4f145d66s2 [Xe]4f145d76s2 [Xe]4f145d96s1
Nguyên tử có 1-2 e ở lớp ngoài cùng nên là kim loại. AO-d lần lượt điền thêm e thứ hai ntố cạnh nhau trong CK có tính chất giống nhau
Nhóm VIIIB có hai họ: Họ sắt gồm Fe, Co, Ni; và họ Platin gồm Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt
Ion kim loại tạo nhiều phức chất bền
Có khả năng xúc tác nhiều phản ứng hóa học
Biến đổi tính chất các nguyên tố trong cột giống biến đổi tính chất trong nhóm kim loại chuyển tiếp khác: từ ntố nhẹ  ntố nặng: độ bền hợp chất ứng với số OXH cao tăng lên
Số OXH max là 8 trong RuO4, OsO4. Xu hướng tạo oxit axit ứng với số OXH cao giảm (trừ Fe, Ru, Os)
NỘI DUNG
ĐƠN CHẤT
Tính chất lý học
Tính chất hóa học
Ứng dụng
Trạng thái tự nhiên, điều chế
HỢP CHẤT
Oxit
Hydroxit
Muối
Phức chất
TÍNH CHẤT LÝ HỌC
Là kim loại; Fe, Co màu trắng xám, Ni màu trắng bạc
Tính chất cơ học phụ thuộc nhiều vào tạp chất
Có tính chất từ giống nhau, khác với các kim loại khác. Fe-α dưới 768 oC có tính sắt từ
Cấu trúc tinh thể, tồn tại ở nhiều dạng khác nhau.
< 912 oC: Fe-α là lập phương tâm khối
912-1394 oC: Fe-γ là lập phương tâm mặt
> 1394 oC-Mp: Fe-δ là lập phương tâm khối
912
1394
1539
bcc
fcc
bcc
2.14
1.7
0.02
I1 I2 I3-eV M2+/M M3+/M
Fe 26 7.9 16.18 30.63 -0.44 0.77
Co 27 7.86 17.05 33.49 -0.28 1.81
Ni 28 7.5 16.4 35.16 -0.23 2.1
Có vỏ e ngoài cùng giống nhau (4s2)
Bán kính nguyên tử giảm dần theo chiều tăng của số e điền vào các AO-3d
TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Fe hoạt động hóa học mạnh nhất, giảm dần theo chiều Fe – Co – Ni
Với oxy không khí: Fe bị oxi hóa trong không khí ẩm bởi ăn mòn điện hóa tạo gỉ sắt Fe2O3.xH2O, Fe3O4.xH2O; Co, Ni bền trong không khí nên để mạ
Với halogen: FeX3, FeI2, CoX2, CoF2-CoF3, NiX2
Với S: tạo MS khi bột kim loại tác dụng với S nóng
Với C: Fe3C, Fe2C, Co3C, Co2C
Với Si, P, B: tác dụng ở nhiệt độ cao
Với N: không phản ứng trực tiếp; có thể TH gián tiếp
Với H: không phản ứng; hòa tan H khi R và NC; Ni làm xúc tác khi hydro hóa các hợp chất hữu cơ
Với nước và axit: thế khử tiêu chuẩn âm
M không phản ứng với H2O ở nhiệt độ thường mà chỉ phản ứng ở nhiệt độ cao



Fe dễ tan trong H2SO4, HCl loãng; Co, Ni hòa tan chậm hơn



Đều dễ tan trong HNO3 loãng tạo Fe(NO3)3, Co(NO3)2, Ni(NO3)2
Đều bị thụ động khi nhúng vào HNO3 đặc nguội; Fe thụ động khi nhúng vào H2SO4 đặc nguội
TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
(Co, Fe)AsS cobantin
NiAsS gecdofit
Fe3O4 manhetit
Fe2O3 hematit
Fe2O3.H2O goetit
2Fe2O3.3H2O limonit
ỨNG DỤNG
Gang
Gang: hợp kim của sắt chứa 1.7-5% C.
Gang cứng, giòn nên không rèn và kéo được.
Gang xám chứa C dạng than chì.
Gang trắng chứa ít C hơn và ở dạng Fe3C.
Gang được luyện trong Lò cao
Hot blast from Cowper stoves
Melting zone
Reduction zone of ferrous oxide
Reduction zone of ferric oxide
Pre-heating zone
Feed of ore, limestone and coke
Exhaust gases
Column of ore, coke and limestone
Removal of slag
Tapping of molten pig iron
Collection of waste gases
ĐIỀU CHẾ
Henry Bessemer (1813-1898)
The problem of mass-producing steel was solved in 1855 by Henry Bessemer, with the introduction of the Bessemer converter at his steelworks in Sheffield, England.
Thép là hợp kim của sắt chứa 0.2-1.7%C, <0.8% S, P, Mn; <0.5%Si.
Thép tuy cứng nhưng dẻo, dễ rèn, dễ kéo
Có 2 loại: Thép cacbon và Thép hợp kim (kim loại đen)
HỢP CHẤT
OXIT
Fe2O3 sau khi nung ở nhiệt độ cao không tan trong axit như Al2O3, Cr2O3
Fe3O4 = FeO.Fe2O3 màu đen, không tan trong axit. Là các oxit quan trọng nhất của Fe, có ở trong quặng để chế tạo sắt-thép
HYDROXIT
trắng
nâu
xanh
nâu
xanh
đen
Thomas Edison phát minh ra battery năm 1901
Ni2O3, Ni(OH)3 là chất OXH mạnh, dùng trong acqui kiềm theo phản ứng


Cathode: Ni(OH)3 - KOH - Anode: Fe
Nickel-iron batteries have long been used in European mining operations because of their ability to withstand vibrations, high temperatures and other physical stress. They are being examined again for use in wind and solar power systems and for modern electric vehicle applications.
Co(III), Ni(III) có tính OXH mạnh trong môi trường axit.
Fe(III) chỉ thể hiện tính OXH với chất KH mạnh



 Tính chất OXH tăng dần theo dãy Fe(III) – Co(III) – Ni(III)
Hidroxit Fe(OH)3, Co(OH)3 mới tạo thành tan trong kiềm đặc
MUỐI
Xanh nhạt
Vàng nâu
Hồng
Xanh đậm
Tất cả các muối đều dễ tan trong nước và mang màu giống muối ngậm nước tương ứng


Muối Co(II) khi đun nóng sẽ chuyển màu do mất nước kết tinh



Muối Mohr bền nhất trong các muối Fe(II), còn các muối khác dễ bị OXH một phần trong không khí
Fe2+ có tính KH trong môi trường axit, Co2+ và Ni2+ không thể hiện tính KH
PHỨC CHẤT