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鐵系元素

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 → 8 9 10
↓ 周期
4 26
 Fe 
27
 Co
28
 Ni 

鐵系元素是指這三種性質相似的元素[1],它們在週期表中分別位居8族9族10族(合稱ⅧB 族)之首,位於6個鉑系元素上方。鐵系元素電子殼層的最外層都有兩個電子,但第二外層的電子數不同,分別為678,再加上它們具有相近的原子半徑,因此它們的性質也會很相似。

鐵系元素主要性質的比較

物理性質

鐵系元素的元素及物理性質見下表:

名稱

元素符號

原子序數

原子半徑nm

電子排布

主要化合價

狀態(標況)

原子量

單質密度g/cm3

硬度(金剛石=10)

單質熔點

單質沸點(℃)

電負性鮑林標度

Fe 26 0.126 2,8,14,2 +2、+3 固體鐵磁性 55.85 7.874 4.0 1538 2862 1.83
Co 27 0.135 2,8,15,2 +2 固體鐵磁性 58.93 8.9 5.0 1495 2927 1.88
Ni 28 0.135 2,8,16,2
2,8,17,1
+2 固體鐵磁性 58.69 8.908 4.0 1455 2913 1.91

化學性質

鐵系元素單質的性質相似,如它們都可以和反應,形成+2價的鹽:

M + 2 HCl → MCl2 + H2

但和氧化性酸反應時,鐵會被氧化至+3價,其餘元素保持+2價。

化合物

鐵系元素化合物的性質見下表:

鐵系元素穩定價態化合物列表
Fe(II) Fe(III) Co(II) Co(III) Ni(II) Ni(III)
氧化物

氧化亞鐵 FeO
mp 1370℃

氧化鐵 Fe2O3
mp 1566℃(dec)
氧化鈷(II) CoO
黑色固體
氧化鈷(III) Co2O3
黑色固體
有強氧化性

氧化鎳 NiO

三氧化二鎳 Ni2O3

四氧化三鐵 Fe3O4
mp 1538℃(dec)

四氧化三鈷 Co3O4
氟化物 氟化亞鐵 FeF2
無色晶體

氟化鐵 FeF3

氟化鈷(II) CoF2
氟化鈷(III) CoF3
淺棕色固體

氟化鎳(II) NiF2
氟化鎳(III) NiF3
氯化物

氯化亞鐵 FeCl2


四水合氯化亞鐵 FeCl2·4H2O


氯化鐵 FeCl3
易潮解


六水合氯化鐵 FeCl3·6H2O
氧化性固體,易潮解


氯化鈷 CoCl2
在空氣中吸水變紅


六水合氯化鈷 CoCl2·6H2O
易溶於水

CoCl3不存在

氯化鎳 NiCl2


六水合氯化鎳 NiCl2·6H2O

NiCl3不存在
硫酸鹽

硫酸亞鐵 FeSO4·7H2O
可溶於水,溶液易氧化

硫酸鐵 Fe2(SO4)3·6H2O
緩慢溶於水

硫酸鈷 CoSO4·7H2O
硫酸鈷(III) Co2(SO4)3
強氧化劑,遇水分解

硫酸鎳 NiSO4


六水合硫酸鎳 NiSO4·6H2O

Ni2(SO4)3不存在
硫酸銨復鹽

硫酸亞鐵銨(莫爾鹽)
(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O

硫酸鐵銨 NH4Fe(SO4)2·12H2O

硫酸鈷銨 (NH4)2Co(SO4)2·6H2O
硫酸鎳銨 (NH4)2Ni(SO4)2·6H2O
藍綠色晶體,可溶於水
硝酸鹽 硝酸亞鐵 Fe(NO3)2
僅存在於溶液中

硝酸鐵 Fe(NO3)3·9H2O
潮解變黃

硝酸鈷 Co(NO3)2·6H2O
易潮解
硝酸鈷(III) Co(NO3)3
綠色固體,吸濕

硝酸鎳 Ni(NO3)2·6H2O
易潮解
Ni(NO3)3不存在
草酸鹽

草酸亞鐵 FeC2O4·2H2O
草酸鐵 Fe2(C2O4)3
淡黃色(無水)固體
黃色(六水)固體
難溶於水
可溶於草酸鹽溶液中
草酸鈷 CoC2O4
難溶於水
草酸鎳 NiC2O4·2H2O
淡綠色晶體
氰配合物

六氰合鐵(II)酸鉀(亞鐵氰化鉀)
K4[Fe(CN)6]·3H2O

六氰合鐵(III)酸鉀(鐵氰化鉀)
K3[Fe(CN)6]

六氰合鈷(III)酸鉀(鈷氰化鉀)
K3[Co(CN)6]

四氰合鎳(II)酸鉀
K2[Ni(CN)4]·xH2O

此外,鐵系元素還有低價、高價的化合物,如含零價鐵的Fe(CO)5、含六價鐵的K2FeO4等。

參考文獻

  1. ^ 北師大 等. 無機化學(下冊)第四版. 高等教育出版社, 2003. pp 768. ISBN 978-7-04-011583-3

參見

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