Справочная информация
Никель
Чистый никель- весьма пластичный металл, хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии, поддается прокатке, волочению, ковке.
Никель химически малоактивен, но тонкодисперсный порошок, полученный восстановлением соединений никеля водородом при низких т-рах, пирофорен.
Стандартный электродный потенциал Ni0/Ni2+ - 0,23 В. При обычных т-рах никель на воздухе покрывается тонкой защитной пленкой никеля оксида. Не взаимод. с водой и влагой воздуха. При нагр. окисление никеля с пов-сти начинается при ~ 800 °С. С соляной, серной, фосфорной, фтористоводородной к-тами никель реагирует очень медленно. Практически на него не действуют уксусная и др. орг. к-ты, особенно в отсутствие воздуха.
Хорошо реагирует с разб. HNO3, конц. HNO3 пассивируется. Р-ры и расплавы щелочей и карбонатов щелочных металлов, а также жидкий NH3 на никель не действуют. Водные р-ры NH3 в присут. воздуха коррелируют никель.
Никель в дисперсном состоянии обладает большой каталитич. активностью. Используют либо скелетный никель (никель Ренея), получаемый сплавлением с Аl или Si с послед. выщелачиванием щелочью, либо никель на носителе.
Никель поглощает Н2 и образует с ним твердые р-ры. Гидриды NiH2 (устойчив ниже 0°С) и более стабильный NiH получены косвенными путями.
Азот почти не поглощается никелем вплоть до 1400 °С, р-римость N2 в металле 0,07% при 450 °С. Компактный никель не реагирует с NH3, дисперсный при 300-450 °С образует с ним н и т р и д Ni3N.
Расплавленный никель растворяет С с образованием к а р б и д а Ni3C, к-рый при кристаллизации расплава разлагается с выделением графита; Ni3C в виде серо-черного порошка (разлагается при ~ 450°С) получают науглероживанием никеля в атмосфере СО при 250-400 °С. Дисперсный никель с СО дает летучий никеля тетракарбонил Ni(CO)4.
При сплавлении с Si образует с и л и ц и д ы; Ni5Si2, Ni2Si и NiSi плавятся конгруэнтно соотв. при 1282, 1318 и 992 °С, Ni3Si и NiSi2 -инконгруэнтно соотв. при 1165 и 1125°С, Ni3Si2 разлагается, не плавясь, при 845 °С. При сплавлении с В дает б о р и д ы: Ni3B (т. пл. 1175°С), Ni2B (1240 °С), Ni3B2 (1163°C), Ni4B3 (1580 °С), NiB12 (2320 °С), NiB (разлагается при 1600 °С).
С парами Se никель образует с е л е н и д ы: NiSe (т. пл. 980 °С), Ni3Se2 и NiSe2 (разлагаются соотв. при 800 и 850 °С), Ni6Se5 и Ni21Se20 (существуют только в твердом состоянии). При сплавлении никеля с Те получают т е л л у р и д ы: NiTe и NiTe2 (между ними образуется, по-видимому, широкая область твердых р-ров) и др
С парами фосфора никель образует ф о с ф и д ы: Ni5P2 и Ni2P с т. пл. соотв. 1180 и 1110 °С, а также Ni3P, разлагающийся по перитектич. р-ции при 970 °С. Известны также высшие фосфиды NiP3, NiP2 и др., разлагающиеся при нагр. с отщеплением Р и образованием Ni2P. никель сплавляется с As и Sb. Известно 5 а р с е н и д о в никеля; Ni5As2 и NiAs плавятся конгруэнтно соотв. при 998 и 964 °С. Моноарсенид NiAs кристаллизуется в гексагoн. решетке (а = 0,3963 нм, с = 0,5049 нм, z = 2, пространств. группа P63/mmc). Диарсенид NiAs2 (минерал раммельсбергит) образует две модификации ром-бич. сингонии; при нагр. диссоциирует на As и NiAs.
Литуратура:
Перельман Ф. М., Зворыкин А.Я., Кобальт и никель, М., 1975;
Худяков И. Ф., Тихонов A.И., Деев В. И., т. 2-Металлургия никеля и кобальта, 2 изд., М., 1977;
Кобальт
Кобальт ферромагнитен, причём сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Q= 1121 °С
Механические свойства кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м2 (или 50 кгс/мм2) для кованого и отожжённого кобальта; 242— 260 Мн/м2 для литого; 700 Мн/м2 для проволоки. Твёрдость по Бринеллю 2,8 Гн/м2 (или 280 кгс/мм2) для наклёпанного металла, 3,0 Гн/м2 для осажденного электролизом; 1,2—1,3 Гн/м2 для отожжённого.
В соединениях кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со (II), в комплексных — Со (III). Для Со (I) и Co (IV) получены только немногочисленные комплексные соединения.
При обыкновенной температуре компактный кобальт стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный кобальт, полученный восстановлением его окиси водородом при 250 °С (пирофорный кобальт), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО.
Компактный кобальт начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + H2O = CoO + H2.
С галогенами кобальт легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ2. При нагревании кобальт взаимодействует с S, Se, Р, As, Sb, С, Si, В, причём состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со2Р, Co2As, CoSb2, Со3С, CoSi3). В разбавленных соляной и серной кислотах кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида CoCl2 и сульфата CoSO4.
Разбавленная азотная кислота растворяет кобальт с выделением окислов азота и образованием нитрата Co (NO3)2. Концентрированная HNO3 пассивирует кобальт.
Едкие щёлочи осаждают из растворов солей Со2+ синюю гидроокись Со (ОН)2, которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со (ОН)3. Нагревание в кислороде при 400—500 °С переводит CoO в чёрную закись-окись Co3O4, или CoO·Co2O3 — соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl2O4 или CoAl2O3 синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси CoO и Al2O3 при температуре около 1000 °С.
Медь
Медь-пластичный, розовато-красный металл с характерным металлич. блеском, тонкие пленки меди при просвечивании-зеленовато-голубого цвета. Кристаллич. решетка гранецентрированная кубич. Наиб. важные и широко используемые св-ва меди-ее высокая теплопроводность и малое электрич. сопротивление:
Медь-мягкий, ковкий металл; твердость по Моосу 3,0; твердость по Бринеллю 370-420 МПа; sраст 220 МПа; относит. удлинение 60%, относит. уменьшение поперечного сечения 70%; модуль продольной упругости 112 ГПа; модуль сдвига 49,25 ГПа; коэф. Пуассона 0,34. После обработки давлением в связи с наклепом предел прочности меди возрастает до 400-450 МПа, уменьшаются на 1-3% удлинение и электрич. проводимость; последствия наклепа устраняются после отжига металла при 900-1000 К.
Под действием нейтронного облучения (373 К, поток 5.1019 n/см2) предел текучести меди возрастает почти в 2,7 раза, сопротивление разрыву-в 1,26 раза, удлинение уменьшается в 1,35 раза. Небольшие примеси Bi, Pb вызывают красноломкость меди, S, О2 - хладноломкость, примеси Р, As, Al, Fe заметно уменьшают электрич. проводимость меди.
Медь растворяет Н2, к-рый существенно ухудшает ее мех. св-ва ("водородная болезнь"). Р-римость Н2 при 0,1 МПа (в см3 на 1 кг меди):
Хим. активность меди невелика. В сухом воздухе при комнатной т-ре медь почти не окисляется. При нагр. тускнеет из-за образования пленки меди оксидов. Заметное взаимод. с О2 воздуха начинается ок. 200 °С по схеме: сначала при т-ре до 377 °С образуется Сu2О, а выше 377 °С- двухслойная окалина, внутр. слой к-рой состоит из Сu2О, внешний-из СuО. Во влажном воздухе в присут. СО2 на пов-сти меди образуется зеленоватая пленка Cu(OH)2 x х СuСО3, в присут. SO2-пленка CuSO4 • 3Cu(OH)2, в среде H2S-черная пленка сульфида CuS.
Медь не реагирует с Н2, N2, С, Si. При пропускании NH3 над раскаленной медью образуется Cu3N, в аналогичных условиях при контакте с парами S, Se, H2S, оксидами азота на пов-сти меди образуются соотв. сульфиды, селениды, оксиды.
При сплавлении с S медь дает Cu2S, с Se и Те -соотв. селениды и теллуриды.
Медь активно реагирует с галогенами, образуя соответствующие соли. С соляной к-той, разб. H2SO4, СН3СООН медь взаимод. только в присут. окислителей, образуя соответствующие соли Cu(II). В HNO3
Медь раств. с образованием Cu(NO3)2 и оксидов азота, в горячей конц. H2SO4-c образованием CuSO4 и SO2 ,в конц. р-рах цианидов - давая комплекс состава [Cu(CN)2]-.
Железо
Железо - блестящий серебристо-белый пластичный металл. При обычном давлении существует в четырех кристаллич. модификациях.
До 917 °С существует α-Fe с объемноцентрир. кубич. решеткой; α-Fe ферромагнитно, но при 769 °С (точка Кюри) переходит в парамагн. состояние без изменения сингонии и др. св-в, кроме магнитных. Парамагн. железо (β-Fe) устойчиво в интервале 769-917 °С. В интервале 917-1394 °С существует γ-Fe с гранецентрир. кубич. решеткой; Выше 1394°С существует δ-Fe с объемноцентрир. кубич. решеткой.
Ниже приводятся данные о физ. св-вах железа с общим содержанием примесей не более 0,01%. Твердость по Моосу 4-5. Для отожженного образца относит. удлинение 40-50%, модуль сдвига 76,4-78,4 ГПа, твердость по Бринеллю 588-686 МПа.
Железо - металл умеренной хим. активности.
Жидкое железо неограниченно растворяет Al, Cu, Mn, Ni, Co, Si, Ti, хорошо растворяет V, Сr и Pt, ограниченно - Mo, Sn, С, S, P, As, H2, N2, О2, не растворяет Pb, Ag, Bi. С углеродом образует твердые р-ры внедрения - феррит и мартенсит с α-Fe, аустенит с γ-Fe. В железа сплавах углерод присутствует также в виде графита и цементита Fe3C.
В зависимости от содержания С в железе различают: мягкое железо (< 0,2% С), сталь (0,2-1,7% С) и чугун (1,7-5% С).
В сухом воздухе при т-рах до 200 °С на пов-сти компактного железа образуется тончайшая оксидная пленка, защищающая металл от дальнейшего окисления. Выше 200 °С скорость коррозии железа увеличивается, образуется слой окалины; внутр. зона ее состоит из вюстита FеxО (х = 0,89-0,95), поверх него лежит слой Fe3O4, затем Fe2O3. Ржавление железа (атм. коррозия) во влажном воздухе, особенно содержащем капли морской воды, идет быстрее; ржавчина содержит также и гидроксиды железа, в осн. FeO(OH).
Железо не раств. в воде и р-рах холодных щелочей, реагирует с разб. к-тами, образуя соли Fe(II), и горячими конц. р-рами щелочей.
Конц. HNO3 и H2SO4 пассивируют железо благодаря образованию нерастворимой в к-тах оксидной пленки.
Азот в малых концентрациях образует с железом твердые р-ры внедрения, в больших - нитриды Fe2N и др. При нормальном давлении ок. 917°С р-римость N2 в α-Fe до 0,01 ат. %, в γ-Fe ок. 0,1 ат. %.
Железо способно поглощать Н2 при травлении к-тами и в процессе катодного выделения железа при электролизе. Адсорбируясь на дефектах структуры, водород резко снижает прочность и пластичность железа (т. наз. водородная хрупкость). Твердое железо поглощает Н2 с образованием твердых р-ров внедрения. Р-римость Н2 в железе при комнатной т-ре менее 0,005%, в расплавленном железе - почти в 25 раз больше. Гидриды железа существуют только при высоких давлениях Н2; известны гидриды интерметаллидов железа, напр. TiFeH2 .
С СО железо образует железа карбонилы, в к-рых железо формально проявляет нулевую степень окисления.
При нагр. железо реагирует с галогенами, особенно легко с Сl2, т. к. образующийся FeCl3 летуч и не создает на пов-сти металла защитной пленки. Напротив, FeF3 нелетуч, поэтому компактное железо устойчиво к действию F2 до 250-300 °С.
Магний
Магний - сравнительно мягкий, пластичный и ковкий металл. Его прочность и твердость минимальна для литых образцов и выше для прессованных и кованых; предел текучести 25-90 МПа; sраст 120-200 МПа; твердость по Бринеллю 300-350 МПа; относит. удлинение 8,0-11,5%.
При обычных условиях пов-сть магния защищена прочной пленкой магния оксида MgO, только при нагр. на воздухе до ~ 600 °С происходит разрушение этой пленки и металл сгорает ослепительно белым пламенем с образованием MgO и нитрида Mg3N2.
С холодной водой магний не реагирует, из кипящей воды вытесняет Н2 и образует магния гидроксид Mg(OH)2. Аналогично реагирует с р-рами солей аммония.
С разб. к-тами магний интенсивно взаимод. при комнатной т-ре, с конц. H2SO4 и HNO3 на холоду не реагирует. Он также устойчив к действию HF и фтористоводородной к-ты в результате образования защитной пленки MgF2.
При взаимод. с галогенами магний дает магния галогениды MgX2.
С водородом при 570°С и давлении ~20 МПа в присут. MgI2 образует гидрид MgH2 - серые кристаллы с решеткой типа рутила; плотн. 1,45 г/см3; устойчив на воздухе; медленно реагирует с водой, давая Mg(OH)2 и Н2; разлагается на элементы выше 280 °С. Гидрид магния, полученный взаимод. LiH с магнийалкилами, - бесцв. твердое в-во, воспламеняется на воздухе, бурно реагирует с водой.
С N2 при 780-800°С магний образует нитрид Mg3N2 - желтоватые кристаллы с кубич. решеткой типа Mn2О3 (a-форма); плотн. 2,71 г/см3; при 550 °С переходит в b-форму, к-рая при 778 °С превращ. в g-модификацию; реагирует с водой с образованием Mg(OH)2 и NH3.
Нитрид магния получают также при пропускании сухого NH3 над магнием при 600°С.
При нагр. магния с S, Se или Те образуются халькогениды MgS, MgSe, MgTe - бесцв. кристаллы; гидролизуются водой. Сульфид MgS - кристаллы с кубич. решеткой; т. пл. ~2200°С; плотн. 2,86 г/см3;
При нагр. магния с В образуются бориды MgB2, MgB4, MgB6, MgB12 - темно-коричневые твердые в-ва; MgB2 медленно реагирует с водой и бурно с разб. к-тами, давая бороводороды; более богатые бором бориды не взаимод. с разб. к-тами при комнатной т-ре.
С углеродом магний образует карбиды MgC2 и MgC3, к-рые реагируют с водой, давая С2Н2 и смеси углеводородов, в к-рых преобладает аллеи С,Н4.
С кремнием образует силицид Mg2Si (Тпл 1102°С), разлагающийся водой с выделением SiH4 и др. силанов.
С мн. металлами магний дает интерметаллиды.
Магний восстанавливает СО2, В2О3, SiO2, галогениды металлов до соответствующего элемента.