Cаkkizinchi guruhning yonaki guruh еlеmеntlаri

Cаkkizinchi guruhning yonaki

guruh еlеmеntlаri

Davriy sistemaning bu guruhchasiga temir, kobalt, nikel hamda platina metallari kiradi. Bular katta amaliy ahamiyatga ega bo’lgan oraliq metallardir.

Temir guruhchasi elementlarining elektron konfigurasiyasi quyidagicha:

Fe Z = 26 KL 3s²3p⁶3d⁶4s²

Co Z = 27 KL 3s²3p⁶3d⁷4s²

Ni Z = 28 KL 3s²3p⁶3d⁸4s²

Tabiatda temirning to’rtta, kobaltning bitta va nikelning beshta barqaror izotopi bor. Kobalt davriy sistemaning toq nomerli (Z=27) elementi bo’lgani uchun uning faqat bitta barqaror izotopi bor.

Kobaltning radioaktiv izotoplaridan ⁶⁰Co alohida ahamiyatga ega. Uning yarim emirilish davri 5 yil. Bu izotop o’zidan γ- nurlar chiqarishi uchun metallarning γ- defektoskopiyasida va tibbiyotda ishlatiladi.

Temirning radioaktiv izotopi ⁵⁵Fe (yarim emirilish davri 45,1 kun) domna jarayonida, mashina detallarning eyilishini tekshirishda ishlatiladi.

Temir, kobalt va nikel bir-biriga juda o’xshash elementlardir. Ularning uchalasi ham kulrang metall bo’lib, rangdor ionli birikmalar hosil qiladi. Ularning kislorod bilan hosil qilgan birikmalarining barqarorligi Fe – Co – Ni qatorida chapdan o’ngga tomon bir oz kamayib boradi. Bularning uchalasi ham oltingugurt bilan barqaror birikmalar hosil qiladi. Fe-Co-Ni qatorida chapdan o’ngga o’tganda 3d orbital elektronlar bilan to’lib borgan sari d- elektronlar ko’proq juftlashadi (Fe da bir juft, kobaltda ikki juft va nikelda esa uch juft). Shunga ko’ra, elementning oksidlanish darajasi Fe-Co-Ni qatorida kamayadi; temirda oksidlanish darajasining maksimal qiymati +6 ga, kobaltda faqat +3 ga, nikelda esa asosan, +2 (va ba’zan +3) ga qadar bo’ladi. Co va Ni ning +4 valentli holatlari nihoyatda beqaror. Kompleks birikmalarda bu elementlarning koordinasion sonlari 4 va 6 ga teng. Bu elementlarning normal elektrod potentsiallarining manfiy qiymatlari temirdan nikelga o’tganda kamayadi.

Fe⁺² va Fe⁺³, Co⁺², Ni⁺² va Ni⁺³

juftlarining normal oksidlash potensiallari musbat qiymatlarga ega:

V

V; B.

Shunga ko’ra, Fe (II)- birikmalari osonlik bilan Fe (III)- birikmalariga o’tadi. Ni (II)- birikmalar faqat kuchli oksidlovchilar ta’sirida Ni (III)- birikmalariga aylanadi: kobalt asosan komplekslarda +3 ga teng oksidlanish darajasini namoyon qiladi.

Fe, So va Ni gidrid, oksid va gidroksidlari. Suyuq va qizdirilgan temir, kobalt va nikelda vodorod eriydi. Uning eruvchanligi harorat o’zgarishi bilan keskin o’zgaradi. Temir, kobalt va nikelda erigan vodorodning borligi bu metallarning texnik xossalariga salbiy ta’sir ko’rsatadi.

FeH₃ va FeH₂ tarkibli beqaror gidridlar hosil qiladi.

FeCI₃ va FeCI₂ larning efirdagi eritmalariga fenil magniy bromid ta’sir ettirib olingan. Kobalt va nikel gidridlari (CoH₂, NiH₂) ham xuddi shunday hosil qilingan.

Temir FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ oksidlarini hosil qiladi. Odatdagi sharoitda Fe₂O₃ nihoyatda barqaror modda, qizdirilganda Fe₃O₄ ga, yuqori haroratda FeO ga aylanadi.

Kobalt va nikelning kislorod bilan oksidlanish tezligi temirnikidan kichik, ular yonganda CoO va NiO hosil bo’ladi. Kobaltning CoO; Co₂O₃; CoO₂∙xH₂O Co₃O₄ oksidlari ma’lum; bulardan eng barqarori CoO dir. Nikelning ham xuddi kobalt oksidlari kabi oksidlari bor. Ni₂O₃ ni 300-400 ^°C ga qadar qizdirilganda parchalanib avval, Ni₃O₄ ga, so’ngra NiO ga aylanadi. Ni₂O₃ va Ni(OH)₃ kuchli oksidlovchi bo’lganligi uchun ishqorli akkumulyatorlarda ishlatiladi. Akkumulyatorga tok berilganda uning anodida Ni(OH)₃ hosil bo’ladi; akkumulyator ishlagan vaqtida Ni(OH)₃ qaytarilib Ni(OH)₂ ga aylanadi:

2 Ni(OH)₃ + Fe↔2Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂

Akkumulyator zaryadlanayotganda bu reaksiya teskari yo’nalishda boradi.

Bu akkumulyatorda manfiy elektrod (anod) sifatida presslangan temir kukuni, musbat elektrod (katod) sifatida esa nikel gidroksid xizmat qiladi; elektrolit sifatida KOH ning 30% li eritmasi olinadi. Bu akkumulyator qo’rg’oshinli akkumulyatordan ancha yengil va chidamlidir.

Fe, Co va Ni ning Me(OH)₂ va Me(OH)₃ tarkibli gidroksidlari o’sha metall tuzlari eritmasiga ishqor hamda oksidlovchilar ta’sirida hosil bo’ladi, masalan:

FeSO₄ + 2KOH→Fe(OH)₂ + K₂SO₄

2 Ni(OH)₂ + CI₂ + 2KOH→2 Ni(OH)₃ +2KCI

Temir, kobalt va nikel gidroksidlari suvda erimaydi; bularning har qaysisi o’ziga xos rangga ega; ba’zilari amfoter xossalar namoyon qiladi; masalan; Fe(OH)₂ – rangsiz modda bo’lib, asos xususiyatiga, Fe(OH)₃-qo’ng’ir ragnli amfoter xususiyatiga ega; Co(OH)₂ – pushti rangli amfoter modda; Ni(OH)₂ – yashil tusli amfoter modda; Co(OH)₃ va Ni(OH)₃ lar qora tusli asos xossali moddalardir.

Olti valentli temir gidroksid H₂FeO₄ (ferrat kislota) erkin holda olinmagan, lekin uning tuzlari (K₂FeO₄, BaFeO₄ va hokazolar) olingan.

Temir, kobalt va nikel galogenidlari. Bu elementlar qizdirilganda (suv bug’i ishtirokida) galogenlar bilan oson birikadi. Kobalt va nikel galogenlar bilan Co (II)-hamda Ni(II)-galogenidlar hosil qiladi; kobalt ftor bilan ftorid CoF₃ ham hosil qiladi.

Fe + 2HCl → FeCl₂+H₂

Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Temir, kobalt va nikel galogenidlar uchuvchan moddalardir. Ular suv bilan kristallogidrat hosil qiladi (masalan, CoCI₂ ∙ 6H₂O) lar.

Temir Fe. Z = 26. Yer qobig’ida eng ko’p tarqalgan og’ir metall bo’lib, erkin holda juda kam uchraydi. Temir minerallari tabiatda keng tarqalgan. Uning sanoat uchun ahamiyatli rudalari jumlasiga magnetit Fe₃O₄ (unda 72% Fe bor), gematit Fe₂O₃ (70% Fe), limonit Fe₂O₃. H₂O (yoki FeOOH), siderit FeCO₃ (48% Fe) kiradi. Tabiatda temirning oksid rudalaridan tashqari ko’p miqdorda pirit Fe₂S ham uchraydi.

Olinishi. Temir metallurgiyasida hosil qilinadigan metall toza bo’lmaydi; uning tarkibida uglerod, oltingugurt, fosfor, marganes va silisiy qo’shimchalari bo’ladi.

Shuning uchun kimyoviy toza temir quyidagi usullar bilan olinadi:

1. 
   temir oksidini vodorod bilan qaytarish: Fe₂O₃+3H₂→3H₂O+2Fe
   

Bunda hosil qilingan temir kukun holida bo’lib, u pirofor xossa namoyon qiladi, ya’ni havoda o’z-o’zidan yonib ketadi;

2. 
   temir karbonilni termik parchalash:
   

Fe(CO)₅ → Fe +5CO

3. 
   temir tuzlari (ko’pincha xloridlar) ning suvdagi eritmasini elektroliz qilish: Fe²⁺ + 2e → Fe
   

1,2 usullar bilan olingan kukun holidagi temir presslanib, undan yaxlit metall tayyorlanadi. U yaxshi magnitlanadigan, minimal gisterezis ko’rsatadigan “ancha yumshoq” modda. Temir texnikada, asosan, cho’yan va po’lat holida olinadi. Cho’yanda 90-93% temir, 2-4% uglerod bo’ladi; S, R, Mn, Cr, Ni, V kabi qo’shimchalar miqdori cho’yan hosil qilishda ishlatiladigan rudaning sifatiga bog’liq. Po’lat tarkibida 0,3-1,7% uglerod bo’ladi: yumshoq temir tarkibida esa uglerod miqdori 0,3% da kam.

Xossalari. Toza temir – oq tusli yaltiroq metall: uning Moos shkalasidagi qattiqligi uncha yuqori emas (atigi 4,5 ga teng) zichligi 7,87 g/sm³, suyuqlanish harorati 1539⁰C. Temir to’rtta allotropik shakl o’zgarishiga ega. (α-, β-, γ- va δ- temir), α-temir 769⁰C ga qadar mavjud ferromagnit xossaga ega. Moddalarning ferromagnit xossasini yo’qotish harorati Kyuri nuqta deb ataladi; binobarin, temirning Kyuri nuqtasi 769 ⁰C ga teng. 769⁰C dan 906⁰C gacha mavjud bo’lgan temir modifikasiyasi β-temir deb ataladi. α-temir β- temirga o’tganda uning kristall strukturasi deyarli o’zgarmaydi: u hajmi markazlashgan kub shaklida qolaveradi. 906⁰C da β-temir γ-temir aylanib, hajmiy markazlashgan kub yoqlari markazlashgan kub strukturaga o’tadi. Lekin metall paramagnitligicha qoladi. 1401⁰C polimorf o’zgarish sodir bo’lib, 1539⁰C da suyuqlanadi. Termoelektr tokini yaxshi o’tkazadi. Temir o’rtacha kimyoviy faollik namoyon qiladi. Quruqda havo (odatdagi haroratda) temir passiv element, lekin nam havoda tez oksidlanib, zanglaydi. Qizdirganda (ayniqsa kukun holatda) deyarli barcha metalmaslar bilan reaksiyaga kirishadi. Bunday reaksiyalar natijasida tuzlar (masalan, FeS, FeCI₃), metallsimon moddalar (masalan, Fe₃C, Fe₃Si, Fe₃P, Fe₄N, Fe₂N) va qattiq eritmalar (masalan, Fe bilan S, Fe bilan Si, Fe bilan N, Fe bilan P, Fe bilan V larning o’zaro qattiq eritmalari) hosil bo’ladi. Temirning normal elektrod potensial manfiy qiymatli (E⁰ = - 0,44 V) bo’lgani uchun u suyultirilgan kislotalar bilan reaksiyalarga kirishib, vodorodni siqib chiqarib, Fe (II)-tuzlarini hosil qiladi, konsentrlangan HNO₃ da Fe passivlanadi. Temir ishqor bilan odatdagi sharoitda reaksiyaga kirishmaydi.

Kobalt Co. Z=27. Kobaltning tabiatda uchraydigan eng muhim minerallari smaltin CoAs₂. Kobalt minerallari mis, nikel, temir, marganes minerallarida va polimetall rudalarda qo’shimcha tarzida uchraydi. Kobalt birikmalari inson, hayvon va o’simliklar organizmida ham bo’ladi. Kobalt texnikada polimetall rudalarni qayta ishlash natijasida olinadi. Bir qator piro- va gidrometallurgiya jarayonlari bajarilganidan keyin, avval, Co₃O₄ hosil qilinadi; u so’ngra ko’mir yoki vodorod bilan qaytariladi:

Co₃O₄ + 4H₂ →3Co + 4H₂O

Kobalt olishda ba’zan alyumotermiya usulidan foydaniladi. Kobalt erkin holatda yaltiroq oqish-kul rang metall. U temirga qaraganda ancha qattiq va mo’rt. Kobaltning ikkita allotropik shakl o’zgarishi ma’lum. Odatdagi sharoitda 417⁰C gacha α- kobalt β-kobaltga aylanadi; β-kobalt yoqlari markazlashgan kub strukturaga ega. Β-kobalt 1495⁰C gacha barqaror bo’lib, 1495⁰C da suyuqlanadi. Kobalt ferromagnit modda. Kobaltning kimyoviy faolligi temirnikidan bir oz kam. U odatdagi sharoitda barqaror, faqat 300⁰C dan yuqorida kislorod bilan reaksiyaga kirishib oksidlanadi. Kobalt qizdirilganda deyarli barcha metalmaslar bilan birikadi. Xuddi temir singari metalmaslar bilan qattiq eritmalar (masalan, Co bilan V, Co bilan S, orasida), metallsimon moddalar (masalan, Co₃S, Co₂V, CoV, Co₂N) tuzlar (masalan, CoF₂, CoS) va oksidlar (masalan, CoO) hosil qiladi.

Kobalt kislotalar bilan temirdan ko’ra sustroq reaksiyaga kirishadi: ishqorlarda erimaydi. Kobalt boshqa metallar bilan qattiq eritmalar, intermetall birikmalar, turli qotishmalar hosil qiladi. Kobaltning bir qancha qotishmalari (masalan, tarkibida 5% Co, 28% Cr, 3% Ni, 4% Mo bo’lgan vitallium) o’tga chidamli bo’lib, reaktiv dvigatellar va gaz turbinalar ishlab chiqarishda qo’llaniladi. Bunday qotishmalar 800-900⁰C larda ham korroziyaga uchramaydi. Kobaltning kislotaga chidamli qotishmalari ham bor. Uning alniko nomli qotishmasi (50% Fe, 24% Co, 14% Ni, 9% 1,3% Cu) magnitlar tayyorlashda ishlatiladi.

Nikel Ni. Tabiatda nikel o’zining asosiy minerallari. NiS. FeS, millerit NiS, gersdorfit NiAsS, permanit NiAsSb holida uchraydi. Ular asosan mis-nikel sulfidlarga boy polimetall rudalarda bo’ladi. Bundan tashqari, nikelning magnitli silikati (Ni, Mg)₆ (OH)₈Si₄O₁₀ ham uchraydi.

Nikel asosan mis-nikel sulfid rudalardan olinadi. Bir qancha pirometallurgik jarayonlar natijasida NiO ni ko’mir bilan qaytarib, xomaki nikel olinadi va elektrolitik (NiSO₄ eritmasiga tushirib) usulda tozalanadi. Nikelni elektrolitik tozalashda ruda tarkibidagi platina metallar balchiq tarzida elektrolizyor tubiga cho’kadi. Olingan nikelning deyarli 80% i nikelli qotishmalar va turli po’latlar tayyorlash uchun sarflanadi. Nikel kumush kabi oq, qattiq metall, uning Moos shkalasidagi qattiqligi 3,8 ga teng (temirga nisbatan bir oz yumshoq). Nikelning ikki allotropik shakl o’zgarishi bor. α- nikel 250⁰C dan yuqorida β-nikelga aylanadi. β –nikel yoqlari markazlashgan kub panjarada kristallanadi. Nikel ferromagnit moddalar turkumiga kiradi. Nikel kimyoviy aktivlik jihatidan temir bilan kobaltdan keyinda turadi. U 500⁰C dagina kislorod ta’sirida oksidlanadi. Nikel (ayniqsa kukun holatidagi nikel) qizdirilganda galogenlar, oltingugurt, selen, fosfor, mishyak, surma va boshqa metallmaslar bilan reaksiyaga kirishadi. Uning Ni₃S₂, Ni₃Se₂, Ni₃P, NiAs, Ni₃C, Ni₂B, NiB tarkibli metallsimon birikmalari olingan. Nikel boshqa metallar bilan qattiq eritmalar va intermetall birikmalar hosil qiladi. Nikelning o’tga chidamli qotishmalari raketa, gaz turbina va atom texnikasida katta ahamiyatga ega. Ular tarkibida Ni₃AI, Ni₃Ti kabi moddalar hosil bo’ladi. Uning nikelin [(73,% Ni, 15%Cr, 7% Fe, 24%Ti, 3% (AI + Nb + Mn + Si)], nixrom (60 % Ni, 40% Cr) va boshqa qotishmalari elektrotexnika sanoatida qo’llaniladi. Nikelning mis bilan hosil qilgan monelmetall (70% Ni, 30% Cu) qotishmasi kimyoviy ta’sirga chidamlidir. Uning magnit xossali qotishmalari ham ma’lum. Nikelning temir bilan hosil qilgan qotishmasi – invar qizdirilganda hajmini o’zgartirmaydi, neyzilberg qotishmasi (20% Ni, 40-70% Cu va 5-40% Zn) oksidlanmaydi.

Nikelning kislotalarga munosabati xuddi temir va kobaltnikiga o’xshash. U ishqorlarda erimaydi.