铁系元素

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铁系元素是中国的一个科技名词。

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名词解释

铁系元素包括：铁、钴、镍三种元素。铁、钴、镍三种元素的最外层都有两个4s电子，只是次外层的3d电子数不同，分别为6、7、8，它们的原子半径十分相似，所以它们的性质很相似，被称为铁系元素。由于第一过渡系列元素原子的电子填充过渡到第Ⅷ族时，3d电子已经超过5个，所以它们的价电子全部参加成键的可能性减少，因而铁系元素已经不再呈现出与族数相当的最高氧化态。一般条件下，铁的常见氧化态是+2和+3，与强氧化剂作用，铁可以生成不稳定的+6氧化态的高铁酸盐。一般条件下，钴和镍的常见氧化态都是+2，与强氧化剂作用，钴可以生成不稳定的+3氧化态，而镍的+3氧化态则少见。

物理性质

铁系元素的原子半径、离子半径、电离势等性质基本上随原子序数的增加而有规律地变化。但镍的原子量比钴小，这是因为镍的同位素中质量数小的一种占的比例大。

铁系元素单质都是具有金属光泽的白色金属。钴略带灰色。它们的密度都比较大，熔点也比较高，它们的熔点随原子序数的增加而降低，这可能是因为3d轨道中成单电子数按Fe、Co、Ni的顺序依次减少(4、3、2)，金属键依次减弱的缘故。

钴比较硬而脆，铁和镍却有很好的延展性。它们都表现有铁磁性，它们的合金是很好的磁性材料。

化学性质

由铁系元素的标准电极电势看，它们都是中等活泼的金属。它们的化学性质有以下几个方面：

①在酸性溶液中，Fe2+、Co2+和Ni2+分别是铁、钴、镍离子的最稳定状态。空气中的氧能把酸性溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，但是不能氧化Co2+和Ni2+成为Co3+和Ni3+。

由 值看出，高氧化态的铁（Ⅵ）、钴（Ⅲ）、镍（Ⅳ）在酸性溶液中都是很强的氧化剂。

②在碱性介质中，铁的最稳定氧化态是+3、而钴和镍的最稳定氧化态仍是+2； 在碱性介质中把低氧化态的铁、钴、镍氧化为高氧化态比在酸性介质中容易。低氧化态氢氧化物的还原性按Fe(OH)2、Co(OH)2、Ni(OH)2的顺序依次降低。

例如：向Fe2+的溶液中加入碱，能生成白色的Fe(OH)2的沉淀，但空气中的氧立即把白色的Fe(OH)2氧化成红棕色的Fe(OH)3沉淀：

在同样条件下生成的粉红色的Co(OH)2则比较稳定，但在空气中放置，也能缓慢地被空气中的氧氧化成棕褐色的Co(OH)3：

而在同样条件下生成的绿色的Ni(OH)2最稳定，根本不能被空气中的氧所氧化。

由此可见，Fe(OH)2的还原性最强，也最不稳定，Ni(OH)2的还原性最差，也最稳定。这是由它们在碱性介质中的标准电极电势的大小决定的。

③铁系元素易溶于稀酸中，只有钴在稀酸中溶解得很慢。它们遇到浓硝酸都呈“钝态”。铁能被热的浓碱液侵蚀，而钴和镍在碱溶液中的稳定性比铁高。

④在没有水汽存在时，一般温度下，铁系元素与氧、硫、氯、磷等非金属几乎不起作用，但在高温下却发生猛烈反应。

用途

铁、钴、镍主要用于制造合金。铁是重要的基本结构材料，铁合金用途广泛。钴的合金具有很高的硬度，镍是不锈钢的主要成分之一，由于镍不与强碱作用，实验室中常用镍坩埚熔融碱性物质。镍粉还可做氢化反应的催化剂。