Материал: Курс общей химии. Спиридонов Б.А

4Fe3+ + 3 [Fe (CN)6] 4- = Fe4 [Fe (CN)6] 3

берлинская лазурь

3Fe2+ + 2 [Fe (CN) 6] 3- = Fe3 [Fe (CN)6] 2

турнбулева синь

Эта реакция очень чувствительна и используется для открытия Fe3+ - иона.

Чувствительной реакцией на ионы Ni2+ является взаимодействие с диметилглиоксимом (реактив Чугаева), в результате которой раствор окрашивается в яркорозовый цвет.

Особо интересными соединениями являются карбонилы металлов этого семейства. Атомы железа имеют четыре свободных места для электронов в подуровне 3d и шесть мест в подуровне 4р. Под давлением 107 Па и при 200 °С быстро образуется жидкий пентакарбонил железа: Fe + 5CO = Fe (CO)5, в котором атомы углерода - доноры электронов, атомы железа - акцепторы пяти пар электронов. Для такого взаимодействия необходима перегруппировка электронов в 3d - подуровне, требующая некоторой энергии активации. Атомы никеля могут принять только 8 электронов в те же подуровни, поэтому образуется карбонил состава Ni (CO)4.

При 250 °С карбонил железа разлагается, чем пользуются при получении чистейшего железа для электро - и радиотехнических целей. Карбонил никеля разлагается при 200 °С, а тетракарбонил кобальта еще менее устойчив.

11.6. Магнитные свойства металлов семейства железа

По отношению к внешнему магнитному полю различают диамагнитные и парамагнитные вещества. Диамагнитные вещества оказывают прохождению магнитных силовых линий большее сопротивление, чем вакуум, и поэтому внешнее магнитное поле их выталкивает. Парамагнитные вещества, напротив, проводят магнитные силовые линии лучше, чем вакуум, и поэтому магнитное поле втягивает такие вещества.

354

Помещенные между полюсами сильного магнита диамагнетики ориентируются перпендикулярно силовым линиям (рис. 84 а), а парамагнетики - вдоль силовых линий (рис. 84, 6).

Рис. 84. Поведение в магнитном поле диа- (а) и парамагнитных (б) веществ

Столь различное поведение диа- и парамагнитных веществ обусловлено различным характером их внутренних магнитных полей. Вращение электронов вокруг оси создает магнитное поле, характеризуемое спиновым моментом. Если в веществе магнитные поля электронов взаимно замкнуты (скомпенсированы) и их суммарный спиновый момент равен 0, то вещество является диамагнитным. Если же магнитные поля электронов не скомпенсированы и вещество имеет собственный магнитный момент, то оно является парамагнитным. Так, атом водорода, имеющий один непарный электрон - парамагнитен. Молекула же водорода Н2 диамагнитна, так как при образовании химической связи происходит взаимная компенсация спинов электронов.

Первоначальная теория магнетизма объясняла магнитные свойства предположением о существовании элементарных магнитиков, которые обусловлены электрическим «молекулярным током», т.е. круговым движением электричества внутри атомов. Это предположение подтверждается атомной теорией, согласно которой «молекулярный ток» задается движением электронов по орбитам и их вращением спином.

Поля электронов, принадлежащие одному атому, по своему действию могут либо усиливать друг друга, либо уничто-

355

жить, смотря по тому, направлены ли их собственные моменты в одну сторону или в противоположные. Если они уничтожают действие друг друга взаимно компенсируют, то вещество называется диамагнитным, в другом случае - парамагнитным. Магнитные свойства элементов находятся также в периодической зависимости от порядкового номера элемента.

Средние значения атомной восприимчивости X (произведение удельной восприимчивости на атомный вес) приведены в табл. 6.

Железо, кобальт и никель - типичные ферромагнитные вещества, вызывающие очень большое усиление внешнего магнитного поля.

Появление ферромагнетизма у металлов группы железа оказывается закономерным следствием сильного роста парамагнетизма, который наблюдается уже в ряду предшествующих элементов, из которых хром и марганец в сплавах могут

проявлять ферромагнитные свойства (сплав Хейслера). Элементы, с порядковыми номерами следующие за никелем являются уже диамагнетиками.

Таблица 13

Магнитная восприимчивость элементов VI периода

В случае ферромагнетизма рассматриваемое явление представляется лишь особым случаем парамагнетизма, обусловлено тем, что в ферромагнитных веществах одинаковое направление элементарных магнитиков вызывается особенно сильным молекулярным полем. Это молекулярное расположение, в обоих случаях при не очень высоких температурах для

356

определенных групп электронов становится наиболее вероятным параллельное расположение. Этот случай осуществляется в ферромагнитных металлах и сплавах.

Ферромагнетизм может проявиться только в случае наличия незавершенных оболочек с большим побочным квантовым числом и большого среднего расстояния между атомными ядрами в решетке по сравнению с радиусами этих атомов. Эти условия кроме железа, кобальта и никеля выполняются и у некоторых редкоземельных элементов (диспрозий, гольмий, гадолиний, тербий).

У ферромагнетиков относительная магнитная проницае-

мость = 103 - 105. Магнитная проницаемость = HB зави-

сит от напряженности магнитного поля Н. Она изменяется обычно по кривой имеющей максимум (рис. 85).

Рис. 85. Зависимость от напряженности поля Н

Изменение индукции В от напряженности магнитного поля изображается кривой зависимости В = f (H), представленной на рис. 86. Участок ОБ - кривая намагничивания ферромагнетика.

357