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第VIII族
鎖定
第VIII族元素在週期系中位置的特殊性是與它們之間性質的類似和遞變關係相聯繫的。在九種元素中，雖然也存在着一般的垂直相似性，如鐵、釕、鋨，但水平相似性如鐵、鈷、鎳則更為突出。因此，為了便於研究，通常把這九種元素分成兩組，把位於第4週期的鐵、鈷、鎳三種元素稱為鐵系元素，其餘六種元素則稱為鉑系元素。由於鑭系收縮的緣故，位於第5週期的釕、銠、鈀與位於第6週期的鋨、銥、鉑非常相似而與第4週期的鐵、鈷、鎳差別較大。鉑系元素被列為稀有元素，和金、銀一起稱為貴金屬。
- 中文名
- 第Ⅷ族
- 別 名
- Ⅷ族
- 領 域
- 化學
- 特 點
- 兩個4s電子
- 元素數量
- 9種
第VIII族鐵系元素
第VIII族元素介紹
鐵、鈷、鎳三種元素的最外層都有兩個4s電子，只是次外層的3d電子數不同，分別為6、7、8，它們的原子半徑十分相似，所以它們的性質很相似。
由於第一過渡系列元素原子的電子填充過渡到第Ⅷ族時，3d電子已經超過5個，所以它們的價電子全部參加成鍵的可能性減少，因而鐵系元素已經不再呈現出與族數相當的最高氧化態。
一般條件下，鐵的常見氧化態是+2和+3，與強氧化劑作用，鐵可以生成不穩定的+6氧化態的高鐵酸鹽。
一般條件下，鈷和鎳的常見氧化態都是+2，與強氧化劑作用，鈷可以生成不穩定的+3氧化態，而鎳的+3氧化態則少見。
我們從物理性質、化學性質、用途三個方面來介紹鐵系元素的通性。
第VIII族物理性質
鐵系元素的原子半徑、離子半徑、電離勢等性質基本上隨原子序數的增加而有規律地變化。但鎳的原子量比鈷小，這是因為鎳的同位素中質量數小的一種佔的比例大。
鐵系元素單質都是具有金屬光澤的白色金屬。鈷略帶灰色。它們的密度都比較大，熔點也比較高，它們的熔點隨原子序數的增加而降低，這可能是因為3d軌道中成單電子數按Fe、Co、Ni的順序依次減少(4、3、2)，金屬鍵依次減弱的緣故。
鈷比較硬而脆，鐵和鎳卻有很好的延展性。它們都表現有鐵磁性，它們的合金是很好的磁性材料。
第VIII族化學性質
鐵系元素電勢圖
由鐵系元素的標準電極電勢看，它們都是中等活潑的金屬。它們的化學性質表現在以下幾個方面：
①在酸性溶液中，Fe2+、Co2+和Ni2+分別是鐵、鈷、鎳離子的最穩定狀態。空氣中的氧能把酸性溶液中的Fe2+氧化成Fe3+2，但是不能氧化Co2+和Ni2+成為Co3+和Ni3+。
由 值看出，高氧化態的鐵（Ⅵ）、鈷（Ⅲ）、鎳（Ⅳ）在酸性溶液中都是很強的氧化劑。
②在鹼性介質中，鐵的最穩定氧化態是+3、而鈷和鎳的最穩定氧化態仍是+2； 在鹼性介質中把低氧化態的鐵、鈷、鎳氧化為高氧化態比在酸性介質中容易。低氧化態氫氧化物的還原性按Fe(OH)2、Co(OH)2、Ni(OH)2的順序依次降低。
例如：向Fe2+的溶液中加入鹼，能生成白色的Fe(OH)2的沉澱，但空氣中的氧立即把白色的Fe(OH)2氧化成紅棕色的Fe(OH)3沉澱：
在同樣條件下生成的粉紅色的Co(OH)2則比較穩定，但在空氣中放置，也能緩慢地被空氣中的氧氧化成棕褐色的Co(OH)3：
而在同樣條件下生成的綠色的Ni(OH)2最穩定，根本不能被空氣中的氧所氧化。
由此可見，Fe(OH)2的還原性最強，也最不穩定，Ni(OH)2的還原性最差，也最穩定。這是由它們在鹼性介質中的標準電極電勢的大小決定的。
③鐵系元素易溶於稀酸中，只有鈷在稀酸中溶解得很慢。它們遇到濃硝酸都呈“鈍態”。鐵能被熱的濃鹼液侵蝕，而鈷和鎳在鹼溶液中的穩定性比鐵高。
④在沒有水汽存在時，一般温度下，鐵系元素與氧、硫、氯、磷等非金屬幾乎不起作用，但在高温下卻發生猛烈反應。
第VIII族用途
鐵、鈷、鎳主要用於製造合金。鐵是重要的基本結構材料，鐵合金用途廣泛。鈷的合金具有很高的硬度，鎳是不鏽鋼的主要成分之一，由於鎳不與強鹼作用，實驗室中常用鎳坩堝熔融鹼性物質。鎳粉還可做氫化反應的催化劑。
第VIII族鉑系元素
第VIII族元素介紹
鉑系元素都是稀有金屬，它們在地殼中的質量分數估計為：
鉑系元素幾乎完全以單質狀態存在，高度分散在各種礦石中，並共生在一起。
從鉑系元素原子的價電子結構來看，除鋨和銥有2個s電子外，其餘都只有1個s電子或沒有s電子。
形成高氧化態的傾向從左向右(由釕到鈀，由鋨到鉑)逐漸降低。這一點和鐵系元素是一樣的。和其它各副族的情況一樣，鉑系元素的第6週期各元素形成高氧化態的傾向比第5週期相應各元素大。其中只有釕和鋨表現出了與族數相一致的+8氧化態。
我們從物理性質、化學性質兩個方面來介紹鉑系元素的通性。
第VIII族物理性質
鉑系元素除鋨呈藍灰色外，其餘都是銀白色的。從金屬單質的密度看，鉑系元素又可分為兩組：第5週期的釕、銠、鈀的密度約為12g·cm-3，成為輕鉑金屬；第6週期的鋨、銥、鉑的密度約為22g·cm-3，稱為重鉑金屬。
鉑系元素都是難熔金屬，輕鉑金屬和重鉑金屬的熔、沸點都是從左到右逐漸降低。這六種元素中，最難熔的是鋨，最易熔的是鈀。熔沸點的這種變化趨勢與鐵系金屬相似，這也可能是因為nd軌道中成單電子數從左到右逐漸減少(釕、銠、鈀分別為3、2、0；鋨、銥、鉑分別為4、3、1)，金屬鍵逐漸減弱的緣故。
在硬度方面，釕和鋨的特點是硬度高並且脆，因此不能承受機械處理。銠和銥雖可以承受機械處理，但也很困難。鈀和鉑，尤其是鉑，極易承受機械處理，純淨的鉑具有高度的可塑性。將鉑冷軋，可以製得厚度為0.0025mm的箔。
第VIII族化學性質
鉑系金屬的化學性質表現在以下幾個方面：
①鉑系金屬對酸的化學穩定性比所有其它各族金屬都高。
釕和鋨，銠和銥對酸的化學穩定性最高，不僅不溶於普通強酸，也不溶於王水中。
鈀和鉑都能溶於王水，鈀還能溶於硝酸(稀硝酸中溶解慢，濃硝酸中溶解快)和熱硫酸中。
②在有氧化劑存在時，鉑系金屬與鹼一起熔融，都可以轉變成可溶性的化合物。
③鉑系金屬不和氮作用。室温下對空氣、氧等非金屬都是穩定的，不作用。高温下才能與氧、硫、磷、氟、氯等非金屬作用，生成相應的化合物。
室温下只有粉狀的鋨在空氣中會慢慢地被氧化，生成揮發性的四氧化鋨OsO4，OsO4的蒸氣沒有顏色，對呼吸道有劇毒，尤其有害於眼睛，會造成暫時失明。
④鉑系金屬都有一個特性，即很高的催化活性，金屬細粉的催化活性尤其大。
大多數鉑系金屬能吸收氣體，特別是氫氣。鋨吸收氫氣的能力最差，鈀吸收氫氣的能力最強。常温下，鈀溶解氫的體積比為1：700，在真空中把金屬加熱到373K，溶解的氫就完全放出。氫在鉑中的溶解度很小，但鉑溶解氧的本領比鈀強，鈀吸收氧的體積比為1：0.07，而鉑溶解氧的體積比為1：70。鉑系金屬吸收氣體的性能是與它們的高度催化性能有密切關係的。
⑤鉑系金屬和鐵系金屬一樣，都容易形成配位化合物。
第VIII族用途
1.鉑的穩定性好，一般做電極、坩堝等，或者跟金銀一樣作為首飾或裝飾品。
2.銥一般可做坩堝，或者特種合金和特種玻璃。
3.鋨是密度最大的金屬，銥鋨按一定比例所制的的合金作為1kg的標準件。
第VIII族包括九種元素
1.ferrous metals: Iron (Ferrum), Cobalt, Nickel
2.Platinium metals: Ruthenium, Rhodium, Palladium
Osmium, Iridium, Platinum
鉑系元素又被稱為稀有元素,它們與金,銀一起又稱為貴金屬(noble metals)
Chapter 19 過渡元素(II)
the transition elements (II)
