Grupați 8 elemente

Fragmente de fier pur de 99,97% aproape de un cub de 1 cm ³ de fier ultra-pur (99,9999%).

O bucată de 99,99% pur ruteniu.

99,99% cristale de osmiu pur.

Elementele grupei 8 sunt: fier (Fe), ruteniu (Ru), osmiu (Os) și hassiu (Hs). Grupa 8 face parte din blocul d al tabelului periodic și componentele sale sunt metale de tranziție . Fierul este metalul cu cea mai mare importanță tehnologică și este foarte frecvent pe scoarța terestră, în timp ce ruteniul și osmiul sunt foarte rare și au utilizări mult mai limitate. Hasiul este un element artificial radioactiv; doar aproximativ o sută de atomi au fost produși și proprietățile sale chimice sunt puțin înțelese. ^[1] În nomenclatura anterioară acest grup a fost numit VIIIA sau VIIIB în conformitate cu diferite convenții utilizate în Europa și, respectiv, în Statele Unite ale Americii. Grupa 8 nu trebuie confundată cu vechile denumiri de grup „VIIIB” (sistem european) sau „VIIIA” (sistem american) care corespund acum grupului 18 .

La temperatura camerei aceste elemente sunt toate solide; culoarea roșie pentru numărul atomic indică faptul că elementul este sintetic și nu se găsește în natură.

Surse

Fierul este foarte frecvent pe scoarța terestră , fiind al patrulea element ca abundență după oxigen , siliciu și aluminiu . Fierul este, de asemenea, principalul component al miezului pământului , pentru o rază de aproximativ 3500 km. Cele mai importante minerale pentru a obține fier sunt hematitul (Fe ₂ O _3), magnetit (Fe ₃ O _4), goethit (FeO (OH)) și siderit (Feco _3). Aproximativ 2,4 miliarde de tone de minereu de fier sunt procesate anual. Ruteniu este unul dintre cele mai rare metale: este al șaptezeci și patru element din abundență pe scoarța terestră. Există unele minereuri de ruteniu, dar acestea nu sunt utile pentru obținerea metalului, care se obține ca subprodus al rafinării nichelului sau din prelucrarea metalelor din grupul platinei . În fiecare an se produc aproximativ 12 tone de ruteniu. Osmiul este chiar mai rar decât ruteniul, fiind cel de-al optzeci și primul element abundent de pe scoarța terestră. Se găsește sub formă metalică, adesea aliată cu iridiu ( osmiridiu ). Producția anuală este mai mică de 100 kg, obținută în principal ca subprodus al rafinării nichelului. ^[1]

Toxicitate și rol biologic

Fierul este esențial pentru toate viețuitoarele. La om este prezent în multe biomolecule , inclusiv transferină și hemoglobină ; un corp uman conține aprox 4 g de fier. Nevoile organismului sunt acoperite în mare măsură de o dietă normală. Orice deficit de fier provoacă anemie , o boală foarte frecventă. Daunele cauzate de excesul de fier din organism sunt rare, cu toate acestea, unii compuși ai fierului pot fi toxici. Ruteniu și osmiu nu au roluri biologice. Aceste elemente sunt atât de rare încât cantitatea conținută într-un corp uman este atât de mică încât nu se cunoaște cu precizie. Ruteniul și osmiul metalic nu sunt periculoase, dar unii compuși precum RuO ₄ și OsO ₄ sunt foarte toxici. ^[1]

Aplicații

Fierul continuă să fie cel mai important metal pentru omenire, deoarece în jurul anului 1500 î.Hr. Fierul pur este prea moale pentru o utilizare practică și este utilizat într-o varietate de aliaje cu alte elemente pentru a-i modifica proprietățile și a-l face potrivit pentru nenumărate aplicații (poduri, clădiri, mașini, nave, arme, tacâmuri ...) Catalizatorii pe bază de fier sunt folosiți de industria chimică în procesul Haber-Bosch pentru producerea de amoniac și îngrășăminte , și în procesul Fischer-Tropsch pentru producerea combustibilului sintetic . În comparație cu fierul, importanța economică a ruteniului și osmiului este foarte scăzută. Ruteniu este utilizat în principal pentru rezistența sa la oxidare în diferite componente electrice și electronice (de exemplu, în anodi pentru producția electrochimică de clor ) și ca catalizator în industria chimică. Unii compuși de ruteniu sunt utilizați în special celule fotoelectrochimice ( celule solare sensibilizate la coloranți ) pentru colectarea energiei solare . Osmiul are o utilizare și mai limitată: este utilizat în unele aliaje și ca catalizator în industria chimică. OsO ₄ tetroxidul este utilizat pentru colorarea țesuturilor biologice în microscopie . ^[1]

Proprietățile elementelor

Punctele de topire ale elementelor blocului d.

Fierul, ruteniul și osmiul sunt de obicei elemente metalice, cu aspect strălucitor și argintiu. Fierul pur este destul de moale, în timp ce ruteniul și osmiul sunt mult mai dure. Osmiul este elementul cu cea mai mare densitate, aproximativ 22,6 g / cm ³ (fierul are o densitate de 7,87 g / cm ³ ). Elementele acestui grup au opt electroni în cele șase orbitale d și s exterioare; nevoia de a împerechea mai mulți electroni reduce numărul de electroni nepereche care vor fi folosiți în legături cu atomii vecini. În consecință, rezistența legăturii metalice scade, după cum se indică prin valorile punctelor de topire și fierbere, în jos față de valorile maxime observate în grupa 6 . Deplasarea spre dreapta în blocul d dimensiunea elementelor continuă să scadă progresiv. Ruteniu și osmiu, cele două cele mai grele elemente, au dimensiuni aproape identice ca o consecință a contracției lantanidei . ^{[2] [3]}

Reactivitatea chimică și tendințele grupului ^{[2] [3] [4]}

Similar cu ceea ce s-a observat în grupurile anterioare, tot în grupa 8 există diferențe puternice între fier și cei doi congeneri mai grei, atât pentru proprietățile elementului, cât și pentru chimia lor. Fierul este decisiv mai reactiv: este piroforic dacă este fin împărțit și se dizolvă în acizi diluați pentru a da compuși Fe (II), în timp ce este pasivat de acizi oxidanți, cum ar fi HNO ₃ concentrat, care formează un film superficial de oxid de Fe ₂ O ₃ astfel încât să protejeze metalul subiacent. Ruteniu și osmiu sunt practic inatacabile de acizii neoxidanți, în timp ce pot fi atacați cu HNO ₃ concentrat sau cu fuziune alcalină oxidantă, formând rutenate și osmați ([RuO ₄ ] ^2– și [OsO ₂ (OH) ₄ ] ^2– ). Ruteniu și osmiu sunt, de asemenea, stabile în atmosferă, în timp ce fierul se corodează în rugină .

Diagrama de îngheț pentru fier.

În ceea ce privește stările de oxidare , fierul este primul element al seriei de tranziție care nu atinge starea teoretică de oxidare maximă a grupului (+8). Cea mai ridicată stare de oxidare a sa este +6 în ionul ferat, [FeO ₄ ] ^2– , o specie care se reduce foarte ușor, după cum se poate vedea din diagrama Frost . Ruteniu și osmiu, pe de altă parte, cu RUO ₄ și _OSO4 reușesc să atingă starea maximă de oxidare a grupului, 8, si sunt ultimele elemente de tranziție pentru a face acest lucru; +8 este, de asemenea, cea mai înaltă dintre stările de oxidare cunoscute. Starea minimă de oxidare este –2 în compușii de tip [M (CO) ₄ ] ^2– . Cele mai frecvente stări de oxidare sunt +2 și +3 pentru fier, +3 pentru ruteniu și +4 pentru osmiu; tendința obișnuită este apoi respectată cu o creștere a stabilității stărilor de oxidare ridicate descendente de-a lungul unui grup.

În ceea ce privește chimia coordonării , procedând spre dreapta în blocul d, dimensiunile atomice au scăzut, făcând numerele de coordonare mai mari de 6 mai puțin frecvente, observabile doar cu liganzi mici, cum ar fi F ^- și CO.

Notă

Bibliografie

• ( EN ) P. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller, F. Armstrong și M. Hagerman, Shriver & Atkins 'Inorganic Chemistry , ed. A V-a, Oxford University Press, 2010, ISBN 978-0199599608 .
• FA Cotton, G. Wilkinson și PL Gaus, Principiile chimiei anorganice , Milano, Editura Ambrosiana, 1991.
• ( EN ) J. Emsley, Nature's Building Blocks: An AZ Guide to the Elements (Ed. Nouă ) , New York, Oxford University Press, 2011, ISBN 978-0-19-960563-7 .
• (EN) NN Greenwood și A. Earnshaw, Chimia elementelor, ediția a II-a, Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4 .
• ( EN ) CE Housecroft și AG Sharpe, Chimie anorganică , ediția a III-a, Harlow (Anglia), Pearson Education Limited, 2008, ISBN 978-0-13-175553-6 .

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre grupul 8 elemente

Portalul chimiei

Portalul de fizică