Elementi VIIIb grupe PSE

U VIIIb grupu PSE ubraja se 12 elemenata koji pripadaju grupama 8, 9 i 10 u najnovijoj nomenklaturi. Svi elementi grupe pokazuju sličnosti u osobinama koje su najizraženije između elemenata iste periode.Tako se u okviru grupe mogu izdvojiti četiri podgrupe - grupu gvožđa (Fe, Co, Ni), grupu lakih platinskih metala (Ru, Rh, Pd), grupu teških platinskih metala (Os, Ir, Pt), dok četvrtu grupu čine tri veštački dobijena elementa (Hs, Mt, Ds). Elementi VIIIb grupe klasični su prelazni metali. Elemanti gvožđeve grupe reaktivniji su od platinskih elemenata.

Gvožđe

• atomski broj: 26
• A_r: 55,847
• grupa: 8b
• perioda: N
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 3034 K
• T.T: 1811 K
• gustina: 7,86g/cm³
• elektronegativnost: 1,8
• otkriće: poznato od drevnih vremena
• lat. naziv: ferrum
• oksidaciona stanja: +2, +3 (najčešća), -2 do +6
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 14, 2
• elektronska konfiguracija: [Ar]3d⁶4s²
• brzina zvuka (m s^-1): 5120
• atomski poluprečnik: 140 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Fe -> Fe⁺, 759
  • Fe⁺ -> Fe²⁺, 1561
  • Fe²⁺ -> Fe³⁺, 2957
• alotropske modifikacije:
  • α-Fe, ispod 910 C
  • β-Fe, 910 - 1390 C
  • γ-Fe, iznad 1390 C
• izotopi:
  1. Fe-54
     • zastupljenost u prirodi: 5,8%
     • raspad: duplo zarobljavanje elektrona
     • vreme poluraspada: 3,1*10²² godina
     • raspada se na: Cr-54
  2. Fe-56
     • zastupljenost u prirodi: 91,72%
     • raspad: stabilan
  3. Fe-57
     • zastupljenost u prirodi: 2,2%
     • raspad: stabilan
  4. Fe-58
     • zastupljenost u prirodi: 0,28%
     • raspad: stabilan
  5. Sintetisani su izotopi Fe atomskih masa 55, 59 i 60.

Kobalt

• atomski broj: 27
• A_r: 58,933
• grupa: 8b
• perioda: N
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 3143 K
• T.T: 1768 K
• gustina: 8,9g/cm³
• elektronegativnost: 1,8
• otkriće: G. Brandt, 1737
• lat. naziv: cobaltum
• oksidaciona stanja: +2 (najčešće), -1 do +5, u kompleksima +3
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 15, 2
• elektronska konfiguracija: [Ar]3d⁷4s²
• brzina zvuka (m s^-1): 4720
• atomski poluprečnik: 135 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Co -> Co⁺, 760
  • Co⁺ -> Co²⁺, 1646
  • Co²⁺ -> Co³⁺, 3232
• izotopi:
  1. Co-59
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Sintetisani su izotopi Co atomskih masa 56, 57, 58 i 60.

Nikl

• atomski broj: 28
• A_r: 58,693
• grupa: 8b
• perioda: N
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 3186 K
• T.T: 1728 K
• gustina: 8,91g/cm³
• elektronegativnost: 1,8
• otkriće: A. Cronstedt, 1751.
• lat. naziv: niccolum
• oksidaciona stanja: +2 (najčešće), -1 do +6
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 16, 2
• elektronska konfiguracija: [Ar]3d⁸4s²
• brzina zvuka (m s^-1): 4900
• atomski poluprečnik: 135 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Ni -> Ni⁺, 737
  • Ni⁺ -> Ni²⁺, 1735
• izotopi:
  1. Ni-58
     • zastupljenost u prirodi: 68,07%
     • raspad: stabilan
  2. Ni-60
     • zastupljenost u prirodi: 26,23%
     • raspad: stabilan
  3. Ni-61
     • zastupljenost u prirodi: 1,14%
     • raspad: stabilan
  4. Ni-62
     • zastupljenost u prirodi: 3,63%
     • raspad: stabilan
  5. Ni-64
     • zastupljenost u prirodi: 0,93%
     • raspad: stabilan
  6. Sintetisani su izotopi Ni atomskih masa 56, 59 i 63.

Rutenijum

• atomski broj: 44
• A_r: 101,07
• grupa: 8b
• perioda: O
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 4423 K
• T.T: 2607 K
• gustina: 12,45g/cm³
• elektronegativnost: 2,2
• otkriće: K. Klaus, 1844.
• lat. naziv: ruthenium
• oksidaciona stanja: +3 (najčešće), -2 do +8
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 15, 1
• elektronska konfiguracija: [Kr]4d⁷5s¹
• brzina zvuka (m s^-1): 5970
• atomski poluprečnik: 130 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Ru -> Ru⁺, 711
  • Ru⁺ -> Ru²⁺, 1617
  • Ru²⁺ -> Ru³⁺, 2747
• izotopi:
  1. Ru-96
     • zastupljenost u prirodi: 5,52%
     • raspad: stabilan
  2. Ru-98
     • zastupljenost u prirodi: 1,88%
     • raspad: stabilan
  3. Ru-99
     • zastupljenost u prirodi: 12,7%
     • raspad: stabilan
  4. Ru-100
     • zastupljenost u prirodi: 12,6%
     • raspad: stabilan
  5. Ru-101
     • zastupljenost u prirodi: 17%
     • raspad: stabilan
  6. Ru-102
     • zastupljenost u prirodi: 31,6%
     • raspad: stabilan
  7. Ru-104
     • zastupljenost u prirodi: 18,7%
     • raspad: stabilan
  8. Sintetisani su izotopi Ru atomskih masa 97, 103 i 106.

Rodijum

• atomski broj: 45
• A_r: 102,905
• grupa: 8b
• perioda: O
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 3968 K
• T.T: 2237 K
• gustina: 12,41g/cm³
• elektronegativnost: 2,2
• otkriće: W. Wollaston, 1803.
• lat. naziv: rhodium
• oksidaciona stanja: +3 (najčešće), -1 do +6
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 16, 1
• elektronska konfiguracija: [Kr]4d⁸5s¹
• brzina zvuka (m s^-1): 4700
• atomski poluprečnik: 135 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Rh -> Rh⁺, 720
  • Rh⁺ -> Rh²⁺, 1744
  • Rh²⁺ -> Rh³⁺, 2997
• izotopi:
  1. Rh-103
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Sintetisani su izotopi Rh atomskih masa 99, 101, 102 i 105.

Paladijum

• atomski broj: 46
• A_r: 106,42
• grupa: 8b
• perioda: O
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 3236 K
• T.T: 1828 K
• gustina: 12g/cm³
• elektronegativnost: 2,2
• otkriće: W. Wollaston, 1803.
• lat. naziv: palladium
• oksidaciona stanja: +2 (najčešće), +4
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 18
• elektronska konfiguracija: [Kr]4d¹⁰5s⁰
• brzina zvuka (m s^-1): 3070
• atomski poluprečnik: 140 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Pd -> Pd⁺, 805
  • Pd⁺ -> Pd²⁺, 1875
• izotopi:
  1. Pd-102
     • zastupljenost u prirodi: 1,02%
     • raspad: stabilan
  2. Pd-104
     • zastupljenost u prirodi: 11,14%
     • raspad: stabilan
  3. Pd-105
     • zastupljenost u prirodi: 22,33%
     • raspad: stabilan
  4. Pd-106
     • zastupljenost u prirodi: 27,33%
     • raspad: stabilan
  5. Pd-108
     • zastupljenost u prirodi: 26,46%
     • raspad: stabilan
  6. Pd-110
     • zastupljenost u prirodi: 11,72%
     • raspad: stabilan
  7. Sintetisani su izotopi Pd atomskih masa 100, 103 i 107.

Osmijum

• atomski broj: 76
• A_r: 190,23
• grupa: 8b
• perioda: P
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 5285 K
• T.T: 3306 K
• gustina: 22,61g/cm³
• elektronegativnost: 2,2
• otkriće: S. Tenant, 1804.
• lat. naziv: osmium
• oksidaciona stanja: +4 (najčešće), -2 do +8
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 14, 2
• elektronska konfiguracija: [Xe]4f¹⁴5d⁶6s²
• brzina zvuka (m s^-1): 4940
• atomski poluprečnik: 130 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Os -> Os⁺, 840
  • Os⁺ -> Os²⁺, 1600
  • Os²⁺ -> Os³⁺, 2400
  • Os³⁺ -> Os⁴⁺, 3900
• izotopi:
  1. Os-184
     • zastupljenost u prirodi: 0,02%
     • raspad: alfa
     • vreme poluraspada: 5,6*10¹³ godina
     • raspada se na: W-180
  2. Os-186
     • zastupljenost u prirodi: 1,58%
     • raspad: alfa
     • vreme poluraspada: 2*10¹⁵ godina
     • raspada se na: W-182
  3. Os-187
     • zastupljenost u prirodi: 1,6%
     • raspad: stabilan
  4. Os-188
     • zastupljenost u prirodi: 13,3%
     • raspad: stabilan
  5. Os-189
     • zastupljenost u prirodi: 16,1%
     • raspad: stabilan
  6. Os-190
     • zastupljenost u prirodi: 24,6%
     • raspad: stabilan
  7. Os-192
     • zastupljenost u prirodi: 41%
     • raspad: stabilan
  8. Sintetisani su izotopi Os atomskih masa 185, 191, 193 i 194.

Iridijum

• atomski broj: 77
• A_r: 192,22
• grupa: 8b
• perioda: P
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 4701 K
• T.T: 2719 K
• gustina: 22,65g/cm³
• elektronegativnost: 2,2
• otkriće: S. Tenant, A. F. Fourcory, L. N. Vauquelin, H. V. Collet-Descoltils, 1804.
• lat. naziv: iridium
• oksidaciona stanja: +3, +4 (najčešć4), -1 do +6
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 15, 2
• elektronska konfiguracija: [Xe]4f¹⁴5d⁷6s²
• brzina zvuka (m s^-1): 4825
• atomski poluprečnik: 135 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Ir -> Ir⁺, 880
  • Ir⁺ -> Ir²⁺, 1680
  • Ir²⁺ -> Ir³⁺, 2600
  • Ir³⁺ -> Ir⁴⁺, 3800
• izotopi:
  1. Ir-191
     • zastupljenost u prirodi: 37,3%
     • raspad: stabilan
  2. Ir-193
     • zastupljenost u prirodi: 62,7%
     • raspad: stabilan
  3. Sintetisani su izotopi Ir atomskih masa 189, 190, 192, 194 i 195.

Platina

• atomski broj: 78
• A_r: 195,08
• grupa: 8b
• perioda: P
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 4098 K
• T.T: 2041 K
• gustina: 22,45g/cm³
• elektronegativnost: 2,2
• otkriće: Antonio de Ulloa, Don Juan de Santascilia, 1734.
• lat. naziv: platinum
• oksidaciona stanja: +4 (najčešće), +2 do +6
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 17, 1
• elektronska konfiguracija: [Xe]4f¹⁴5d⁹6s¹
• brzina zvuka (m s^-1): 2800
• atomski poluprečnik: 135 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Pt -> Pt⁺, 840
  • Pt⁺ -> Pt²⁺, 1600
  • Pt²⁺ -> Pt³⁺, 2400
  • Pt³⁺ -> Pt⁴⁺, 3900
• izotopi:
  1. Pt-190
     • zastupljenost u prirodi: 0,01%
     • raspad: alfa
     • vreme poluraspada: 6,5*10¹¹ godina
     • raspada se na: Os-186
  2. Pt-192
     • zastupljenost u prirodi: 0,79%
     • raspad: stabilan
  3. Pt-194
     • zastupljenost u prirodi: 32,9%
     • raspad: stabilan
  4. Pt-195
     • zastupljenost u prirodi: 33,8%
     • raspad: stabilan
  5. Pt-196
     • zastupljenost u prirodi: 25,3%
     • raspad: stabilan
  6. Pt-198
     • zastupljenost u prirodi: 7,2%
     • raspad: stabilan
  7. Sintetisani su izotopi Pt atomskih masa 191 i 197.

Hasijum

• atomski broj: 108
• A_r: 265
• grupa: 8b
• perioda: Q
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: ? K
• T.T: ? K
• gustina: ?g/cm³
• elektronegativnost: ?
• otkriće: GSI Darmstradt, 1984.
• lat. naziv: hassium
• oksidaciona stanja: +3
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2
• elektronska konfiguracija: [Rn]5f¹⁴6d⁶7s²
• atomski poluprečnik: ? pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Hs -> Hs⁺, 750
• izotopi:
  1. Hs je veštački element. Najstabilniji izotop je Hs-269, čije je vreme poluraspada 9,7s.

Majtnerijum

• atomski broj: 109
• A_r: 266
• grupa: 8b
• perioda: Q
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: ? K
• T.T: ? K
• gustina: ?g/cm³
• elektronegativnost: ?
• otkriće: GSI Darmstradt, 1982.
• lat. naziv: meitnerium
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2
• elektronska konfiguracija: [Rn]5f¹⁴6d⁷7s²
• atomski poluprečnik: ? pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Mt -> Mt⁺, 840
• izotopi:
  1. Mt je veštački element. Najstabilniji izotop je Mt-276, čije je vreme poluraspada 0,72s.

Darmštatijum

• atomski broj: 110
• A_r: 269
• grupa: 8b
• perioda: Q
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: ? K
• T.T: ? K
• gustina: ?g/cm³
• elektronegativnost: ?
• otkriće: GSI Darmstradt, 1994.
• lat. naziv: darmstadtium
• oksidaciona stanja: ?
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 32, 16, 2
• elektronska konfiguracija: [Rn]5f¹⁴6d⁸7s²
• atomski poluprečnik: ? pm
• izotopi:
  1. Ds je veštački element. Najstabilniji izotop je Ds-281, čije je vreme poluraspada 11,1s.

Dobijanje

Elementi VIIIb grupe nalaze se u prirodi u obliku jedinjenja, a zbog manje reaktivnosti i u elementarnom stanju (meteorsko gvožđe, samorodna platina). Najrasprostranjenije rude gvožđa su magnetit (Fe₃O₄), hematit (Fe₂O₃), pirit (FeS₂), halkopirit (CuFeS₂), arsenopirit (FeAsS), siderit (FeCO₃)... Gvožđe je na četvrtom mestu po zastupljenosti u zemljinoj kori, a velike količine gvožđa nalaze se u unutrašnjim slojevima zemlje. Najvažnije rude kobalta i nikla su smaltin (CoAs₂), kobaltin (CoAsS), katierit (CoS₂), nikolit (NiAs), milerit (NiS), geredorfit (NiAsS), kloantit (CoNiAs)... Nikl i kobalt često dolaze zajedno.

Platinski elementi znatno su manje zastupljeni u zemljinoj kori od Fe, Co i Ni. Često dolaze u zajedničkim rudama. Najvažnije rude su im laurit (RuOsS₂), nevjanskit (OsIr, uz nešto Rh), potavit (PdHg). Najrasprostranjeniji element je platina, koju redovno prate i drugi elementi. Osim kao samorodna, dolazi u obliku legure s gvožđem, poliksenoma (80-90% Pt) i bakrom (kuproplatina, 65-75% Pt) i minerala sperilita (PtAs₂) i kuperita (PtS).

Metalurgija gvožđa od ogromne je važnosti. Gvožđe se iz ruda dobija u visokim pećima redukcijom pomoću ugljenika. Prethodno se sulfidne rude prevode u okside prženjem. Da bi se oslobodilo silikatnih primesa dodaje se CaCO₃. Najvažnije rekacije koje se odvijaju u visokoj peći su:

2C + O₂ -> 2CO

3CO + Fe₂O₃ -> 2Fe + 3CO₂

CaCO₃ -> CaO + CO₂

CaO + SiO₂ -> CaSiO₃

Ovakvo gvožđe se naziva sirovo i sadrži razne primese i veći procenat ugljenika. U Simens-Martinovim pećima se ono pretvara izgaranjem primesa i dela ugljenika u čelik.

Kobalt se dobija elektrolitički (iz ostataka pri dobijanju bakra) ili se složenim postupcima iz ruda izdvaja Co₂O₃ koji se redukuje vodonikom ili koksom.

Co₂O₃ + 3C -> 2Co + 3CO

Nikl se iz ruda posle prevođenja u okside redukuje koksom ili smešom vodonika i ugljen-monoksida. Ovako dobijen nikl sadrži mnogo primesa. Prečišćava se pomoću ugljen-monoksida, pri čemu nastaje isparljivi karbonil koji se lako raspada na čist elementarni nikl i ugljen-monoksid:

Ni + 4CO -> Ni(CO)₄

Ni(CO)₄ -> Ni + 4CO

Dobijanje platinskih elemenata veoma je komplikovano. Ru se izdvaja iz smeše pomoću isparljivog RuO₄ koji se prevodi u amonijum-rutenijum-hlorid iz kog se element dobija redukcijom vodonikom. Rodijum se dobija zagrevanjem amino-hlorida koji nastaje iz rastvora rodijuma u carskoj vodi, a zatim redukcijom vodonikom nastalog oksida. Paladijum se izdvaja iz smeše jer lako reaguje sa carskom vodom. Osmijum se iz smeše platinskih metala izdvaja jer gradi isparljivi OsO₄ koji se prevodi u Na₂OsO₄, zatim u OsO₂(NH₃)₄Cl₂ iz kog se izdvaja redukcijom vodonikom. Iridijum se dobija pri dobijanju osmijuma sa kojim se zajedno nalazi u rudi. Platina u carskoj vodi prelazi u H₂PtCl₆, a posle neutralizacije amonijakom dobijeni talog se zagreva i izdvaja se elementarna platina.

Reakcije

Po hemijskim osobinama značajno se razlikuju elementi gvožđeve grupe od platinskih elemenata. Fe, Co i Ni lakše se oksiduju (mada Ni teže), a Fe i Co reaguju sa vodenom parom. Gvožđe se pri stajanju prevlači slojem poroznog Fe₂O₃ x nH₂O koji ne sprečava dalju oksidacijum.

Fe + H₂O -> FeO + H₂

Co + H₂O -> CoO + H₂

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂O₃

3Co + 2O₂ -> Co₃O₄

2Ni + O₂ -> 2NiO

Platinski metali veoma teško ili uopšte ne reaguju sa kiseonikom čak ni pri vrlo visokim temperaturama. Reaktivnost metala takođe se ogleda i u lakoći njihovog sjedinjavanja sa halogenima. Dok elementi gvožđeve grupe reaguju relativno lako, platinski metali često ostaju inertni i pri veoma visokim temperaturama.

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Platinski metali i elementi gvožđeve grupe najočigledniju razliku u osobinama pokazuju pri dejstvu kiselina. Dok gvožđe, kobalt i nikal lako reaguju sa razblaženim kiselinama uz izdvajanje vodonika, platinski elementi veoma su otporni na dejstvo kiselina. Ne reaguju sa koncentrovanom sumpornom, azotnom i hlorovodoničnom kiselinom, a rastvaraju se samo u carskoj vodi uz građenje kompleksnih jedinjenja.

3Pt + 22H⁺ + 18Cl^- + 4NO₃^- -> 3PtCl₆^2- + 6H⁺ + 4NO + 8H₂O

Od svih prelaznih metali, metali VIIIb grupe grade najlakše komplekse. Njihovi kompleksi su stabilni i veoma dobro ispitani.

Primena

Elementi VIIIb grupe imaju ogromnu primenu kao tehnički metali. Gvožđe je najvažniji metal. Njegove legure sa ugljenikom i drugim elementima (čelici, ferolegure) najvažnije su tehničke sirovine.  Kobalt i nikal imaju veliku primenu u legiranju čelika. Kobalt se upotrebljava i za zaštitiu čelika od korozije kobaltiranjem. Nikl se koristi za legiranje čelika u mnogo većim količinama od nikla - njegova najvažnija legura je feronikl (nerđajući čelici). Koristi se takođe za zaštitu od korozije, a legira se u značajnim količinama i sa bakrom. Platinski metali imaju izuzetne osobine - visoke tačke topljenja, izuzetnu otpornost na uticaje kiseonika, halogena, kiselina, ali je njihova primena kao tehničkih metala ograničena zbog teškoća prilikom izdvajanja i male rasprostranjenosti. Najveću primenu ima platina kao najdostupnija. Koristi se u juvelirstvu i elektrotehnici (platinske elektrode). Najvažnija primena platine, kao i paladijuma, iridijuma, osmijuma, rodijuma, rutenijuma jeste u hemijskoj industriji kao katalizatori. Koriste se za proizvodnju azotne kiseline, vodonik-sulfida, amonijaka i kao i za katalizovanje velikog broja reakcija u organskoj hemiji (razne hidrogenijzacije - paladaijum i drugi elementi apsorbuju velike količine vodonika u sprašenom stanju).

Jedinjenja

Elementi VIIIb grupe grade okside, hidrokside, kiseline i soli (soli drugih kiselina ili soli njihovih kiselina). U zavisnosti od oksidacionog broja i metala jedinjenja imaju različite osobine. Tako su hidroksidi i oksidi u kojima metali imaju manje oksidacione brojeve (obično +2 i +3) baznog ili amfoternog karaktera, a jedinjenja sa višim oksidacionim brojevima( +4, +6) obično imaju kiseo karakter. Posebno su zanimljiva kompleksna jedinjenja elemenata VIIIb grupe.

Literatura:

• Mini Periodic Table
• "Opšta i neorganska hemija", S. Arsenijević
• "Hemijski elementi - globalni parametri", Vladislav Janković
• wikipedia.org