鐵系元素

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鐵系元素是中國的一個科技名詞。

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名詞解釋

鐵系元素包括：鐵、鈷、鎳三種元素。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，被稱為鐵系元素。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。

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占的比例大。

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。

化學性質

由鐵系元素的標準電極電勢看，它們都是中等活潑的金屬。它們的化學性質有以下幾個方面：

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+，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，一般溫度下，鐵系元素與氧、硫、氯、磷等非金屬幾乎不起作用，但在高溫下卻發生猛烈反應。

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。