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第VIII族元素性质研究

摘要：第VIII族元素在周期表中是特殊的一族，它包括8、9、

10三个纵行4、5、6三个周期的九种元素，它们是铁、钴、镍、

钌、铑、钯、锇、铱和铂。本文分别从结构，物理性质，化学性

质及用途等几个方面介绍了第VIII族元素。

关键词：VIII族物理性质化学性质用途

第VIII族元素在周期表中位置的特殊性与它们之间性质的类似

和递变关系相联系的。在九种元素中，虽然也存在着一般的垂直相似

性，如铁、钌、锇，但水平相似性则更为突出。如铁、钴、镍。因此，

为了便于研究，通常把这九种元素分成两组，把位于第4周期的铁、

钴、镍三种元素称为铁系元素，其余六种元素则称为铂系元素。由于

镧系收缩的缘故，位于第5周期的钌、铑、钯与位于第6周期的锇、

铱、铂非常相似而与第4周期的铁、钴、镍差别较大。铂系元素被列

为稀有元素，和金、银一起称为贵金属。

1.铁系元素

铁、钴、镍三种元素的最外层都有两个4s电子，只是次外层的

3d电子数不同，分别为6、7、8，它们的原子半径十分相似，所以它

们的性质很相似。

由于第一过渡系列元素原子的电子填充过渡到第Ⅷ族时，3d电

子已经超过5个，所以它们的价电子全部参加成键的可能性减少，因

而铁系元素已经不再呈现出与族序数相当的最高正化合价。一般条件

下，铁的常见化合价是+2和+3，与强氧化剂作用，铁可以生成不稳

定的+6高铁酸盐。钴和镍的常见化合价都是+2，与强氧化剂作用，

钴可以生成不稳定的+3化合物，而镍的+3化合价则少见。

下面从物理性质、化学性质、用途三个方面来介绍铁系元素。

1.1物理性质

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铁系元素的原子半径、离子半径、电离势等性质基本上随原子序

Θ2+

数的增加而有规律地变化。铁、钴、镍的E（M/M）均为负值，活

泼性按铁——钴——镍顺序递减，都溶于稀酸。镍的相对原子质量

[1]

比钴小，这是因为镍的同位素中质量数小的一种占的比例大。铁系元

素单质都是具有金属光泽的白色金属。钴略带灰色。它们的密度都比

较大，熔点也比较高，它们的熔点随原子序数的增加而降低，这是因

为3d轨道中成单电子数按Fe、Co、Ni的顺序依次减少(4、3、2)，

金属键依次减弱的缘故。钴比较硬而脆，铁和镍却有很好的延展性。

它们都表现有铁磁性，它们的合金是很好的磁性材料。

1.2化学性质

由铁系元素的标准电极电势看，它们都是中等活泼的金属。它们

的化学性质表现在以下几个方面：

1.2.1在碱性介质中，铁的最稳定化合价是+3、而钴和镍的最

稳定化合价仍是+2；在碱性介质中把低化合价的铁、钴、镍氧化为高

化合价比在酸性介质中容易。低化合价氢氧化物的还原性Fe(OH)

2

Co(OH)、Ni(OH)的顺序依次降低。例如：向Fe