铁系元素单质的性质

铁、钴、镍单质都是具有白色光泽的金属。铁、钴略带灰色，而镍为银白色。它们的密度都较大，熔点也较高。钴比较硬而脆，铁和镍却有很好的延展性。

铁、钴、镍的价电子构型分别为3d⁶4s²、3d⁷4s²、3d⁸4s²，三种元素的最外层都有两个电子，次外层d电子分别为6、7、8，原子半径也很相近，所以它们的性质很相似。一般条件下，铁表现+2和+3氧化态，在强氧化剂存在条件下，铁可以出现不稳定的+6氧化态。钴、镍在通常条件下表现为+2，+3氧化态不稳定。从铁到镍低氧化态趋于稳定，原因是由于随着原子序数的增加，原子的有效核电荷增加，核对3d电子的束缚力增强；另外3d轨道已超过半充满状态，全部价电子参加成键的趋势大大降低，除d电子最少的铁可以出现不稳定的较高氧化态外，d电子较多的钴和镍都不显高氧化态。

铁系元素标准电极电位分别为：

从电极电势图可以看出，铁、钴、镍都是中等活泼的金属。酸性介质中，低氧化值的离子从铁到镍稳定性增强，高氧化值的氧化能力依次增强；碱性介质中，高氧化值的离子氧化能力降低。它们的化学性质主要表现在：

(1)铁、钴、镍可溶于稀酸，常温下在没有水蒸气存在时，它们与氧、硫、氯等非金属单质不起显著作用，但在高温时它们将和上述非金属单质以及水蒸气发生剧烈反应。如：

2Fe+3X₂=2FeX₃　(X=F、Cl、Br)

M+X₂=MX₂(M=Co、Ni)

Fe在微湿空气中生锈，生成的Fe₂O₃·xH₂O结构松散，无保护作用；Co和Ni被空气氧化可生成薄而致密的膜，可保护金属不被继续腐蚀。

(2)常温下，Fe、Co、Ni与浓HNO₃、浓H₂SO₄不反应，这是因为在金属的表面生成一层保护膜，使金属“钝化”，因此，贮运浓HNO₃的容器和管道也可用铁制品。但稀的HNO₃却能溶解铁。

(3)Fe能被浓碱腐蚀，Co、Ni的耐碱熔腐蚀性较好，镍坩埚可作为熔炼碱性物质的反应容器。