Характеристика вагонов 81-717(714) 42 страница

При отпуске мартенсит и остаточный аустенит частично распадаются. При этом степень превращения мартенсита и структура образующихся продуктов зависят от температуры нагрева при отпуске.

При низкотемпературном отпуске изделия нагревают до 150— 250 °С. При этом углерод лишь частично выделяется из мартенсита, образуя включения пластинок карбида железа (цементита), Низкотемпературный отпуск снижает внутренние напряжения в стали, повышает ее прочность, а ее твердость и износостойкость сохраняются. Этому виду отпуска подвергают режущие и измерительные инструменты.

Среднетемпературный отпуск проводится при 350—500 °С. При этих температурах диффузия атомов углерода и железа протекает достаточно быстро; углерод полностью выделяется из мартенсита и сталь приобретает структуру феррита и тонкопластинчатых частиц цементита. Она становится упругой, в связи с чем средпетемпературному отпуску подвергают пружины и рессоры.

Отпуск, проводимый при 500—680 °С, называется высокотемпера­турным, пли высоким. При этих температурах происходит рост кри­сталлитов карбида железа — тонкие пластинки его укрупняются и приобретают округлую форму. Высокий отпуск повышает вязкость стали; прочность и твер­дость ее немного снижаются, но остаются все же значительными. При высо­ком отпуске создается наилучшее соотношение механических свойств стали. Поэтому закалка с высоким отпуском называется улучшением стали. Улучше­ние— основной вид термической обработки конструкционных сталей (саг. § 241).

В некоторых случаях поверхность изделия или детали должна обладать механическими свойствами, отличными от свойств в ее массе. Например, ав­томобильная ось должна иметь твердую поверхность, хорошо сопротивляю­щуюся истиранию, и в то же время не быть хрупкой, т. е. обладать известной упругостью во избежание поломок при толчках. В таких случаях применяется химико-термическая обработка стали. При химико-термической обработке поверхность изделия насыщается углеродом, азотом или некото­рыми другими элементами, что достигается диффузией элемента из внешней среды при повышенных температурах. Насыщение углеродом, или цемен­тация, осуществляется нагреванием изделия в атмосфере СО, СН₄ или в массе активного угля. При этом поверхностный слой стали глубиной 0,5—2 мм при­обретает большую твердость и прочность, тогда как остальная масса стали остается вязкой и упругой. При азотировании стали, т. е. насыщении ее поверхности азотом, изделие подвергают длительному нагреванию в атмосфере аммиака при 500—600 °С. Азотированная сталь обладает еще большей твердо­стью, чем цементированная, вследствие образования в поверхностном слое нитри­дов железа. Она выдерживает нагревание до 500 °С, не теряя своей твердости.

241. Сплавы железа. Как уже говорилось, сплавы железа с углеродом делятся на стали и чугуны. Стали, в свою очередь, под­разделяются на группы по своему химическому составу и по назна­чению, а чугуны — по тому, в каком состоянии находятся в них углерод.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и леги­рованные.

Углеродистые стали — это сплавы железа с углеродом, причем содержание последнего не превышает 2,14 %. Однако в уг­леродистой стали промышленного производства всегда имеются примеси многих элементов. Присутствие одних примесей обуслов­лено особенностями производства стали: например, при раскислении (см. стр. 661) в сталь вводят небольшие количества марганца или кремния, которые частично переходят в шлак в виде оксидов, а час­тично остаются в стали. Присутствие других примесей обусловлено тем, что они содержатся в исходной руде и в малых количествах переходят в чугун, а затем и в сталь. Полностью избавиться от них трудно. Вследствие этого, например, углеродистые стали обычно содержат 0,05—0,1 % фосфора и серы.

Механические свойства медленно охлажденной углеродистой стали сильно зависят от содержания в ней углерода. Медленно охлажденная сталь состоит из феррита и цементита, причем коли­чество цементита пропорционально содержанию углерода. Твер­дость цементита намного выше твердости феррита. Поэтому при увеличении содержания углерода в стали ее твердость повышается. Кроме того, частицы цементита затрудняют движение дислокаций в основной фазе — в феррите. По этой причине увеличение коли­чества углерода снижает пластичность стали.

Углеродистая сталь имеет очень широкое применение. В зависи­мости от назначения применяется сталь с малым или с более высо­ким содержанием углерода, без термической обработки (в «сыром» виде —после проката) или с закалкой и отпуском.

Легированные стали. Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях для изменения ее свойств, называются легирующими элементами, а сталь, содер­жащая такие элементы, называется легированной сталью. К важнейшим легирующим элементам относятся хром, никель, марганец, кремний, ванадий, молибден.

Различные легирующие элементы по-разному изменяют струк­туру и свойства стали. Так, некоторые элементы образуют твер­дые растворы в у-железе, устойчивые в широкой области темпера­тур. Например, твердые растворы марганца или никеля в у-железе при значительном содержании этих элементов стабильны от ком­натной температуры до температуры плавления. Сплавы железа с подобными металлами называются поэтому аустенитными сталями или аустенитными сплавами.

Влияние легирующих элементов на свойства стали обусловлено также тем, что некоторые из них образуют с углеродом карбиды, которые могут быть простыми, например Мп₃С, Сг₇С₃, а также сложными (двойными), например (Fe, Сг)₃С. Присутствие кар­бидов, особенно в виде дисперсных включений в структуре стали, в ряде случаев оказывает сильное влияние на ее механические и физико-химические свойства.

По своему назначению стали делятся на конструкционные, инструменталь­ные и стали с особыми свойствами. Конструкционные стали приме­няются для изготовления деталей машии, конструкций и сооружений. В каче­стве конструкционных могут использоваться как углеродистые, так и легиро­ванные стали. Конструкционные стали обладают высокой прочностью и пла­стичностью. В то же время оии должны хорошо поддаваться обработке дав­лением, резанием, хорошо свариваться. Основные легирующие элементы кон­струкционных сталей — это хром (около 1%), никель (1—4%) и марганец (1-1,5%).

Инструментальные стали — это углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью, прочностью и износостойкостью. Их применяют для изготовления режущих и измерительных инструментов, штам­пов. Необходимую твердость обеспечивает содержащийся в этих сталях угле­род (в количестве от 0,8 до 1,3%). Основной легирующий элемент инстру­ментальных сталей — хром; иногда в иих вводят также вольфрам и ванадий. Особую группу инструментальных сталей составляет быстрорежущая сталь, сохраняющая режущие свойства прн больших скоростях резания, когда темпе­ратура рабочей части резца повышается до 600—700 °С. Основные легирую­щие элементы этой стали — хром и вольфрам.

Стали с особыми свойствами. К этой группе относятся нержа­веющие, жаростойкие, жаропрочные, магнитные и некоторые другие стали. Нержавеющие стали устойчивы против коррозии в атмосфере, влаге и в рас­творах кислот, жаростойкие — в коррозионно-активных средах при высоких температурах. Жаропрочные стали сохраняют высокие механические свойства при нагревании до значительных температур, что важно при изготовлении лопаток газовых турбин, детален реактивных двигателей н ракетных устано­вок. Важнейшие легирующие элементы жаропрочных сталей — это хром (15—20%), никель (8—15%), вольфрам. Жаропрочные стали принадлежат к аустеннтным сплавам.

Магнитные стали используют для изготовления постоянных магнитов и сердечников магнитных устройств, работающих в переменных полях. Для по­стоянных магнитов применяют высокоуглеродистые стали, легированные хро­мом или вольфрамом. Они хорошо намагничиваются и длительное время со­храняют остаточную индукцию. Сердечники магнитных устройств изготовляют из низкоуглеродистых (менее 0,005 % С) сплавов железа с кремнием. Эти стали легко перемагничиваются и характеризуются малым значением элек­трических потерь.

Для обозначения марок легированных сталей используется буквенно-циф­ровая система. Каждый легирующий элемент обозначается буквой: Н — ни­кель, X — хром, Г — марганец и др. Первые цифры в обозначении показывают содержание углерода в стали (в сотых долях процента). Цифра, идущая по­сле буквы, указывает содержание данного элемента (при его содержании около 1 % или менее цифра не ставится). Например, сталь состава 0,10— 0,15 °/о углерода и 1,3—1,7 °/о марганца обозначается 12Г2. Марка Х18Н9 обозначает сталь, содержащую 18 % хрома и 9 % никеля. Кроме этой системы иногда применяют и нестандартные обозначения.

Чугун отличается от стали своими свойствами. Он в очень ма­лой степени способен к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке), но обладает хорошими литейными свойствами. Чугун дешевле стали.

Как уже говорилось (ст. 657), при кристаллизации жидкого чугуна, а также при распаде аустенита содержащийся в этих фазах углерод обычно выделяется в виде цементита. Однако в рассматриваемых условиях цементит термодинамически неустойчив. Его образование обусловлено только тем, что зародыши его кристаллизации образуются гораздо легче и требуют меньших диффузионных изменений, чем зародыши графита. Поэтому в условиях очей, медленного охлаждения жидкого чугуна углерод может кристаллизоваться не в виде цементита, а в виде графита. Образование графита сильно облегчается также в присутствии мелких частиц примесей (особенно примесей графита) в расплавленном чугуне.

Таким образом, в зависимости от условий кристаллизации, чугун может содержать углерод в виде цементита, графита или в виде их смеси. Форма образующегося графита также может быть различной.

Белый чугун содержит весь углерод в виде цементита. Ои обладает высокой твердостью, хрупок и поэтому имеет ограниченное применение. В основном он выплавляется для передела иа сталь.

В сером чугуне углерод содержится главным образом в виде пла­стинок графита. Серый чугун характеризуется высокими литейными свойства­ми (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко приме­няется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, порш­ней, цилиндров. Кроме углерода, серый чугун всегда содержит другие элг* менты. Важнейшие из них —это кремний и марганец. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода лежит в пределах 2,4—3,8 %, кремния 1—4 % п марганца до 1,4 %.

Высокопрочный чугун получают присадкой к жидкому чугуну некоторых элементов, в частности магния, под влиянием которого графит при кристаллизации принимает сферическую форму. Сферический графит улучшает механические свойства чугуна. Из высокопрочного чугуна пзотовляют колен­чатые валы, крышьи цилиндров, детали прокатных станов, прокатные валки, насосы, вентили.

Ковкий чугун полутают длительным нагреванием отливок из белого чугуна. Его применяют для изготовления детален, работающих при ударных и вибрационных нагрузках (например, картеры, задний мост автомобиля). Пластичность н прочность ковкого чугуна обусловлены тем, что углерод на­ходится в нем в форме хлопьевидного графита.

242. Химические свойства железа. Соединения железа. Чистое железо получают различными методами. Наибольшее значение имеют метод термического разложения пентакарбонила железа (см. § 193) и электролиз водных растворов его солей.

Во влажном воздухе железо быстро ржавеет, т. е. покрывается бурым налетом гидратированного оксида железа, который вслед­ствие своей рыхлости не защищает железо от дальнейшего окис­ления. В воде железо интенсивно корродирует; при обильном доступе кислорода образуются гидратные формы оксида желе-за(Ш):

2Fe + ³/₂0₂ + яН_лО = Fe₂Oj • яН₂0

При недостатке кислорода или при его затрудненном доступе образуется смешанный оксид Fe₃04 (FeO-Fe₂0₃): 3Fe + 20₂ + яНлО = Fe₃0₄ ■ яН₂0

Железо растворяется в соляной кислоте любой концентрации: 'Fe + 2НС1 = FeCl₂ + Н_2Г

Аналогично происходит растворение в разбавленной серной кислоте:

Fe + H₂S0₄ = FeS0₄ + H₂f

В концентрированных растворах серной кислоты железо окис­ляется до железа(III):

2Fe + 6H₂S0₄ = Fe₂(S0₄)₃ + 3S0_2r + 6H₂0

Однако в серной кислоте, концентрация которой близка к 100%, железо становится пассивным и взаимодействия практиче­ски не происходит.

В разбавленных п умеренно концентрированных растворах азотной кислоты железо растворяется:

Fe + 4НХ0₃ = Fe(N0₃)₃ + NO у + 2Н₂0

При высоких концентрациях HN0₃ растворение замедляется и железо становится пассивным.

Для железа характерны два ряда соединений: соединения же-леза(П) и соединения железа(Ш). Первые отвечают оксиду же­леза (П), или закиси железа, FeO, вторые — оксиди железа(Ш).

или окиси железа, Fe₂03. Кроме того, известны соли железной кис­лоты H₂Fe04, в которой степень окисленности железа равна -f-6.

Соединения железа(П). Соли железа(II) образуются при растворении железа в разбавленных кислотах, кроме азотной. Важнейшая из них — сульфат железа(II), или железный купорос, FeSCv7H₂0, образующий светло-зеленые кристаллы, хорошо рас­творимые в воде. На воздухе железный купорос постепенно вы­ветривается и одновременно окисляется с поверхности, переходя в желто-бурую основную соль железа(III).

Сульфат железа(II) получают путем растворения обрезков ста­ли в 20—30 %-ной серной кислоте:

Fe + H₂S0₄ = FeS0₄ + H₂f

Сульфат железа(II) применяется для борьбы с вредителями растений, в производстве чернил и минеральных красок, при кра­шении тканей.

При нагревании железного купороса выделяется вода и полу­чается белая масса безводной соли FeS0₄. При температурах выше 480°С безводная соль разлагается с выделением диоксида и три-оксида серы; последний во влажном воздухе образует тяжелые бе­лые пары серной кислоты:

2FeS0₄ = Fe₂0₃ + S0₂f + S0₃t

При взаимодействии раствора соли железа(П) со щелочью вы­падает белый осадок гидроксида железа(П) Fe(OH)₂, который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а за­тем бурую окраску, переходя в гидроксид железа(Ш) Fe(OH)₃:

4Fe(OH)₂ + 0₂ -f 2Н₂0 = 4Fe(OH)₃

Безводный оксид железа(II) FeO можно получить в виде чер­ного легко окисляющегося порошка восстановлением оксида же-леза(Ш) оксидом углерода(П) при 500°С:

Fe₂0₃ -f СО = 2FeO -f С0₂

Карбонаты щелочных металлов осаждают из растворов солей железа(П) белый карбонат железа(\\) FeCC>3. При действии воды, содержащей С0₂, карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fe(HC0₃)₂. В виде этой соли железо содержится в природных железистых водах.

Соли железа (II) легко могут быть переведены в соли желе­зами) действием различных окислителей — азотной кислоты, пер-манганата калия,хлора,например:

6FeS0₄ + 2HN0₃ + 3H₂S0₄ = 3Fe₂(S0₄)₃ + 2NOf + 4H₂0 10FeSO₄ + 2KMn0₄ + 8H₂S0₄ = 5Fe₂(S0₄)₃ + K₂S0₄ + 2MnS0₄ + 8H₂0

Ввиду способности легко окисляться, соли железа(II) часто применяются как восстановители,

Соединения железа(Ш). Хлорид железа (III) FeCb представляет собой темно-коричневые с зеленоватым отливом кри­сталлы. Это вещество сильно гигроскопично; поглощая влагу из воздуха, оно превращается в кристаллогидраты, содержащие раз­личное количество воды и расплывающиеся на воздухе. В таком состоянии хлорид железа(Ш) имеет буро-оранжевый цвет. В раз­бавленном растворе FeCl₃ гидролизуется до основных солей. В па­рах хлорид железа(Ш) имеет структуру, аналогичную структуре хлорида алюминия (стр. 615) и отвечающую формуле Fe₂Cl₆; за­метная диссоциация Fe₂Cl6 на молекулы FeCl₃ начинается при температурах около 500 °С.

Хлорид железа(III) применяют в качестве коагулянта при очистке воды, как катализатор при синтезах органических ве­ществ, в текстильной промышленности.

Сульфат железа(Ш) Fe₂(S0₄)₃— очень гигроскопичные, рас­плывающиеся на воздухе белые кристаллы. Образует кристалло­гидрат Fe₂(S0₄)₃-9H₂0 (желтые кристаллы). В водных растворах сульфат железа(III) сильно гидролизован. С сульфатами щелоч­ных металлов и аммония он образует двойные соли —квасцы, на­пример железоаммонийные квасцы (NH₄)Fe(S0₄)₂- 12Н₂0 — хо­рошо растворимые в воде светло-фиолетовые кристаллы. При прокаливании выше 500°С сульфат железа (III) разлагается в со­ответствии с уравнением:

Fe₂(S0₄)₃ = Fe₂0₃ + 3S0₃t

Сульфат железа(III) применяют, как и FeCl₃, в качестве коа­гулянта при очистке воды, а также для травления металлов. Рас­твор Fe₂(S0₄)₃ способен растворять Cu₂S и CuS с образованием сульфата меди(II); это используется при гидрометаллургическом получении меди.

При действии щелочей на растворы солей железа(III) выпа­дает красно-бурый гидроксид железа(Ш) Fe(OH)₃, нераствори­мый в избытке щелочи.

Гидроксид железа(III)—более слабое основание, чем гидр­оксид железа(II); это выражается в том, что соли железа(III) сильно гидролизуются, а со слабыми кислотами (например, с угольной, сероводородной) Fe(OH)₃ солей не образует. Гидроли­зом объясняется и цвет растворов солей железа(III): несмотря на то, что ион Fe³⁺ почти бесцветен, содержащие его растворы окра­шены в желто-бурый цвет, что объясняется присутствием гидроксо-ионов железа или молекул Fe(OH)₃, которые образуются благо­даря гидролизу:

Fe³⁺ + H₂0 ч=* FeOH²⁺ + H⁺ FeOlP + Н₂0 ч=± Fe(OH)J + Н⁺ Fe(OH)| + H₂0 ч=>= Fe(OH)₃ + H⁺

При нагревании окраска темнеет, а при прибавлении кислот становится более светлой вследствие подавления гидролиза.

При прокаливании гидроксид железа(Ш), теряя воду, пере­ходит в оксид железа (I II), или окись железа, Fe₂0₃. Оксид же­леза (III) встречается в природе в виде красного железняка и при­меняется как коричневая краска — железный сурик, или мумия.

Характерной реакцией, отличающей соли железа(III) от солен железа(II), служит действие роданида калия KSGN или роданида аммония NH₄SCN на соли железа. Раствор роданида калия содер­жит бесцветные ионы SCN~, которые соединяются с ионами Ке (III), образуя кроваво-красный, слабо диссоциированный рода­нид железа (III) Fe(SGN)₃. При взаимодействии же с роданидамн ионов железа(П) раствор остается бесцветным.

Цианистые соединения железа. При действии на растворы солей железа(II) растворимых цианидов, например циа­нида калия, получается белый осадок цианида железа(П):

Fe²⁺ + 2CN~ = Fe(CN)»|

В избытке цианида калия осадок растворяется вследствие обра­зования комплексной соли K₄[Fe(CN)₆]—гексацианоферрата(П) калия

Fe(CN)₂ + 4KCN = K₄[Fe(CN)₆]

или

Fe(CN)» + 4CN" = [Јe(CN)₆]⁴-

Гексацианоферрат(\\) калия K₄[Fe(CN)₆] -ЗН₂0 кристаллизует­ся в виде больших светло-желтых призм. Эта соль называется так­же желтой кровяной солью. При растворении в воде соль диссо­циирует на ионы калия и чрезвычайно устойчивые комплексные ионы [Fe(CN)₆]⁴-. Практически такой раствор совершенно не со­держит ионов Fe²⁺ и не дает реакций, характерныхдля железа(П).

Гексацианоферрат(II) калия служит чувствительным реакти­вом на ионы железа(III), так как ионы [Fe(CN)₆]^4_, взаимодей­ствуя с ионами Fe³+, образуют нерастворимую в воде соль гекса­цианоферрат^!) железа (III) Fe₄[(Fe(CN)₆]₃ характерного синего цвета; эта соль получила название берлинской лазури:

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4_ = Fe₄[Fe(CN)_G]₃

Берлинская лазурь применяется в качестве краски. При действии хлора или брома на раствор желтой кровяной соли анион ее окисляется, превращаясь в ион [Fe(CN₆)]³-;

2[Fe(CN)_e]^4_ + Cl₂ = 2[Fe(CN)₆]^3f"+ 2СГ

Соответствующая этому аниону соль K₃[Fe(CN)₆] называется гексацианоферратом(\\\) калия, или красной кровяной солью.. Она образует красные безводные кристаллы.

Если подействовать гексацнаноферратом (III) калия на раствор соли железа(П), то получается осадок гексацпаноферрата(III), железа (И) (турнбулева синь), внешне очень похожий на берлин­скую лазурь, но имеющий иной состав[18]:

3Fe²⁺ + 2[Fc(C?x)6]³~ = Fe₃[Fe(CM)₆]₂

С солями железа (III) Кз[Ее(СМ)₆] образует зеленовато-бурый раствор.

В большинстве других комплексных соединений, как и в рас­смотренных цианоферратах, координационное число железа(II) и железа(Ш) равно шести.

Ферриты. При снлагленин оксида железа(Ш) с карбонатами натрия пли калия образуются ферриты — соли не полученной в свободном состоянии железистой кислоты HFe0₂, например феррит натрия NaFe0₂:

Fe₂0₃ + Na₂CC\, = 2NaFe0₂ + C0₂f

В технике ферритами или ферритными материалами называют продукты спекания порошков оксида железа(III) и оксидов некоторых двухвалентных металлов, например никеля, цинка, марганца. Спекание производится при 1000—1400 °С. Ферриты обладают ценными магнитными свойствами и высоким электрическим сопротивлением, что обусловливает небольшую величину элек­трических потерь в них. Ферриты широко применяются в технике связи, счет­но-решающих устройствах, в автоматике и телемеханике.

Соединения желез а (VI). Если нагревать стальные опилки или ок­сид железа(III) с нитратом и гидроксидом калия, то образуется сплав, содер­жащий феррат калия K₂Fe0₄ — соль железной кислоты H₂Fe0₄:

Fe₂0₃ + 4КОН + 3KN0₃ = 2K₂Fe0₄ + ЗК,Ш₂ + 2H₂0 +ш +vi

2Fe = 2Fe + 6e-
+v +Ш

N -4- 2e~ =■■ N

При растворении сплава в воде получается красно-фнолетовый раствор, нз которого действием хлорида бария можно осадить нерастворимый в воде среррат бария BaFe0₄.

Все ферраты — очень сильные окислители (более сильные, чем перманга-наты). Соответствующая ферратам железная кислота H₂Fe0₄ и ее ангидрид Fe0₃ в свободном состоянии не получены.

Карбонилы железа. Железо образует летучие соединения с окси­дом углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fc(CO)₅ представляет собой бледно-желтую жидкость, кипящую при 105 °С, нерастворимую в воде, но растворимую во многих органических растворителях. Fe(CO}₅ получают пропусканием СО над порошком железа при 150—200 °С н давлении 10 МПа. Примеси, содержащиеся в железе, ие вступают в реакции с СО, вследствие чего получается весьма чистый продукт. При нагревании в вакууме пентакарбонил железа разлагается на железо и СО; это использу­ется для получения высокочнетого порошкового железа — карбонильного же­леза (см. § 193).

Природа химических связей в молекуле Fe(CO)₅ рассмотрена на стр. 430.

243. Кобальт (Cobaltum). В природе кобальт мало распростра­нен: содержание его в земной коре составляет около 0,004% (масс). Чаще всего кобальт встречается в соединении с мышьяком в виде минералов кобальтовый шпейс CoAs₂ и кобальтовый блеск CoAs.

Кобальт — твердый, тягучий, похожий на железо блестящий металл. Как и железо, он обладает магнитными свойствами. Вода и воздух на него не действуют. В разбавленных кислотах кобальт растворяется значительно труднее, чем железо.

Кобальт применяется главным образом в сплавах, которые ис­пользуются в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, для изготовления постоянных магнитов и режущих инструментов. Жаропрочный и жаростойкий сплав виталлиум содержит 65 % Со, 28 % Сг, 3 % W и 4 % Мо. Этот сплав сохраняет высокую проч­ность и не поддается коррозии при температурах до 800—850°С. Твердые сплавы стеллиты, содержащие 40—60 % Со, 20—35 % Сг, 5—20 % W и 1—2 % С, применяются для изготовления режущего инструмента. Кобальт входит также в состав керамикометалличе­ских твердых сплавов — керметов (см. стр. 639). Соединения ко­бальта придают стеклу темно-синюю окраску (вследствие образо­вания силиката кобальта). Такре стекло, истолченное в порошок, употребляется под названием «шмальты» или «кобальта» в каче­стве синей краски. Радиоактивный изотоп ⁶⁰Со применяется в медицине как источник у-излучения («кобальтовая пушка»).

Кобальт образует оксид кобальта(11), или закись кобальта, СоО и оксид кобальта (III), или окись кобальта, С02О3, которым соответствуют гидроксиды Со(ОН)₂ и Со(ОН)з. Этим соединениям отвечают два ряда солей, но соли кобальта(Ш) нестойки и легко переходят в соли кобальта(П). Известен также смешанный оксид Со₃0₄ (или СоО-Со₂0₃).

Соли кобальта(II) в безводном состоянии обычно синего цвета, а' их водные растворы и кристаллогидраты имеют розовый цвет; например, хлорид кобальта(\\) образует розовые кристаллы со­става СоС1₂-6Н₂0. Фильтровальная бумага, пропитанная раство­ром этой соли и потом высушенная, может служить грубым гигро­скопом (указателем влажности), так как в зависимости от содер­жания влаги в воздухе принимает разные оттенки цветов — от синего до розового.

Гидроксид кобальта(П) Со(ОН)₂ получается при действии ще­лочи на растворы солей кобальта(П). Вначале выпадает осадок синей основной соли, который при кипячении жидкости переходит в розовый гидроксид Со(ОН)₂; последний при прокаливании дает оксид кобальта (II) СоО серо-зеленого цвета.

Соединения кобальта (II) окисляются с большим трудом, чем соединения железа(II); так, гидроксид кобальта(II) окисляется па воздухе в темно-бурый гидроксид кобальта (III) Со(ОН)₃ го­раздо медленнее, чем происходит аналогичное превращение гидр-оксидов железа. Однако в присутствии сильных окислителей, на-

пример гипохлорита натрия, окисление Со (ОН) г в Со (ОН)₃ проте­кает быстро:

2Со(ОН)₂ + NaCIO + Н_гО = 2Со(ОН)₃ -f- NaCl

При действии на гидроксид кобальта (III) кислородсодержащих кислот соли кобальта (III) не образуются, а выделяется кислород и получаются соли кобальта (II), например:

4Со(ОН)₃ + 4H₂S0₄ = 4CoS0₄ + 10Н₂О +0₂f

Из соляной кислоты гидроксид кобальта (III) выделяет хлор: 2Со(ОН)₃ + 6НС1 = 2СоС1₂ + Cl₂f + 6Н₂0

Таким образом, соединения Со(Ш) менее устойчивы, чем со­единения железа(III), и проявляют более сильно выраженную окислительную способность.

Для кобальта (III) очень характерна его способность к ком-плексообразованию. Комплексные соединения кобальта (II) хотя и известны, но очень неустойчивы. В комплексных солях кобальт может входить как в состав катиона, так и в состав аниона, напри­мер [Co(NH₃)₆]Cl₃ и K₃[Co(N0₂)₆]. Координационное число ко­бальта равно шести.

244. Никель (Niccolum). Подобно кобальту, никель встречается в природе преимущественно в виде соединений с мышьяком или серой; таковы, например, минералы купферникель NiAs, мышьяко-воникелевый блеск NiAsS и др. Никель более распространен, чем кобальт [около 0,01 % (масс.) земной коры].

Царская Россия не имела никелевой промышленности и вво­зила никель из-за границы. Эта отрасль промышленности была создана у нас только при советской власти. Первый никелевый завод начал работать на Урале в 1934 г.

Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым
оттенком, очень тверд, хорошо полируется, притягивается магни-
том. Он характеризуется высокой коррозионной стойкостью —
устойчив в атмосфере, в воде, в щелочах и ряде кислот. Активно
растворяется никель в азотной кислоте. Химическая стойкость, ни-
келя обусловлена его склонностью к пассивированию — к образо-
ванию на поверхности оксидных пленок, обладающих сильным: за-
щитным действием. ■; •

Главная масса никеля идет на производство различных сплавов с железом, медью, цинком и другими металлами. Присадка никеля к стали повышает ее вязкость и стойкость против коррозии. Сплавы на основе никеля можно разделить на жаропрочные, магнитные и сплавы с особыми свойствами. Жаропрочные сплавы никеля ис­пользуются в современных турбинах и реактивных двигателях, где температура достигает 850—900 °С; таких температур сплавы на основе железа не выдерживают. К важнейшим жаропрочным спла­вам никеля относятся нимоник, инконель, хастеллой. В состав этих сплавов входит свыше 60 % никеля, 15—20 % хрома и другие ме­таллы. Производятся также металлокерамнческие жаропрочные сплавы, содержащие никель в качестве связующего металла. Эти сплавы выдерживают нагревание до 1100°С. Широко применяются для изготовления элементов электронагревательных устройств сплавы типа нихрома, простейший из которых содержит 80 % ни­келя и 20 % хрома.

Дата добавления: 2014-11-16