В химическом отношении железо, кобальт и никель относятся к металлам средней активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов они располагаются левее водорода, между цинком и оловом. Чистые металлы при комнатной температуре довольно устойчивы, их активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если они находятся в мелкодисперсном состоянии. Наличие примесей значительно снижает устойчивость металлов.
При нагревании на воздухе выше 200 °С железо взаимодействует с кислородом, образуя оксиды нестехиометрического состава FexO, мелкодисперсное железо сгорает с образованием смешанного оксида железа (II, III):
3Fe + 2O2 = Fe3O4.
Кобальт и никель реагируют с кислородом при более высоких температурах, образуя в основном оксиды двухвалентных элементов, имеющие переменный состав в зависимости от условий получения:
2Co + O2 = 2CoO,
2Ni + O2 = 2NiO.
С галогенами металлы реагируют, образуя галогениды :
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3,
Co + Br2 = CoBr2,
Ni + Cl2 = NiCl2.
Металлы довольно устойчивы к действию фтора, никель не разрушается фтором даже при температуре красного каления.
При взаимодействии с азотом при невысокой температуре железо, кобальт и никель образуют нитриды различного состава, например:
4Fe + N2 = 2Fe2N,
2Co + N2 = 2CoN,
3Ni + N2 = Ni3N2.
Взаимодействие с серой экзотермично и начинается при слабом нагревании, в результате образуются нестехиометрические соединения, которые имеют состав, близкий к ЭS:
Э + S = ЭS.
С водородом металлы триады железа не образуют стехиометрических соединений, но они поглощают водород в значительных количествах.
С углеродом, бором, кремнием, фосфором также при нагревании образуют соединения нестехиометрического состава, например:
3Co + C = Co3C,
2Ni + B = Ni2B,
Co + Si = CoSi,
3Fe + P = Fe3P.
В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует):
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3.
При температуре 700–900 °С раскаленное железо реагирует с водяным паром:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2.
Кобальт и никель с водой не взаимодействуют.
Железо реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот, образуя соли железа (II):
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2,
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2;
с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:
Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.
При обычных условиях концентрированные (до 70 мас. %) серная и азотная кислоты пассивируют железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа (III):
2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O,
Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.
По отношению к кислотам кобальт и никель устойчивее железа, медленно реагируют с неокисляющими кислотами с образованием солей кобальта (II) и никеля (II) и водорода. С разбавленной азотной кислотой образуют нитраты кобальта (II) и никеля (II) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты:
3Э + 8HNO3 = 3Э(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
При обычных условиях концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют кобальт и никель, хотя в меньшей степени, чем железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа двухвалентных металлов:
Co + 2H2SO4 = CoSO4 + SO2 + 2H2O,
Ni + 4HNO3 = Ni(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
Разбавленные растворы щелочей на металлы триады железа не действуют. Возможно только взаимодействие железа с щелочными расплавами сильных окислителей:
Fe + KClO3 + 2KOH = K2FeO4 + KCl + H2O.
Для кобальта и никеля взаимодействие с расплавами щелочей не характерно.
Железо, кобальт и никель вытесняют металлы, которые расположены правее в электрохимическом ряду напряжений их растворов солей:
Fe + SnCl2 = FeCl2 + Sn,
Ni + CuSO4 = NiSO4 + Cu.
Для металлов триады железа характерно образование карбонилов, в которых железо, кобальт и никель имеют степень окисления, равную 0. Карбонилы железа и никеля получаются при обычном давлении и температуре 20–60 °С:
Fe + 5CO = Fe(CO)5,
Ni + 4CO = Ni(CO)4.
Карбонилы никеля образуются при давлении 2·107 – 3·107 Па и температуре 150–200 °С:
2Co + 8CO = Co2(CO)8.