Общая характеристика и химические свойства подгруппы скандия.
Общая характеристика и химические свойства подгруппы скандия (Sc,Y,La,Ac)
Получение: перевод в Э2О3 или ЭГ3, далее электролизом или восстановлением оксидов с помощью Са или Mg. Проявляют валентность 3. По свойствам схожи со щелочноземельными и щелочными металлами. Взаисодействуют с водой:
La+H2O = La(OH)3 + 3/2 H2
Отлично растворяются в минеральных кислотах:
8Э + 30НNO3разб = 9H2O + 8Э(NO3)3 + 3NH4NO3
Оксиды: сжигание металлов, прокаливание карбонатов и оснований. Основные свойства, кроме Sc2O3 – он амфотерен.
Sc2O3 + 2NaOH = 2NaScO2 + H2O
Гидроксиды: р-р соли + щелочь или водный р-р аммиака
Sc(OH)3 точнее ScO(OH) амфотерен
ScO(OH) +3NaOH+H2O = Na3[Sc(OH)6]
Соли – в основном галогениды и сульфаты, растворимость, как у щелочных и щел-земельных.
Скандий дает комплексы:
ScCl3 + 3NaCl = Na3[ScCl6]
ScF3 + CaF2 = Ca[ScF5].Иттрий дает комплексы только при нагревании, остальные комплексов не образуют.
Общая характеристика и химические свойства металлов подгруппы титана.
Подгруппа ванадия
Члены этой подгруппы – ванадий, ниобий и тантал – похожи друг на друга так же, как Сr, Мо и W.
Ванадий довольно широко распространен в природе и составляет около 0,005% от общего числа атомов земной коры. Однако богатые месторождения его минералов встречаются весьма редко. Помимо подобных месторождений, важным источником сырья для промышленного получения ванадия являются некоторые железные руды, содержащие примеси соединений этого элемента.
|
|
|
Содержание ниобия (2·10–4 %) и тантала (2·10–5 %) в земной коре значительно меньше, чем ванадия. Встречаются они главным образом в виде минералов колумбита [Fe(NbO3 )2 ] и танталита [Fe(TaO3 )2 ], которые обычно смешаны друг с другом.
Технологическая переработка руд V, Nb и Та довольно сложна. Для получения свободных элементов может быть использовано взаимодействие их окислов Э2 О5 с алюминием по схеме:
ЗЭ2 О5 + 10Al = 5Аl2 О3 + 6Э
ЗЭ + 5HNO3 + 21HF = 3H2 [ЭF7 ] + 5NO + 10H2 O
Ванадий растворяется только в кислотах, являющихся одновременно сильными окислителями, например, азотной:
3V + 5HNO3 = 3HVO3 + 5NO + Н2 О
Растворы щелочей на рассматриваемые металлы не действуют.
V.
V2O5 + 5Ca = 5CaO+2V;
2VCl3 + 3Mg== 3MgCl2+2V,
V2О3 + 3C = 3CO+2V,
2VI3 = 2V+3I2
4V + 12NaOH + 5O2 = 4Na3VО4 + 6H2О
V + 4H2SО4 = V(SО4)2 + 2H2О + 2SО2
3V + Fе3С = V3С + 3Fе
6V + 2NН3 = 2V3N + 3Н2
V2О2 + 2NH3 = 2VN + 2H2О + H2
VO + H2SО4 = VSО4 + H2О
Nb.
2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,
4Nb+4NaOH+5О2 = 4NaNbO3+2H2О
2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5
Nb2O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02
Nb2O5 + Н2 = 2NbО2 + Н2О 2NbO + 3Cl2=2NbOCl3
2NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2
К2[NbOF5] + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF
NbCl5 + 4H2О = 5HCl + H3NbО4
Ta.
4Та+5О2 = 2Та2О5,
2Ta + 5Cl2 = 2TaCl5,
Ta + 2S = TaS2
2Ta +N2 = 2TaN
3Та2О5 + 10А1 = 5А12О3 + 6Та;
2TaCl5 = Ta + 5Cl2;
K2TaF7+5Na = Ta + 5NaF + 2KF
Та2О5 + 2NаОН = 2NаТаО3 + Н2О
Та2О5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3ТаО4 + 3СО2
Та2O5+ 10НС1==2ТаС15+5Н2О
.2K2TaF7 + 2H2SO4 + 5H2O = Ta2O5 + 2K2SO4 + 14HF
4ТаС+9О2 = 2Та2О5+4СО2
Тантал, как и ниобий, применяется преимущественно в электровакуумной технике и химической промышленности. Однако все чаще и чаще мелькают в печати сообщения об использовании тантала наряду с ниобием в самолето- и ракетостроении, а вместе с тем, вероятно, и в космической технике.
|
|
|
Ванадий получил вполне заслуженно название «витамин для стали». Половина легированных сталей всего мирового производства содержит добавки ванадия. Области применения ванадия Этот элемент получил вполне заслуженно название «витамин для стали». Половина легированных сталей всего мирового производства содержит добавки ванадия. Другая основная область его применения — химическая промышленность. Ванадиевые катализаторы сочетают способность ускорять получение весьма ценных продуктов со стойкостью к большинству контактных ядов. Из других областей использования ванадия можно указать медицину, где некоторые соединения ванадия применяют как дезинфицирующие и лечебные препараты
Общая характеристика и химические свойства элементов подгруппы ванадия.
Общая характеристика и химические свойства металлов подгруппы титана.
Подгруппа титана
На долю титана приходится около 0,2% от общего числа атомов земной коры, т. е. он является одним из весьма распространенных в природе элементов. Доля циркония составляет 3 ·10–3% и гафния – 5 ·10–5%.
|
|
|
Хотя содержание в земной коре даже гафния больше, чем, например, J или Hg, однако и титан и его аналоги еще сравнительно плохо освоены практикой и иногда трактуются как «редкие» элементы. Обусловлено это прежде всего их распыленностью, вследствие чего пригодные для промышленной разработки месторождения встречаются лишь в немногих пунктах земного шара. Другой важной причиной является тр у д н ос т ь выделения рассматриваемых элементов из их природных соединений.
Природный титан слагается из изотопов 46 (8,0), 47 (7,3), 48 (73,9), 49 (5,5), 50 (5,3%); цирконий — 90 (51,5%), 91 (11,2), 92 (17,1), 94 (17,4), 96 (2,8%); гафний — 174 (0,2), 176 (5,2), 177 (18,6), 178 (27,1), 179 (13,7), 180 (35,2%).
В основном состоянии атомы имеют строение внешних электронных оболочек 3d24s2 (Ti), 4d25s2 (Zr), 5d26s2 (Hf) и двухвалентны. Возбуждение четырёхвалентных состояний Тi (3d33s1), Zr (4d35s1), Hf (5d36s1) требует затраты соответственно 80, 59 и 167 кДж/моль, т.е. осуществляется гораздо легче, чем у элементов подгруппы германия.
Скопления титана встречаются в виде минералов ильменита (FeTiO3 ) и рутила (TiO2 ). Значительные количества титана содержат также некоторые железные руды, в частности уральские титаномагнетиты Цирконий встречается главным образом в виде минералов циркона (ZrSiO4 ) и баддалеита (ZrO2 ). Для гафния отдельные минералы пока не найдены. В виде примеси (порядка 2%) его всегда содержат руды Zr.Ничтожные количества титана постоянно содержатся в организмах растений и животных, но его биологическая роль не ясна. Титан и его аналоги не токсичны.
|
|
|
В свободном состоянии элементы подгруппы титана обычно получают путём восстановления их хлоридов магнием по схеме:
ЭCl4 + 2 Mg = 2 MgCl2 + Э.
Реакция проводится при нагревании исходных веществ до 900 °С в атмосфере аргона (под давлением).
Чистые металлы хорошо поддаются механической обработке. Однако даже следы поглощенных газов сообщают им хрупкость. В обычных условиях элементы подгруппы титана вполне устойчивы по отношению к воздуху и воде. С соляной, серной и азотной кислотами взаимодействует только титан, тогда как HF и царская водка растворяют все три металла по реакциям, например:
Zr + 6HF = H2 [ZrF6 ] + 2Н2
3Zr + 12НСl + 4HNO3 = 3ZrCl4 + 4NO + 8H2 O
При высоких температурах Ti, Zr и Hf химически очень активны. В этих условиях они энергично соединяются не только с галоидами, кислородом и серой, но и с углеродом и азотом. Порошки их способны поглощать очень большие количества водорода.
Практическое значение Ti и Zr особенно велико для металлургии. Присадка титана придает стали твердость и эластичность, а присадка циркония сильно повышает ее твердость и вязкость. За последнее время стало быстро развиваться использование титана в самолетостроении, а циркония – при сооружении ядерных реакторов. Соединения обоих элементов находят применение в различных отраслях промышленности. Гафний и его соединения пока.почти не используются.Во всех своих важнейших и наиболее характерных производных элементы подгруппы титана четырехвалентны. Сам титан сравнительно легко образует малоустойчивые соединения, в которых он трехвалентен. Производные двухвалентного титана немногочисленны и весьма неустойчивы. То же относится к производным трех– и двухвалентного циркония, а также гафния, соединения которого по химическим свойствам .очень близки к соответствующим соединениям циркония. Таким образом, в ряду Ti–Zr–Hf идет понижение устойчивости низших валентностей, т. е. явление, обратное тому, которое имело место в подгруппе германия.
4 Тi + 6 HCl = 2 TiCl3 + 2 TiH2 + H2.
При высоких температурах элементы соединяются с азотом. Получающиеся при этом металлического вида жёлтые нитриды Ti, Zr и Hf имеют состав, отвечающий формуле ЭN.
2 TiN + 4 KOH + 2 H2O = 2 K2TiO3 + 2 NH3 + H2
Для элементов подгруппы титана характерны пероксидные соединения.
TiO22+ + 3 H2O2 = TiO84- + 6 H+.
Нитрат четырёхвалентного титана был получен при -80 °С по реакции:
TiCl4 + 4 ClNO3 = 4 Cl2 + Ti(NO3)4
Для титана и его аналогов известны алкоголяты, образующиеся по схеме:
ЭСl4 + 4 ROH = 4 HCl + Э(OR)4.
Из других производных Ti, Zr и Hf наибольшее значение имеют галогениды типа ЭГ4. Получают их обычно прокаливанием смеси диоксида элемента с углём в атмосфере галогена. Реакция идёт по схеме:
ЭО2 + 2 С + 2 Г2 = 2 СО + ЭГ4.
ZrГ4 + Н2О= ZrOГ2 + 2 HГ и
TiГ4 + 2 H2O = TiO2 + 4 HГ.
ZrCl4 + Cl2O = 2 Cl2 + ZrOCl2.
Для всех рассматриваемых соединений очень характерно комплексообразование с соответствующими галогеноводородными кислотами и особенно с их солями. Наиболее типичны комплексные производные с общей формулой М2ЭГ6 (где М — одновалентный металл). Они хорошо кристаллизуются и подвергаются гидролизу гораздо менее, чем исходные галогениды ЭГ4. Это указывает на устойчивость комплексных ионов ЭГ6” в растворе.
Комплексная кислота H2[TiF6] H2[TiCl6] H2[TiBr6] H2[TiI6]
2 Ti(ОН)3 + O2 + 2 H2O = 2 Ti(OH)4 + H2O2.
2 TiCl3 = TiCl4 + TiCl2.
4 TiCl3 + O2 +2 H2O = 4 TiOCl2 + 4 HCl.
2 ЭГ3 = ЭГ4 + ЭГ2.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 664; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!