Viiа группа элементов

Применение. Скандий, иттрий, лантан используются как легирующие добавки при изготовлении специальных сплавов, стойких к высоким температурам и коррозии. Их оксиды применяются в качестве катализаторов в производстве огнеупорной керамике, лазерных материалов.


8.4. Химия металлов IVB группы
К этой группе относятся: титан, цирконий, гафний, курчатовий. Электронное строение: Ti: ….3d², 4s²; Zr: ….4d², 5s²;
Hf: …5d¹, 6s², Ku…6d¹, 7s² Возможные степени окисления: для Ti: +2, +3, +4; Zr: +2, +3, +4; Hf: +2, +3, +4, Ku:+4. Zr- Zr (лантаноидное сжатие), Ti- Ku полные электронные аналоги. Координационные числа 4,6 (Ti); 7,8 (Zr, Hf, Ku).
8.4.1. Способы получения
Ti, Zr, Hf – обычно из оксидов или галогенидов в вакууме или в атмосфере инертных газов с помощью металлотермии:
ЭCI₄+4Na(Mg) Э+4NaCI (MgCI₂)
ЭO₂+2Ca Э+2CaO
8.4.2. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
При комнатной температуре металлы покрыты очень прочной оксидной пленкой, поэтому коррозионоустойчивы. Они медленно реагируют с HF и со смесью HF+HNO₃. При нагревании их химическая активность сильно возрастает. В порошкообразном состоянии способны к самовоспламенению. Титан более активен, чем цирконий и гафний.
Э+Ме сплавы; Э+Н₂ ЭН₂; Э+Г₂ ЭГ₄; Э+О₂ ЭО₂; Э+Р Э_хР_у , Э+N₂ Э_хN_у, Э+S ЭS₂. Э +H₂SO_4(конц.)= Э(SO₄)₂, Ti₂(SO₄)₃;
Э+КОН (сплавление)=К₄ЭО₄, Э+HF= ЭF₄ (TiF₄),
Э+HF+HNO₃=H₂[ЭF₆]+NO; Э+3HCI+HNO₃=ЭCI₄+NO+H₂O

С серной и азотной (разб.) металлы не реагируют. С водой, HCI, HNO₃ (конц.) реагирует только титан:

Тi+4H₂O H₄TiO₄ + 2H₂ (t=100^oC)
Тi+2H₂O(пар) TiO₂ + 2H₂ (t=700^oC)
Ti+6HCI 2TiCI₃+3H₂
Ti+4HNO₃+H₂O 3H₂TiO₃+4NO


8.4.3. СОЕДИНЕНИЯ элементов
В бинарных соединениях элементы проявляют с.о.=+2, +3, +4, при этом стабильность соединений Э⁺² и Э⁺³ сверху вниз снижается, а для Э⁺⁴ – растет.
С водородом (гидриды) ЭН₂ – твердые вещества, известен газообразный TiH₄.
C кислородом (оксиды) типа ЭО₂ – белые кристаллические вещества, практически нерастворимы в воде, щелочах и разбавленных кислотах. У титана – TiO и Ti₂O₃, растворяющиеся в разбавленных серной и соляной кислотах.
ЭО₂+4HF=ЭF₄+2H₂O; ЭО₂+2NaOH Na₂ЭO₃+H₂O;
ЭО₂ +2 H₂SO_4(конц.)= Э(SO₄)₂+2H₂O
С галогенами (галогениды) при обычных условиях твердые вещества, кроме TiCI₄ – жидкий. Галогениды ЭГ₄, кроме фторидов, растворимы в воде и гидролизуются:
ЭГ₄+Н₂О=ЭОГ₂+2НГ. При более глубоком гидролизе галогениды титана и циркония образуют кислоты:
TiCI₄+H₂O=TiOCI₂+2H₂O=H₂TiO₃+H₂O=H₄TiO₄
Хлорид титанила -титановая -титановая
-кислоты растворяются в разбавленных кислотах, -кислоты химически более инертны и растворяются только в HF или H₂SO_4(конц.).
Применение. Титан, цирконий и гафний – в качестве легирующих добавок, раскислителей в производстве стали, латуни, бронзы; в производстве химической аппаратуры, турбореактивных двигателей, радиоэлектронике, ядерной технике.
8.5. Химия металлов VB группы

К этой группе относятся: ванадий, ниобий, тантал. Электронное строение: V: ..3d³, 4s²; Nb: ..4d⁴, 5s¹; Ta: ..5d³, 6s². Возможные степени окисления: для V: +2,+3,+4,+5; Nb: +1,+2,+3,+4,+5; Ta: +1,+2,+3,+4,+5. Координационные числа 4-6 (V); 7,8 (Nb, Ta).