ЛЕКЦИЯ № 13. ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ IV B подгруппы
Ti, Zr, Hf, Rf
Электронная конфигурация
Элемент | Электронная формула | Степени окисления |
Ti | [Ar]3d24s2 | +II, +III, +IV |
Zr | [Kr]4d25s1 | +IV |
Hf | [Xe]4f145d26s2 | +IV |
Rf | [Rn]5f146d27s2 | Мало изучен |
Cодержание элементов в земной коре.
Ti | Zr | Hf | |
Содержание, масс.% | 0,44 | 2,2·10-2 | 4,5·10-4 |
Минералы | TiO2 рутил FeTiO3 ильменит CaTIO3 перовскит | ZrSO4 циркон ZrO2 бадделит | Сопутствует цирконию |
Некоторые характеристики металлов.
Ti | Zr | Hf | |
Радиус атома, нм | 0,147 | 0,160 | 0,162 |
ЭО ( по Полингу) | 1,32 | 1,22 | 1,23 |
ЭИ1, эВ | 6,82 | 6,84 | 6,65 |
Плотность, г/см3 | 4,49 | 6,25 | 13,31 |
Температура плавления, оС | 1677 | 1855 | 2222 |
φо, B | -1,63 Ti3+|Ti | -1,56 Zr4+|Zr | -1,70 Hf4+| Hf |
Взаимодействие Ti, Zr. Hf с кислотами и щелочами.
1) Ti + HCl (H2SO4разб.) → TiCl3 + H2↑
Zr, Hf - не взаимодействуют
2) С HF(конц):
3) Э+ HF(конц.) → ЭF4 + H2↑
4) C H2SO4(конц.) :
Ti + H2SO4(конц.) → TiOSO4 + SO2 + H2O
ZrSO4
Hf – не взаимодействует
5)С HNO3(конц.):
Ti + HNO3(конц.) → TiO(OH)2↓ + NO2 + H2O
Zr, Hf – не взаимодействуют
6) C царской водкой ( или со смесью HNO3 + HF)
Э + HNO3 + HCl →H2[ЭCl6] + NO + H2O
7) c NaOH (расплав)
Э + NaOH → Na4ЭO4 + H2↑
Соединения Ti, Zr, Hf
Ti | Э = Zr, Hf | ||||
Оксиды | Гидроксиды | Соли | Оксиды | Гидроксиды | |
II | TiO осн. золотой | Ti(OH)2 черный | Ti 2+ бесцв. | ||
III | Ti2O3 осн. | Ti(OH)3 фиолет. | Ti3+ фиолет | ||
IV | TiO2 амфот. | TiO2•xH2O Ti(OH)4 = H4TiO4орто TiO(OH)2 мета | TiO 2+ бесцв. | ЭО2 | ЭО2•xH2O Э(ОН)4 орто- ЭО(ОН)2 мета- |
ЛЕКЦИЯ № 12. ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ V B подгруппы ( V, Nb, Ta, Db)
Электронная конфигурация
Элемент | Электронная формула | Степени окисления |
V | [Ar]3d34s2 | +II, +III, +IV, +V |
Nb | [Kr]4d45s1 | (+I,+II, +III, +IV), +V |
Ta | [Xe]4f145d36s2 | (+I,+II, +III, +IV), +V |
Db | [Rn]5f146d37s2 | Мало изучен |
Cодержание элементов в земной коре.
V | Nb | Ta | |
Содержание, масс.% | 1,5·10-2 | 2·10-4 | 2·10-5 |
Минералы | VS2-2,5 патронит Pb5(VO4)3Cl ванадинит | (Fe, Mn)(NbO3)2 колумбит | (Fe, Mn)(TaO3)2 танталит |
Некоторые характеристики металлов.
V | Nb | Ta | |
Радиус атома, нм | 0,136 | 0,147 | 0,149 |
ЭО ( по Полингу) | 1,45 | 1,23 | 1,33 |
ЭИ1, эВ | 6,74 | 6,88 | 7,89 |
Плотность, г/см3 | 5,96 | 8,58 | 16,69 |
Температура плавления, оС | 1710 | 2487 | 2997 |
φо (Э +5|Э), B | -0,25 | -0,65 | -0,81 |
Взаимодействие V, Nb, Ta с кислотами и щелочами.
1) С кислотами –неокислителями ( HCl, H2SO4(разб)) – не взаимодействуют;
2) С HF(конц):
V + HF(конц.) → H3[VF6] + H2
Nb(Ta) + HF(конц.) → NbF5 + H2
3) C H2SO4(конц.) :
V + H2SO4(конц.) → VOSO4 + SO2 + H2O
Nb, Ta – не взаимодействуют
4) С HNO3(конц.):
V + HNO3(конц.) → VO2NO3 + NO2 + H2O
Nb, Ta – не взаимодействуют
5) C царской водкой:
V + HNO3 + HCl → VO2Cl + NO + H2O
Nb, Ta – не взаимодействуют
6) Смесь HNO3 и HF
V + HNO3 + HF → H[VF6] + NO + H2O
Nb(Ta) + HNO3 + HF → H2[NbF7]+ NO + H2O
7) В щелочах растворяются только в присутствии окислителей
Э + O2 + NaOH → Na3ЭO4 + H2O
Орто-
Соединения ванадия.
С. О. | ОКСИД | ГИДРОКСИД | ИОН В РАСТВОРЕ |
+II Red | VO осн. | V(OH)2 | V+2 фиолет |
+III Red | V2O3 осн. | V(OH)3 | V+3 зеленый |
+IV Red, Ox | VO2 амф. | VO(OH)2 | VO+2 голубой |
+V Ox | V2O5 кисл. | HVO3 | VO3– (ОH-) оранжевый VO2+ (H+) |
V(+IV) :
V(OH)4 – ортогидроксид ванадия (+IV)
V(OH)4 = VO(OH)2 + H2O
Метагидроксид ванадия (+IV)
VO(OH)2 = H2VO3 – метаванадистая кислотаб
( в щелочной среде дает соли метаванадиты)
H2V4O9 – тетраванадистая кислота
(в сильнощелочной среде, при изб. VO2 дает соли тетраванадиты)
Изополикислоты ванадия (+V)
xV2O5·yH2O
HVO3 – метаванадиевая кислота
H4V2O7 - пированадиевая кислота ( двуванадиевая )
H3VO4 – ортованадиевая кислота
…..
H4V6O17 – гексаванадиевая кислота
H6V10O28 – декаванадиевая кислота
