- •8. Химия переходных металлов
- •8.1. Химия металлов ib группы
- •8.1.1. Способы получения
- •8.1.2. Химические свойства
- •8.1.3. Соединения элементов
- •8.2. Химия металлов iib группы
- •8.2.1. Способы получения
- •8.2.2. Химические свойства
- •8.1.3. Соединения элементов
- •8.3. Химия металлов iiib группы
- •8.3.1. Способы получения
- •8.3.2. Химические свойства
- •8.3.3. Соединения элементов
- •8.4. Химия металлов ivb группы
- •8.4.1. Способы получения
- •8.4.2. Химические свойства
- •8.4.3. Соединения элементов
- •8.5. Химия металлов vb группы
- •8.5.1. Способы получения
- •8.5.2. Химические свойства
- •8.5.3. Соединения элементов
- •8.6. Химия металлов vib группы
- •8.6.1. Способы получения
- •8.6.2. Химические свойства
- •8.6.3. Соединения элементов
- •8.7. Химия металлов VII b группы
- •8.7.1. Способы получения
- •8.7.2. Химические свойства
- •8.7.3. Соединения элементов
- •8.8. Химия металлов VIII b группы
- •8.8.1. Способы получения
- •8.8.2. Химические свойства
- •8.8.3. Соединения элементов
8.3. Химия металлов iiib группы
К этой группе относятся: скандий, иттрий, лантан, актиний. Электронное строение: Sc: ….3d1, 4s2; Y: ….4d1, 5s2;
La: …5d1, 6s2, Ac…6d1, 7s2 Возможные степени окисления: для Sc: +3; для Y: +3; для La: +2, +3, +4; Ac: +3.
8.3.1. Способы получения
Обычно электролизом расплавов хлоридов или металлотермическая обработка хлоридов и оксидов: Э2О3+3Mg 2Э+3MgO; 2ЭCI3+3Са 2Э+3СаCI2; AcF3+3Li Ac+3LiF
8.3.2. Химические свойства
Все металлы – активные, уступая по активности лишь щелочным и щелочноземельным. С основными кислотами реагируют уже на холоде, медленно окисляются на воздухе, активность увеличивается при нагревании. Реакционная активность растет в ряду Sc-Ac. Sc – активен, но пассивируется как алюминий. Лантан активнее скандия: La+H2O=La(OH)3+H2. Не реагируют со щелочами, пассивируют при взаимодействии с HF и со смесью HF+HNO3.
Э+H2 ЭH2, (ЭH3); Э+Г2 ЭГ3; Э+О2 Э2О3;
Э+S ЭS, Э2S3; Э+N2 ЭN; Э+Р ЭР; Э+С ЭС, Э2С3, ЭС2, Э+Me сплавы.
Э+HCI= ЭCI3+H2; Э(Sc, Y)+H2O Э(OH)3,
Э+H2SO4(конц.)=Э2(SO4)3+ SO2+Н2О
Э+H2SO4(разб.)=Э2(SO4)3+ Н2
Э+6HNO3(конц.)=Э(NO3)3 +3NO2+3H2O
8Э+30HNO3(разб.)=8Э(NO3)3 +3NH4NO3+9H2O
8.3.3. Соединения элементов
Практически во всех соединениях элементы проявляют степень окисления +3, устойчивость их от Sc до Ac растет. Чаще всего это белые кристаллические вещества.
С водородом (гидриды) ЭН2 (при недостатке водорода) и ЭН3 (при избытке). Гидриды ЭН2 легко окисляются кислородом и водой: ЭН2 +6Н2О=2Э(ОН)3+5Н2
С галогенами (галогениды) ЭГ3 (CI, Br, J) гидролизуются:
ЭГ3 +3Н2О=Э(ОН)3+3НГ, фториды – нерастворимы в воде.
С кислородом (оксиды) – белые кристаллические вещества, плохо растворимы в воде и щелочах, хорошо в разбавленных кислотах, особенно при нагревании. В ряду Sc2О3–Ac2О3 усиление основных свойств, с водой реагируют: Э2О3+3Н2О=2Э(ОН)3
Скандий и его аналоги образуют с бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором, серой тугоплавкие соединения, часто с металлическими свойствами. Cпособны к комплексообразованию: к.ч. Sc=6, La и Sc=7,8. При обработке солей элементов растворами щелочей получают белые студнеобразные гидроксиды, трудно растворимые в воде, но растворимые в минеральных кислотах. Sc(OH)3 – амфотерный гидроксид, остальные – сильные основания.
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