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).

8.5.1. Способы получения

Получают в основном электролизом расплавов, высокочистые металлы – разложением галогенидов в вакууме:

VJ₂ V +J₂

8.5.2. Химические свойства

В обычных условиях ванадий и особенно ниобий и тантал отличаются большой химической стойкостью благодаря наличию плотной защитной пленки оксида. При комнатной температуре они растворяются только в HF и смеси HF+HNO₃ (V и в HNO_{3 (конц.)} и в царской водке). При нагревании, а также измельчении химическая активность металлов сильно увеличивается. Ванадий более реакционноспособен, чем ниобий и тантал. С металлами образуют сплавы.

Э+Г₂ VF₅; ЭГ₃, ЭГ₄, ЭГ₅ (Nb, Ta)

Э+О₂ Э₂О₅; Э+S Э_хS_у, Э+С Э_хС_у

С водой, серной и азотной (разб) не реагируют. С серной (конц) реагирует только ванадий: Э +H₂SO_4(конц.)= VОSO₄ +,

4Э+12NaОН (сплавление)+5О₂=4Na₃[ЭО₄]+6H₂O,

Э+HF=VF₃(TaF₅,NbF₅),

3Ta+12HF+5HNO₃=3H₂[ЭF₇]+5NO+10H₂O; 3V+12HCI+4HNO₃=3VCI₄+4NO+8H₂O