8.5.3. Соединения элементов

В бинарных соединениях элементы проявляют все степени окисления от +1до+5. Соединения высших степеней окисления наиболее устойчивы, которая растет от ванадия к танталу.

С водородом образуют твердые растворы, причем растворимость водорода с ростом температуры уменьшается.

Галогениды – ковалентные, легкоплавкие летучие соединения с высокой химической активностью. Некоторые из них диспропорционируют: 2VF₄ VF₅+VF₃

Галогениды легко гидролизуются: VF₃+H₂O=VOCI+2HCI

Оксиды – твердые, тугоплавкие вещества, практически нерастворимые в воде. Непосредственно при окислении металлов образуются только высшие оксиды. Большинство оксидов проявляют основной характер, VO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅ - амфотерны, V₂O₅ – проявляет слабокислотные свойства.

Низшим степеням окисления соответствуют основания Э(ОН)₂ и Э(ОН)₃. Высшим степеням окисления +5 соответствуют кислоты, неустойчивые в свободном состоянии: метаи ортокислоты типа НЭО₃ и Н₃ЭО₄, которым соответствуют соли: мета- и ортованадаты, мета- и ортониобаты, мета- и ортотанталаты.

Применение. Сплавы на основе этих металлов обладают высокой антикоррозионными свойствами, механической прочностью, высокими температурами плавления. Они широко используются в реактивной и космической технике, при создании атомных реакторов.

8.6. Химия металлов vib группы

К этой группе относятся: хром, молибден, вольфрам. Электронное строение: Cr: ..3d⁵, 4s¹; Mo: ..4d⁵, 5s¹; W: ..5d⁴, 6s². Возможные степени окисления: для Cr: +2, +3, +6; Mo: +2, +3, +4, +5, +6; W: +2, +3, +4, +5, +6. Координационные числа 4-6 (Cr); до 8 (Mo, W).

8.6.1. Способы получения

В свободном виде получают переработкой природных соединений, конечными продуктами которой обычно являются оксиды Cr₂O₃, MoO₃, WO₃: Cr₂O₃+AI= AI₂O₃ +Cr;

Cr₂O₃+AI=2Cr+AI₂O₃; MoO₃+H₂=Mo+3H₂O; MoS Mo+2S; MoS₂+2H₂ Mo+2H₂S; WO₃+H2=W+3H₂O

Очень чистые металлы – электролиз расплавов, в случае хрома – водных растворов его соединений.

8.6.2. Химические свойства

Это малоактивные металлы при обычных условиях, несмотря на то, что в ряду напряжений находятся перед водородом, они практически не подвергаются коррозии из-за образования на их поверхности тонкой прочной оксидной пленки. С повышением температуры и при удалении защитной пленки они способны взаимодействовать со многими элементами. В ряду Cr-W химическая активность понижается, причем молибден и вольфрам по свойствам схожи и отличаются от хрома. С водородом, азотной кислотой (разб. и конц.) не реагируют. С HF, HCI, H₂SO_4(разб) только хром: Cr+HF=CrF₂ +H₂

Cr+ H₂SO_4(разб)= CrSO_4(разб) +H₂, Cr+HCI=CrCI₂ +H₂

Э+Г₂ CrГ₂ ,CrГ₃ (ЭГ₂ , ЭГ₃, ЭГ₄ ,ЭГ₅, ЭГ₆ – W и Мо)

Э+О₂ Cr₂O₃ (WO₃, MoO₃); Э+N₂ Э₂N, ЭN

Э+P Э_xP_y Э+C Э_xC_y

2Cr+3H₂O=Cr₂O₃+3H₂ W(Mo)+2H₂O=WO₂+2H₂

W(Mo)+H₂SO₄(конц.)=H₂WO₄(Mo)+H₂

8.6.3. Соединения элементов

В бинарных соединениях проявляют все степени окисления от 0 до +6, но наиболее устойчивая у хрома - +3 и +6; модибдена - +4 и +6; вольфрама - +6. Соединения в высшей степени окисления проявляют кислотные свойства, с понижением кислотный характер соединений ослабевает.

Из галогенидов наибольшее значение имеют фториды и хлориды.

Все оксиды – твердые вещества, наиболее устойчивые – Cr₂O₃, MoO₃, WO₃, которые могут быть получены при непосредственном взаимодействии с кислородом. Единственный хорошо растворимый оксид - CrO₃: CrO₃+Н₂О=Н₂CrO₄

Гидроксид хрома (+3) – амфотерный, взаимодействует с раствором, расплавом щелочи, кислотами. При взаимодействии с раствором щелочи образуются гидроксохромиты: Cr(OH)₃+NaOH=Na[Cr(OH)₄] Cr(OH)₃+3NaOH=Na₃[Cr(OH)₆] (более конц. щелочь)

При прокаливании соли обезвоживаются и переходят в безводные хромиты: Na[Cr(OH)₄]=NaCrO₂+2H₂O

Хромовая и дихромовая кислоты средней силы и существуют только в водных растворах, но соли могут быть выделены из растворов. В кислой среде хромат-ион переходит в дихромат-ион: 2CrO₄^2- + 2H⁺=H₂O + Cr₂O₇^2- и наоборот, под действием щелочи: Cr₂O₇^2- +2OH-=2CrO₄^2- +H₂O. Хроматы, особенно дихроматы – сильные окислители. Молибденовые и вольфрамовые кислоты малорастворимы в воде, их соли устойчивые соединения.

Применение. Наиболее широкая область применения - металлургия, где они используются в качестве легирующих компонентов в производстве сортов сталей и сплавов. Хром широко используется для хромирования (защитное покрытие), дихроматы – в химических производствах как окислители. Молибден и вольфрам – для производства катодов, анодов, нагревательных элементов в электровакуумной технике, в качестве катализаторов.