17. Общая характеристика и химические свойства подгруппы скандия.

Общая характеристика и химические свойства подгруппы скандия (Sc,Y,La,Ac)

В природе в виде фосфатов, силикатов.

Получение: перевод в Э₂О₃ или ЭГ₃, далее электролизом или восстановлением оксидов с помощью Са или Mg. Проявляют валентность 3. По свойствам схожи со щелочноземельными и щелочными металлами. Взаимодействуют с водой:

2La+6H₂O = 2La(OH)₃ + 3H₂

Отлично растворяются в минеральных кислотах:

8Э + 30НNO_3разб = 9H₂O + 8Э(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃

Оксиды: сжигание металлов, прокаливание карбонатов, оксалатов, нитратов и оснований. Основные свойства, кроме Sc₂O₃ – он амфотерен.

Sc₂O₃ + 2NaOH = 2NaScO₂ + H₂O

Э2О3+3H2SO4=Э2(SO4)3+3H2O

Малорастворимые гидроксиды легко осаждаются при добавлении к растворам солей растворов щелочей или аммиака.От Sc(OH)3 к Ac(OH)3 растворимость соединений в воде увеличивается. Э(ОН)3 в целом проявляют основные свойства и нерастворимы в растворах щелочей. Слабую амфотерность демонстрирует Sc(OH)3, точнее его частично обезвоженная форма состава ScO(OH), котоая растворима в щелочах:

ScO(OH) +3NaOH+H₂O = Na₃[Sc(OH)₆]

Соли – в основном галогениды и сульфаты, растворимость, как у щелочных и щел-земельных.

Скандий дает комплексы:

ScCl₃ + 3NaCl = Na₃[ScCl₆]

ScF₃ + CaF₂ = Ca[ScF₅].Иттрий дает комплексы только при нагревании, остальные комплексов не образуют.

18. Общая характеристика и химические свойства металлов подгруппы титана.

Общая характеристика и химические свойства металлов подгруппы титана.

TiO2+2C+2Cl2=TiCL4+2CO

Из TiCl4 металл получают восстановлением магнием или натрием:

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

TiCl4+4Na=Ti+4NaCl

Сходным образом Zr, только натрием.Hf сопутствует Zr их разделение крайне сложно, близкие химические свойства. Одним из методов разделения селективная экстракция.

Чистые металлы хорошо поддаются механической обработке. Однако даже следы поглощенных газов - хрупкость. В обычных условиях элементы подгруппы титана вполне устойчивы по отношению к воздуху и воде.

При комнатной температуре металлы не взаимодействуют ни с кислотами, ни со щелочами, лишь медленно растворяются в плавиковой кислоте.

Ti + 6HF = 2TiF3 + 3Н2

Zr+4HF(конц)=ZrF4 (H2[ZrF6]) +2H2

Все металлы пассивируются в концентрированной азотной кислоте, растворимы в царской водке:

3Э + 12НСl + 4HNO3 = 3Н2[ЭCl6] + 4NO + 8H2O

Растворы щелочей не действуют на металлы даже при нагревании. Ti и Zr взаимодействую с расплавами щелочей:

Э+4NaOH=спл=Na4ЭО4+2Н2

А Hf с расплавом KHF2

Hf+4KHF2=t=K2[HfF6]+2KF+2H2

При высоких температурах Ti, Zr и Hf химически очень активны. В этих условиях они энергично соединяются не только с галоидами, кислородом и серой, но и с углеродом и азотом (ЭN). Порошки их способны поглощать очень большие количества водорода.

Соединения:

Металлы в соединениях проявляют степени окисления: 0, +2, +3, +4. Соединения ст.ок. +2 и +3 характерны преимущественно для титана. Больше всего соединений со ст.ок. атомов металлов +4.

Соединения Ti(II)неустойчивы в растворе, восстанавливают воду. Отриц эл потенциал.

TiO проявляет основные свойства, TiCl2 сходен с солями и практически не гидролизуется. Соединения Ti(III) также недостаточно стабильны в водных растворах, их получают восстановлением соединений Ti(IV)

2TiCl4+H2=2TiCl3+2HCl

Для них характерны реакции диспропорционирования:

4TiCl3=Ti+3TiCl4

Наиболее устойчивы и многочисленны соединения Э(IV) В ряду Ti–Zr–Hf идет понижение устойчивости низших валентностей.

4 Тi + 6 HCl = 2 TiCl3 + 2 TiH2 + H2.

2 TiN + 4 KOH + 2 H2O = 2 K2TiO3 + 2 NH3 + H2

Для элементов подгруппы титана характерны пероксидные соединения.

TiO2(2+) + 3H2O2 = TiO8(4-)+ 6H(+).

Нитрат четырёхвалентного титана

TiCl4 + 4 ClNO3 = 4 Cl2 + Ti(NO3)4

Из других производных Ti, Zr и Hf наибольшее значение имеют галогениды типа ЭГ4. Получают их обычно прокаливанием смеси диоксида элемента с углём в атмосфере галогена. Реакция идёт по схеме:

ЭО2 + 2 С + 2 Г2 = 2 СО + ЭГ4.

ZrГ4 + Н2О= ZrOГ2 + 2 HГ и

TiГ4 + 2 H2O = TiO2 + 4 HГ.

ZrCl4 + Cl2O = 2 Cl2 + ZrOCl2.

Для всех рассматриваемых соединений очень характерно комплексообразование с соответствующими галогеноводородными кислотами и особенно с их солями. Наиболее типичны комплексные производные с общей формулой М2ЭГ6 (где М — одновалентный металл). Они хорошо кристаллизуются и подвергаются гидролизу гораздо менее, чем исходные галогениды ЭГ4.

2 Ti(ОН)3 + O2 + 2 H2O = 2 Ti(OH)4 + H2O2.

2 TiCl3 = TiCl4 + TiCl2.

4 TiCl3 + O2 +2 H2O = 4 TiOCl2 + 4 HCl.

2 ЭГ3 = ЭГ4 + ЭГ2.