Тексты лекций по разделу «химия элементов» для студентов 1 курса специальности 1 31 01 01 «Биология (научно-педагогическая деятельность)»
|
|
Скачать 2.03 Mb.
|
|
Таблица 10.2 – Растворимость водорода в металлах Отношение к воде, кислотам и щелочам Оксиды и гидроксиды Силиды и бориды Температура перехода в сверхпровод. состояние, К |
^
С серой и фосфором эти металлы реагируют при нагревании и особенно активно, если металлы взяты в порошкообразном состоянии. Состав получающихся сульфидов и фосфидов крайне разнообразен. При взаимодействии расплавленных металлов с кремнием или расплавленного кремния с данными металлами образуются силиды с общей формулой MeSi2. ^ При обычных условиях поверхностная оксидная пленка защищает эти металлы от действия воды, соляной и серной кислот. С газообразным хлороводородом ванадий начинает реагировать только при температурах выше 3000 С, образуя низшие хлориды. Ванадий окисляется азотной кислотой по уравнению: 3V + 5HNO3 → 3NVO3 + 5NO↑ + H2O. Образовавшаяся ванадиевая метакислота переходит в нерастворимые гидраты типа V2O5 ∙ x(H2O). Ниобий и тантал еще более пассивны и реагируют только с азотной кислотой, содержащей HF, или с царской водкой. Разрушение пассивирующих пленок идет, по-видимому, за счет образования комплексных соединений типа Н2[МеF7] в присутствии плавиковой кислоты. В результате растворения получаются соединения ниобия (V): 3Nb + 5НNО3 → ЗНNЬО3 + 5NO + Н2О. Одновременно может протекать реакция: 3Nb + 5HNO3 + 21HF → ЗН2[NbF7] + 5NO + 10Н2О. Тантал реагирует аналогично. С растворами щелочей ванадий, ниобий и тантал не реагируют, но в расплавленных щелочах они постепенно разрушаются. Процесс протекает в две стадии: растворение расплавленной щелочью оксидных пленок, имеющих кислотный характер, и последующее окисление металла кислородом воздуха: Ме2O5 + 2КОН = 2КMеО3 + Н2О; 4Ме + 5O2 + 4КОН = 4КMеО3 + 2Н2О. Наибольшее значение в машиностроении имеют простые соединения данных элементов: оксиды, галиды, нитриды, карбиды, силиды, бориды, а также их производные. ^ Оксиды ванадия, ниобия и тантала соответствуют различным окислительным числам. Наиболее характерными из всех элементов являются высшие оксиды (Me2O5). Низшие оксиды (Ме2О3, Me2O2) характерны главным образом для ванадия. При образовании оксидов этих металлов выделяется большое количество энергии (таблица 10.3). Все оксиды ванадия при обычных условиях кристаллы. Окись ванадия VO светло-серого, полутораокись V2O3 черного, двуокись VO2 сине-голубого и полупятиокись V2O5 красного цвета. Таблица 10.3 – Теплоты образования оксидов металлов группы V
Изменение свойств оксидов ванадия может быть представлено следующей схемой:
Ниобий и тантал более устойчивы в соединениях со степенью окисления +5. Кислотные свойства у Nb2O5 и Ta2O5 выражены значительно слабее, чем у V2O5. Соединения ниобия (V) и тантала (V) сходны с соединениями ванадия (V). Полупятиокиси ванадия (V2О5) соответствуют ванадиевые кислоты: V2O5 + H2O → 2HVO3 ванадиевая метакислота; V2O5 + 2H2O → H4V2O7 двуванадиевая кислота; V2O5 + 3H2O → 2H3VO4 ванадиевая ортокислота. Соли их называются ванадатами. Устойчивость форм ванадиевых кислот зависит от рН раствора. В сильно кислых растворах может образоваться гексаванадат-ион: 6VO3 + 2Н+ → [V6О17]4- + H2O. Кислоты, в состав которых входит ванадий в высшей степени окисления, весьма сходны с кислотами, образованными фосфором (V). Однако ванадиевая метакислота, проявляя некоторую амфотерность (отличие от фосфорной метакислоты), может диссоциировать в растворе: Н+ + VО3- ↔ НVО3 ↔ VO2+ + ОН.- Устойчивой солью ванадиевой кислоты является метаванадат аммония NH4VO3. В реакциях со щелочами VO2 дает соли-(IV) ванадаты: 2NaOH + 4VO2 → Na2V4O9 + Н2О. В реакциях с кислотами VO2 образует соли оксованадия (IV) VO2+, в котором один атом кислорода ковалентно связан с атомом ванадия: VO2 + H2SO4 → VOSO4 + Н2О. Полутораокись ванадия при взаимодействии с кислотами образует соли: V2О3 + 3H2SO4 → V2(SO4)3 + 3H2O. Особенно устойчивы двойные соли (типа квасцов). Например: KV(SО4)2 ∙ 12H2О. Ванадий (III) может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства. В первом случае он переходит в V (IV) и V (V), во втором — в V (II). Одноокись ванадия – основной оксид серого цвета, при взаимодействии с кислотами образует растворы солей, окрашенные в фиолетовый цвет. Наиболее устойчивы двойные соли типа Me2SО4 ∙ VSО4 ∙ 6Н2О. Соли ванадия (II) в растворе легко окисляются в соли ванадия (III), меняя окраску. Соли ванадия в различной степени окисления имеют различную окраску, меняющуюся в зависимости от концентрации и рН среды. Последовательное изменение окраски ионов в растворе можно наблюдать при восстановлении ванадата аммония в соляно-кислотном растворе металлическим цинком. В этом случае происходит последовательное восстановление ванадия (V) до ванадия (II): (VO3)- → (V4O9)2- → (VO2)2+ → V3+ → V2+ V IV III II c изменением окраски от оранжево-красной до фиолетовой. Галиды Для ванадия (V) известен лишь один галид — пентафторид ванадия VF5 – бесцветные кристаллы, сублимирующиеся при 1110С. Галиды ниобия и тантала летучи, что исключает возможность образования каких-либо защитных пленок, предохраняющих ниобий и тантал от коррозии в атмосфере галогенов при высокой температуре. Летучесть галидов можно оценить по данным таблицы 10.4. Таблица 10.4 – Температуры плавления и кипения галидов ниобия и тантала
Галиды металлов группы V подвержены гидролизу, в результате чего дают свободные кислоты, например: NbCl5 + 4H2O → H3NbO4 + 5HCl. Так как кислоты в свободном виде неустойчивы, то они переходят в гидраты общей формулы Nb2O5 ∙ xH2O , не растворимые в воде. Фториды склонны к образованию комплексов типа K2[NbF7]. Нитриды Образование нитридов, отвечающих формулам VN, NbN и TaN, наиболее вероятно в сплавах этих металлов. Чистые препараты нитридов можно получить при нагревании порошков металлов в токе диссоциирующего аммиака или действием аммиака на их оксиды: V2O2 + 2H2 + N2 → 2VN + 2H2O. Нитриды ванадия, ниобия и тантала являются термически устойчивыми, тугоплавкими соединениями (tпл. 2050—3087°С), образующимися со значительным выделением энергии (до 270 кдж/моль). Нитриды химически очень устойчивы. Нитрид ниобия не разлагается даже царской водкой. Карбиды Состав карбидов ванадия отвечает формулам V5C; V2C; V4C3 и VC, а карбидов ниобия и тантала — только Nb2C; NbC; Ta2G и ТаС. Карбиды проводят электрический ток и растворяются в металлах. Растворимость их в сталях при понижении температуры уменьшается, и выпадающие карбиды очень тонкой структуры улучшают свойства сталей. Некоторые свойства карбидов приведены в таблице 10.5. Таблица 10.5 – Некоторые свойства карбидов металлов
^ Соединения с кремнием и бором также характерны для металлов данной группы. Это твердые, тугоплавкие вещества, играющие значительную роль при разработке жаропрочных материалов. Бориды и силиды — химически стойкие вещества; при их образовании выделяется большое количество энергии. Соединения ванадия, ниобия и тантала с азотом, углеродом, кремнием и бором обладают металлической электропроводностью, растущей с понижением температуры и переходящей в сверхпроводимость, как и у чистых металлов. Некоторые электрические свойства таких соединений ванадия приведены в таблице 10.6. Таблица 10.6 – Электрические свойства нитридов, карбидов, силидов и боридов ванадия
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям