10.3. Соединения

Бинарные соединения

В бинарных соединениях элементы подгруппы проявляют степени окисления +2, +3, +4. При этом стабильность соединений Э⁺² и Э⁺³ в пределах подгруппы от Ti к Hf снижается, а для соединений Э⁺⁴ – растет. Поэтому Ti⁺⁴ сравнительно легко восстанавливается до более низких степеней окисления, а для Zr и Hf почти во всех соединениях характерна степень окисления +4.

Соединения с водородом являются в основном твердыми гидридами нестехиометрического состава, приближающегося в богатых водородом фазах к ЭН₂. Известен газообразный гидрид титана TiH₄.

Оксиды. Степени окисления +4 соответствуют оксиды ЭО₂ – белые кристаллические вещества, практически нерастворимые в воде, щелочах и разбавленных кислотах. У титана известны также оксиды TiO и Ti₂O₃, растворяющиеся в разбавленных серной и соляной кислотах. Некоторые свойства оксидов приведены в табл. 10.4.

Наиболее характерные реакции оксидов ЭО₂:

ЭО₂ + 4НF → ЭF₄ + 2Н₂О;

ЭО₂ + 2Н₂SО_4(конц.) → Э(SО₄)₂ + 2Н₂О;

ЭО₂ + 2NaOH → Na₂ЭО₃ + Н₂О (сплавление).

Таблица 10.4

Некоторые свойства оксидов элементов побочной подгруппы IV группы

Элемент	Ti			Zr	Hf
Степени окисления элемента	+2	+3	+4	+4	+4
Оксид	TiO	Ti2O3	TiO2	ZrO2	HfO2
Температура плавления, С	1750	2127	1870	2700	2780
Изменение основных свойств	Усиление основных свойств

Гидроксиды. При гидролизе тетрагалогенидов ЭHal₄ или при обработке их растворами щелочей образуются гидратированные диоксиды общей формулы ЭО₂хН₂О (х > 1) – белые, студенистые осадки, плохо растворимые в воде (табл. 10.5).

Таблица 10.5

Гидроксиды элементов побочной подгруппы IV группы

х	Ti	Zr	Hf
2	H4TiO4 (α-титановая кислота)	H4ZrO4 (α-циркониевая кислота)	Hf(OH)4 (гидроксид гафния)
Соли	Ортотитанаты	Ортоцирконаты	Гафнаты
1	H2TiO3 (β-титановая кислота)	H2ZrO3 (β-циркониевая кислота) или ZrO(OH)2 (гидроксид цирконила)	–
Соли	Титанаты	Цирконаты	–

Они обладают амфотерным характером, причем от Ti к Hf основные свойства усиливаются.

α-Кислоты растворяются в разбавленных кислотах; β-кислоты химически более инертны и растворяются только в плавиковой или концентрированной серной кислотах.

10.4. Применение

Титан, цирконий, гафний находят широкое применение в качестве легирующих добавок, дегазантов и раскислителей в производстве стали, латуни, бронзы. Высокая коррозионная и термическая устойчивость позволяет широко использовать эти металлы в производстве химической аппаратуры, турбореактивных двигателей, ракет и спутников. В высоковакуумной технике и радиоэлектронике титан, цирконий и гафний применяются как вещества, хорошо поглощающие газы. Цирконий и гафний используются как важнейшие конструкционные материалы в ядерной технике.

Многие соединения элементов подгруппы обладают высокой твердостью и термостойкостью и находят широкое применение в различных областях современной науки и техники.