Нахождение в природе
В подгруппах сверху
вниз содержание d-Э в
земной коре снижается. Исключение
составляют лишь скандий (которого в
2,5 раза меньше, чем иттрия) и технеций
– он обнаружен в следовых количествах,
в то время как кларк рения равен
%
(столько же в природе иридия). Больше
всего из d-элементов на
Земле железа (2,0%) и титана (0,25%), сравнительно
много также марганца, никеля, меди (по
%),
цинка, кобальта (по
),
ванадия и хрома (по
).
Аналоги Ti, V
и Cr распространены средне
(
);
содержание остальных d-металлов
– небольшое (
).
Значительная часть
d-Э находится в природе в
виде оксидов (например,
),
особенно это характерно для элементов
начала декад (
,
и др.); и в виде сульфидов – свойственно
d-металлам конца декад
(NiS,
,
ZnS и т.п.) (?). Если элементы
в устойчивой ст.ок. достаточно
электроотрицательны, чтобы давать
кислотные соединения (Ti,
V, W, Cr
и др.), то они встречаются в виде солей
в составе их анионов:
,
,
,
;
а Э, образующие оснóвные
вещества, существуют в катионной
форме (Fe и Mn
в выше приведенных примерах, а также Cu
(в малахите
),
Ag (в т.н. роговом серебре
AgCl) и др. Благородные
Э (с положительным Е0) встречаются
в виде самородных металлов: ртуть,
элементы подгруппы меди и т.н. платиновые
М (Ru, Os, Rh,
Ir, Pd и Pt).
Многие d-элементы (преимущественно первой декады) находятся в растительных и животных организмах; правда, в микроколичествах, но играют столь важную роль в жизненных процессах, что их называют биогенами. Так, Fe, Co и Ni участвуют в кроветворении, а Fe (в составе гемоглобина) – необходимый компонент крови; V и Cr снижают содержание в ней холестерина и нормализуют работу сердца. Недостаток меди в организме приводит к анемии, а цинка – вызывает карликовость, ухудшает зрение, тормозит половое созревание. Внесение в почву микроудобрений, содержащих Cu, V и Mo, повышает урожайность зерновых, улучшает их качество и т.д.
Однако даже небольшой избыток d-Э вредит растениям и отравляет живые организмы. А поскольку в биологическую миграцию вовлекается в десятки раз больше тяжелых М, чем их уносят реки, то ясно, что загрязнение ими окружающей среды – это загрязнение и нашего организма. Наиболее токсичны из М – ртуть и серебро. Но в микроколичествах ( моль/л) Ag убивает только микробов, поэтому протарголл (коллоидный раствор ) лечит насморк, а серебряная посуда обеззараживает пищу.
Получение d-металлов
Традиционно d-М
восстанавливают из оксидов (в которые
обжигом переводят и сульфиды), используя
в качестве восстановителя активные
металлы (
)
или Н2 – например, при выделении
чистого Fe из оксидных
руд; но техническое железо, как и многие
другие d-М, получают более
дешевым методом – карботермией:
.
Благодаря росту устойчивости СО при повышении температуры (?) почти любой d-М может быть восстановлен углем из его оксида. Однако при очень высоких Т, необходимых для выделения сравнительно активных металлов (Cr, Mn, V), идет процесс образования их карбидов. Во избежание карбидообразования восстанавливают смесь оксидов (в частности, природную «смесь» ). При этом получаются не чистые М, а сплавы, например, феррохром (от 60 до 85% Cr), ферромарганец (от 60 до 90% Mn), феррованадий (от 55 до 80% V). Их добавляют в качестве легирующих материалов при выплавке стали.
По мере выработки
богатых руд описанные пирометаллургические
методы оказываются не эффективными, и
для переработки бедного сырья используют
или хлорную1
металлургию:
,
с последующим металлотермическим
восстановлением (
);
или гидрометаллургию, в которой для
извлечения целевого компонента применяют
водные растворы
,
,
NaOH и др., а затем металлы
восстанавливают из растворов образовавшихся
солей электролизом (так получают Co,
Ni, Cu, Zn
и т.п.).