Розділ 12. Аналіз рідкісних елементів § 72. Загальна характеристика

Поняття рідкісний елемент визначається багатьма факторами: вмістом даного елемента в земній корі, характером його поширення в природі, сту­пенем вивчення і освоєння його народним господарством. Отже, це поняття значною мірою є історичним, тобто воно змінюється з часом. Так, золото відоме людству дуже давно, і ніхто його не називає рідкісним елементом, тоді як празеодим, якого в 20 раз більше, ніж золота, називають рідкісним елементом.

До рідкісних елементів відносять: літій, берилій, бор, скандій, галій, германій, рубідій, стронцій, цирконій, ніобій, індій, цезій, церій, лантан і рідкісноземельні елементи, гафній, тантал, реній, талій, торій, уран та деякі інші. Молібден, вольфрам, ванадій і титан, які раніше вважались також рідкісними елементами, тепер не відносяться до цієї групи, бо їх у земній корі досить помітна кількість, їх у значній мірі добувають і вико­ристовують у промисловості. Інші рідкісні елементи також мають дуже цінні властивості й широко використовуються в техніці.

Аналіз рідкісних елементів має деякі особливості. Як правило, при вияв­ленні рідкісних елементів користуються не систематичним ходом аналізу, а окремими реакціями та спеціальними методами відокремлення і виявлення. Це особливо стосується виявлення дуже розсіяних елементів, які не утво-

274

рюють спеціальних мінералів або у вигляді мінералів зустрічаються дуже рідко.

У підручнику буде розглянуто тільки методи визначення ванадію, мо­лібдену, вольфраму і титану за допомогою окремих характерних реакцій. Виявлення і визначення інших рідкісних елементів виходить за межі про­грами педагогічних вузів.

Присутність рідкісних елементів ускладнює систематичний хід аналізу катіонів. Тому, хоч у книзі й подано методи виявлення титану, ванадію, молібдену і вольфраму, але в загальному ході аналізу катіонів не врахо­вується можлива присутність цих іонів.

§ 73. Титан

Титан — метал сіро-стального кольору. Густина його 4,5 • 10³ кг/м³, температура плавлення 1668° С, температура кипіння 3260° С. Титан — елемент IV групи періодичної системи елементів. Він досить поширений у земній корі. На нього припадає 0,2 мас. % загальної кількості атомів земної кори.

Титан утворює три оксиди: ТіО, Ті₂0₃ і Ті0₂. Найбільш важливими ок­сидами є два останніх, Оксид титану (III) є основним оксидом і з кислотами утворює солі: Ті₂ (S0₄)₃, ТіС1₃ тощо. Ці солі забарвлені в темно-фіолетовий колір. Вони легко окислюються й переходять у солі титану (IV), тому солі титану (III) часто використовують як сильні відновники.

При дії лугу, гідроксиду амонію або соди на солі титану (III) вже при рН = 3 починає випадати темно-коричневий осад гідроксиду титану (III) Ті (ОН)₃.

Найбільш стійким оксидом титану є оксид титану (IV) — Ті0₂, який має амфотерний характер. Він утворює солі Ті (S0₄)₂, ТіС1₄ тощо. Стійкі також титанати Ме₂Ті0₃ і Ме₄Ті0₄, де Me — однозарядний катіон.

Якщо подіяти на розчин солей титану гідроксидом амонію, лугом або содою ще в кислому розчині випадає білий осад гідроксиду титану Ті (ОН)₄.

Більшість солей титану розчиняється у воді, але легко гідролізує, тому вони містяться в розчині лише із сильнокислим середовищем. У сильнокисло-му розчині можуть бути іони титану Ті⁴⁺, у менш кислому — іони титанілу Ті0²⁺. Найменш розчинна сіль титану — ТіОНР0₄.

Титан легко утворює комплексні сполуки, в тому числі сульфатні Н₂ІТіО (S0₄)₂], оксалатні Н₂ [ТіО (С₂0₄)₂], галогенідні H₂[TiHal_G] тощо. Особливо стійкі фторидні комплекси титану.

Реакції іонів титану (IV). Сульфід амонію осаджує титан у вигляді білого осаду гідроксиду титану:

Ті⁴+ + 2S²- + 4Н₂0 «з [Ті (ОН)₄1 -f 2H₂S t.

Гідроксид амонію і луги осаджують гідроксид титану:

Ті⁴+ + 40Н- *± [Ті (ОН)₄].

275

Цю реакцію використовують для відокремлення титану від ванадію, молібдену і вольфраму, які при цьом/всаджуються.

Алюміній, цинк, кадмій і олово в солянокислому розчині відновлюють титан (IV) до титану (III), в результаті чого розчин забарвлюється у фіоле­товий колір:

ЗТЮ²+ + А1 + 6Н+ -*• ЗТі³+ + А1³+ + ЗН₂0.

Пероксид водню в кислому середовищі утворює пероксидноводневий комп­лекс титану, який забарвлює розчин в оранжево-жовтий колір:

Ті0²+ + Н₂0₂ *± [ТіОН₂0₂]²⁺.

Цей комплекс руйнується фторид-іонами (цим він відрізняється від ва­надію). Реакція використовується для якісного виявлення і колориметрич­ного визначення титану і фториду.

Купферон у кислому розчині осаджує жовтий осад нітрозофенілгідроксил-амінату титану:

N = 0.

_О^-_""⁰_'¹_'

■ (( \—N-ONH₄+ Ti⁴⁺

+ 4NHJ.

\ / І

N=0

За допомогою цієї реакції можна відокремити титан від алюмінію, мар­ганцю, хрому та багатьох інших іонів. Реакції заважають мідь, залізо, цирконій, ніобій, тантал та багато інших іонів.

Хромотропова кислота

при взаємодії з титаном (IV) утворює сполуку бурувато-червоного кольору. Склад і колір сполуки залежить від рН розчину. В сірчанокислому середо­вищі (75% H₂S0₄) співвідношення компонентів у сполуці 1:1, колір спо­луки пурпурний. Із збільшенням рН розчину кількість координованих іонів реактиву зростає і колір його змінюється. У кислому середовищі в меншій мірі заважають сторонні іони, проте залізо (III) і в кислому розчині утворює сполуку зеленого кольору. Тому при визначенні титану з хромотроповою кислотою залізо (III) відновлюють хлоридом олова (II) до двовалентного стану.