Нахождение в природе

В подгруппах сверху вниз содержание d-элементов 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 – 10⁻⁹ %. (Столько же в природе иридия.)

Больше всего из d-элементов на Земле железа (1,5%) и титана (0,2%), сравнительно много также марганца, никеля, меди (по 3 ⋅10⁻² %), цинка, кобальта (по 10⁻²%), ванадия и хрома (по 5⋅10⁻³%).Аналогититана, ванадия и хрома относятся к среднераспространенным (10⁻³ −10⁻⁵%), содержание остальных d-металлов – небольшое

(10⁻⁶ −10⁻⁷%).

Значительная часть d-элементов находится в природе в виде оксидов(например,

Fe₃O₄ ), особенно это характерно для элементовначаладекад (Sc₂O₃ , TiO₂и др.); и в видесульфидов– свойственно d-металламконцадекад (NiS, Cu₂S , ZnS и т.п.) (?).

Если элементы в устойчивой степени окисления достаточноэлектроотрицательны, чтобы даватькислотныесоединения (Ti, V, W, Cr и др.), то они встречаются в виде солей в составе иханионов: (Fe,Ca)TiO₃ , Pb₅ (VO₄ )₃ Cl, (Ca,Fe,Mn)WO₄ , Fe(CrO₂ )₂ .

Напротив, элементы, образующие вещества с преобладанием оснóвныхсвойств, существуют вкатионнойформе (Fe и Mn в только что приведенных примерах, а также Ag и Cu в AgCl и (CuOH)₂ CO₃ ).

БлагородныеМ (с положительным редокс-потенциалом) встречаются всамородномвиде: ртуть, элементы подгруппы меди и т.н. платиновые металлы (Ru, Os,

Rh, Ir, Pd и Pt).

Многие d-элементы (особенно первой декады) находятся в качестве микрокомпонентовв растительных и животных организмах и играют стольважнуюроль 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.Недостатокмеди в организме приводит к анемии, а цинка – вызывает карликовость, ухудшает зрение, тормозит половое созревание. Внесение в почвумикроудобрений, содержащих Cu, V и Mo, повышает урожайность зерновых, улучшает их качество и т.д.

Однако даже небольшой избыток d-элементов вредит растениям и отравляет живые организмы. И если учесть, что в биологическую миграцию вовлекается в десятки раз больше тяжелых М, чем их уносят реки, то ясно, что загрязнение ими окружающей среды – это загрязнение, в конечном итоге, и нашего организма.

Наиболее токсичныиз металлов – ртуть и серебро. Но в микроколичествах

(10⁻⁹моль/л) Ag убивает только микробов, поэтому проторголл (коллоидный раствор Ag )⁰ лечит насморк, а серебряная посуда обеззараживает пищу.

Получение d-металлов

Традиционно d-металлы восстанавливают из оксидов (в которые обжигом переводят и сульфиды). Для этого используют, например, активные М (Cr₂O₃ + Al) или водород – при выделении чистого Fe из оксидных руд. Но техническое железо, как и многие другие d-металлы, получают более дешевым методом -карботермией:

Fe₃O₄ + C→ Fe+ CO.

Причем, благодаря ростутермодинамической устойчивости оксида углерода(II) при повышении температуры (?) практически любой d-элемент может быть восстановлен углем из его оксида. Однако при очень высоких температурах, необходимых для выделения сравнительно активных металлов (Cr, Mn, V), идет процесс образования их карбидов.

Во избежание карбидообразования восстанавливают смесьоксидов (в частности, природную «смесь» Fe(CrO₂ )₂ ). При этом получаются не чистые М, асплавы, 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 хлорную¹¹⁵ металлургию ( TiO₂ + Cl₂ + C→ TiCl₄ + CO ) с последующим

металлотермическим восстановлением ( TiCl₄ + Mg); илигидрометаллургию, в которой для извлечения целевого компонента применяют водные растворы реагентов: H₂SO₄ , NH , NaOH₃ и др., а затем металлы восстанавливают из растворов образовавшихся солей электролизом (так получают Co, Ni, Cu, Zn и т.п.).