3.3.4. Применение

Sc, Y, La используются как легирующие добавки при изготовлении специальных сплавов, стойких к высоким температурам и коррозии.

Оксиды Э₂О₃ применяются в качестве катализаторов в производстве огнеупорной керамики, ферритов, лазерных материалов. Y₂О₃ является одной из составляющих высокотемпературных сверхпроводящих материалов. La и его оксид широко используются при изготовлении оптических приборов.

В радиотехнике и радиоэлектронике нашли применение халькогениды скандия. В последнее время получены высокотемпературные проводники на основе оксидов стронция и лантана.

Вопросы и упражнения

1. Напишите уравнение образования двойных солей лантана типа М¹⁺[Э(SO₄)₂], М₂¹⁺[Э(NO₃)₅], М¹⁺[Э(CO₃)₂].

2. Как получают гидроксиды Sс, La. Составьте уравнения их получения.

3. Какой из гидроксидов подгруппы скандия обладает амфотерными свойствами. Докажите их с помощью соответствующих уравнений.

4. Составьте уравнения реакций растворения скандия в азотной и серной концентрированных кислотах.

5. Как растворяется лантан во фтористоводородной кислоте?

6. Приведите примеры получения лантана.

7. Кто из металлов подгруппы скандия будет более активно растворяться в разбавленных кислотах (HCL, H₂SO₄)? Составьте уравнения реакций.

8. Сколько скандия выделится на катоде при пропускании через расплав SсС1₃ тока силой 10А в течение 20ч?

9. При работе гальванического элемента Sc|Sc(NO₃)₃||Cr₂(SO₄)₃|Cr восстановилось до свободного металла 31,2г хрома. На сколько уменьшилась масса скандиевого электрода.

10. Имеются растворы одинаковой молярности Sc(NO₃)₃ и Lа(NO₃)₃. Для какого из этих растворов значение рН больше и почему?

3.4. Элементы подгруппы ivb

Побочную подгруппу 4 группы Периодической системы образуют элементы: Ti, Zr, Hf, Ku. Это полные аналоги с конфигурацией валентного слоя nS²(n-1) d². Наиболее характерная степень окисления элементов подгруппы титана: +4. Титан может проявлять дополнительно с.о. +2, +3. Координационные числа Ti –6, реже 4; Zr и Hf –6, 7 и 8.

3.4.1.Распространение в природе и получение

В виду высокой химической активности d-элементы 4 подгруппы в свободном виде в природе не встречаются. Титан - довольно распространенный в природе элемент (см. табл.3.5.). Среди его 70 минералов наиболее важные: TiО₂- рутил, FeTiO₃-ильменит, СаТiO₃- перовскит.

Цирконий - относится к редким элементам (см. табл.3.5.). Его минералы ZrSiO₄- циркон, ZrO₂- бадделеит.

Гафний - является спутником Zr в минералах, т.к. собственных минералов не образует. Его содержание в земной коре еще меньше310^4мас.%.

Химический аналог Hf- 104 элемент Кu был синтезирован в 1964г. в Дубне. Это радиоактивный элемент. С периодом полураспада 0,1 сек.

Получение этих металлов затруднено необходимым концентрированием их из природных продуктов, т.к. богатых месторождений их руд не существует.

Получают эти металлы пирометаллургическим способом из оксидов:

TiO₂ + 2C1₂ + 2C = TiC1₄ + 2CO

TiC1₄- летучая жидкость ( t_кип= 136 ⁰С). После конденсации и очистки хлорид титана восстанавливают магнием или кальцием:

TiC1₄ + 2 Mg = Ti _(губка) + 2MgC1₂

"Губку" переплавляют в вакууме, это позволяет получить чистый металл.

Особо чистые металлы получают термическим разложением в вакууме их тетраиодидов (рис.3.2).

На рис.3.2. изображен сосуд из тугоплавкого стекла для получения титана. Через отверстие А пропускается титан-порошок и йод, через отверстие Б откачивается воздух. Электроды В₁, В₂ – вольфра-мовые, проволока Г- из титана. В ходе процесса сосуд нагревается до 600⁰С в электрической печи, а проволока нагревается до 1100 –

1400⁰С электрическим током.

Рис.3.2. Сосуд для получения

титана термической диссоциацией TiI₄

При 200⁰С титан и йод взаимодействуют с образованием иодида титана TiJ₄, который при 377⁰С летит (сублимируется) в виде паров, соприкасаясь с раскаленной титановой проволокой, при 1100-1400⁰С разлагается: TiJ₄ Ti + 2J₂.

Чистый титан оседает на проволоке, а пары йода конденсируются на холодных частях прибора. Большинство примесей, содержащихся в титане не реагирует с йодом, или не образует летучих соединений- иодидов при 377 ⁰С. Титан полученный этим способом, очень пластичен, прочен и легко поддается механической обработке.