3.4.5. Применение

Титан и его сплавы отличаются высокой прочностью, легкостью, тугоплавкостью, химической стойкостью при обычной температуре (эти сплавы используются главным образом в самолетостроении и ракетостроении). Высокая прочность титана и его исключительная инертность по отношению к плазме крови и веществам, вырабатываемым организмом человека, делают его незаменимым материалом для протезирования (протезы костей, арматура искусственных сердечных клапанов и др.).

При высокой температуре титан очень активно соединяется с галогенами, кислородом, серой, азотом и углеродом, поэтому его применяют для удаления газов из расплавленного металла и получения однородного литья, а также в вакуумной технике (для получения глубокого вакуума). Оксид титана ТiО₂ применяется в качестве катализатора во многих органических синтезах. Белила на основе ТiО₂ (так называемые титановые белила) характеризуются высокой прочностью, кислотостойкостью и в отличие от свинцовых белил не ядовиты и не темнеют на воздухе под действием H₂S.

Цирконий является конструкционным материалом для атомных реакторов, так как он почти не захватывает медленные (тепловые) нейтроны и обладает высокой стойкостью против коррозии и механической прочностью при высоких температурах. Гафний, наоборот, весьма активно поглощает нейтроны, благодаря чему используется в регулирующих и защитных устройствах атомных реакторов. Оксиды этих металлов применяются при изготовлении тугоплавких стекол и жаропрочной лабораторной аппаратуры.

Вопросы и упражнения

1. Составьте формулу внешнего валентного слоя элементов подгруппы титана.

2. Определите характерные степени окисления титана, циркония и гафния.

3. Кто из металлов этой подгруппы растворим в растворах щелочей? Составьте уравнения реакции.

4. Как изменяются восстановительные свойства металлов в подгруппе титана сверху вниз.

5. Получение оксидов металла в высшей степени окисления.

6. Амфотерность соединений титана.

7. Оксосоли. Получение. Их устойчивость.

8. Получение кислот (титановая,титановая). Свойства кислот. Почему они растворимы в растворах HF, H₂SO₄. Составьте соответствующие уравнения реакций.

9. Составьте уравнение реакции:Ti₂(SO₄)₃ + KMnO₄ + H₂O=….

10. Составьте уравнения реакции протекающей в солянокислой среде между хлоридом титана (+3) и перхлоратом калия.

3.5. Элементы подгруппы vb

Побочную подгруппу V группы периодической системы составляют V, Nb, Ta. Общая электронная формула этой подгруппы: nS²(n-1)d³. Однако для атома Nb наблюдается "провал электрона", т.е. внешний валентный слой 5S²4d³ 5S¹4d⁴. Характерные с.о. для V (+2),+3, (+4), +5; Nb (+5) ; Ta (+5). Координационное числа: V 4,6; Nb,Ta 6,7,8.

3.5.1.Распространение в природе и получение

Соединения ванадия широко распространенны в природе, но они очень рассеянны и не образуют значительных скоплений (см. табл.3.6.). Ниобий и тантал встречаются всегда вместе, содержание их в земной коре еще меньше. Основные минералы: ванадит 3Pb₃(VO₄)₂PbCL₂, колумбит-(Fe,Mn)NbO₃TaO₃, лопарит (Nа,Са)NbO₃TaO₃, танталит Fe(TaO₃)₂.

Главным источником ванадия являются железные руды, в которых его содержание составляет 0,1-0,2 %. Поэтому в доменном процессе ванадий значительно переходит в чугун. В производстве стали из ванадистого чугуна получают шлаки, содержащие ортованадат натрия NаVO₃:

4FeVO₄ + 4NaCL + O₂ = 4NaVO₃ + 2Fe₂O₃ + 2CL₂

Действуя на ванадат натрия разбавленной серной кислотой выделяют оксид ванадия V₂О₅. Из оксида ванадий восстанавливают алюминием.

Металлы подгруппы ванадия получают:

• металлотермическим восстановлением (Са, AL) оксидов:

3V₂O₅ + 10AL 6 V + 5AL₂O₃

• металлотермическим восстановлением галогенидов или комплексных фторидов:

NbCI₅ + 5Nа 2 Nb + 5 NaCI

K₂TaF₇ + 5Nа Ta + 5 NaF + 2 KF

• электролизом Ме₂О₅ в расплаве K₂МеF₇

• алюмотермическим восстановлением смеси оксидов этих металлов с оксидами Fе. Получают сплавы феррованадий, ферротантал, которые используют как легирующие добавки к сталям.