3.5.1.Физические свойства

В виде простых веществ V, Nb, Ta- серые, тугоплавкие металлы (табл.3.6.) Физико-химические свойства этих металлов существенно зависят от чистоты: в чистом виде они легко поддаются механической обработке, а при загрязнении (Н₂,О₂,N₂,С) становятся твердыми и хрупкими.

Таблица 3.6 .

Некоторые свойства элементов подгруппы ванадия

Металл	Rат, нм	Плотность, г/см3	Стандартный электродный потенциал, В	Jион., эВ	Tпл.,0C	Tкип.,0C	Содержание в земной коре, %
V	0,134	5,96	-0,835 Э3+/ Э -1,18 Э2+/ Э	6,74	1710	3450	1,510 2
Nb	0,145	8,58	-1,099 Э3+/ Э	6,88	2487	4930	1,510 3
Ta	0,146	16,69	-	7,89	2997	5425	210 4

Вследствие «лантаноидного сжатия» атомные и ионные радиусы Nb и Ta практически одинаковые, поэтому Nb и Ta очень близки по свойствам.

Рост по группе первого потенциала ионизации свидетельствует об уменьшении химической активности в ряду: VNb Ta.

3.5.2. Химические свойства

В обычных условиях эти металлы, а особенно Nb, Ta отличаются высокой химической стойкостью.

Отношение к неметаллам схематично можно представить в виде схемы:

Металлы устойчивы на воздухе, но при нагревании взаимодействуют с О₂, N₂, С, галогенами, S с образованием соединений:VF₅; VCI₄; VBr₃; NbHaI₅ ; V₂S₃; VN; NbC.

Особую группу соединений представляют гидриды: ЭН, нитриды: ЭN, Nb₂N, Ta₂N, карбиды:ЭС, Э₂С, бориды : ЭВ,ЭВ₂. Кислород, при небольшом относительном содержании может образовывать фазы внедрения: Та₆О, Та₂О, Nb₂О, Nb₆О. Все это металлоподобные соединения (металлиды), обладающие электропроводностью, твердостью, тугоплавки, коррозиционно стойки. Так, Т_{плав. ТаС}= 3880⁰С. Служат они для создания жаропрочных сталей и сплавов, отличающихся высокой твердостью и химической инертностью.

Отношение к кислотам. В воде эти металлы устойчивы несмотря на то, что Е⁰ = -1,88  - 1,1 в, т.к. покрыты защитной оксидной пленкой:

переход V / V²⁺ V/ V³⁺ VO₂⁺/V Nb/ Nb⁵⁺ Та/Та⁵⁺

E⁰₂₉₈, В -1,17 -0,255 -0,25 -0,65 -0,75

Все металлы растворяются в плавиковой HF, смесях кислот:HF + HNO₃ и HCI+ HNO₃:

2V + 6HF  2 VF₃ + 3 H₂

3Nb + 21 HF + 5HNO₃  3H₂NbF₇ + 5NO +10H₂O

Ванадий взаимодействует с конц. H₂SO₄ и HNO₃:

3V + 5 HNO_3(конц)  3 HVО₃ + 5NO + H₂O

V + 4 H₂SO_4(конц)  VОSO₄ + SO₂ + 3H₂O

Схематично эти процессы можно представить в виде схемы:

Растворы щелочей на эти металлы почти не действуют, но в расплавах NaOH и KOH в присутствии О₂ они растворяются с образованием ванадатов, ниобатов, гафнатов, например:

4Э + 12КОН + 5O₂  4К₃ЭО₄ + 6H₂O

Следует отметить, что V вытесняет благородные металлы из растворов их солей, например

V + PtCI₄ + H₂O = VOCI₂ + Pt + 2HCI;

или

4 FeCI₃ + V + H₂O = VOCI₂ + 4FeCI₂ + 2HCI.

т.е. восстанавливает: Fe⁺³  Fe⁺² ; Cu⁺²  Cu ⁺¹ ; Hg⁺²  Hg₂⁺² и т. д.