- •8. Химия переходных металлов
- •8.1. Химия металлов ib группы
- •8.1.1. Способы получения
- •8.1.2. Химические свойства
- •8.1.3. Соединения элементов
- •8.2. Химия металлов iib группы
- •8.2.1. Способы получения
- •8.2.2. Химические свойства
- •8.1.3. Соединения элементов
- •8.3. Химия металлов iiib группы
- •8.3.1. Способы получения
- •8.3.2. Химические свойства
- •8.3.3. Соединения элементов
- •8.4. Химия металлов ivb группы
- •8.4.1. Способы получения
- •8.4.2. Химические свойства
- •8.4.3. Соединения элементов
- •8.5. Химия металлов vb группы
- •8.5.1. Способы получения
- •8.5.2. Химические свойства
- •8.5.3. Соединения элементов
- •8.6. Химия металлов vib группы
- •8.6.1. Способы получения
- •8.6.2. Химические свойства
- •8.6.3. Соединения элементов
- •8.7. Химия металлов VII b группы
- •8.7.1. Способы получения
- •8.7.2. Химические свойства
- •8.7.3. Соединения элементов
- •8.8. Химия металлов VIII b группы
- •8.8.1. Способы получения
- •8.8.2. Химические свойства
- •8.8.3. Соединения элементов
8.5.3. Соединения элементов
В бинарных соединениях элементы проявляют все степени окисления от +1до+5. Соединения высших степеней окисления наиболее устойчивы, которая растет от ванадия к танталу.
С водородом образуют твердые растворы, причем растворимость водорода с ростом температуры уменьшается.
Галогениды – ковалентные, легкоплавкие летучие соединения с высокой химической активностью. Некоторые из них диспропорционируют: 2VF4 VF5+VF3
Галогениды легко гидролизуются: VF3+H2O=VOCI+2HCI
Оксиды – твердые, тугоплавкие вещества, практически нерастворимые в воде. Непосредственно при окислении металлов образуются только высшие оксиды. Большинство оксидов проявляют основной характер, VO2, Nb2O5, Ta2O5 - амфотерны, V2O5 – проявляет слабокислотные свойства.
Низшим степеням окисления соответствуют основания Э(ОН)2 и Э(ОН)3. Высшим степеням окисления +5 соответствуют кислоты, неустойчивые в свободном состоянии: метаи ортокислоты типа НЭО3 и Н3ЭО4, которым соответствуют соли: мета- и ортованадаты, мета- и ортониобаты, мета- и ортотанталаты.
Применение. Сплавы на основе этих металлов обладают высокой антикоррозионными свойствами, механической прочностью, высокими температурами плавления. Они широко используются в реактивной и космической технике, при создании атомных реакторов.
8.6. Химия металлов vib группы
К этой группе относятся: хром, молибден, вольфрам. Электронное строение: Cr: ..3d5, 4s1; Mo: ..4d5, 5s1; W: ..5d4, 6s2. Возможные степени окисления: для Cr: +2, +3, +6; Mo: +2, +3, +4, +5, +6; W: +2, +3, +4, +5, +6. Координационные числа 4-6 (Cr); до 8 (Mo, W).
8.6.1. Способы получения
В свободном виде получают переработкой природных соединений, конечными продуктами которой обычно являются оксиды Cr2O3, MoO3, WO3: Cr2O3+AI= AI2O3 +Cr;
Cr2O3+AI=2Cr+AI2O3; MoO3+H2=Mo+3H2O; MoS Mo+2S; MoS2+2H2 Mo+2H2S; WO3+H2=W+3H2O
Очень чистые металлы – электролиз расплавов, в случае хрома – водных растворов его соединений.
8.6.2. Химические свойства
Это малоактивные металлы при обычных условиях, несмотря на то, что в ряду напряжений находятся перед водородом, они практически не подвергаются коррозии из-за образования на их поверхности тонкой прочной оксидной пленки. С повышением температуры и при удалении защитной пленки они способны взаимодействовать со многими элементами. В ряду Cr-W химическая активность понижается, причем молибден и вольфрам по свойствам схожи и отличаются от хрома. С водородом, азотной кислотой (разб. и конц.) не реагируют. С HF, HCI, H2SO4(разб) только хром: Cr+HF=CrF2 +H2
Cr+ H2SO4(разб)= CrSO4(разб) +H2, Cr+HCI=CrCI2 +H2
Э+Г2 CrГ2 ,CrГ3 (ЭГ2 , ЭГ3, ЭГ4 ,ЭГ5, ЭГ6 – W и Мо)
Э+О2 Cr2O3 (WO3, MoO3); Э+N2 Э2N, ЭN
Э+P ЭxPy Э+C ЭxCy
2Cr+3H2O=Cr2O3+3H2 W(Mo)+2H2O=WO2+2H2
W(Mo)+H2SO4(конц.)=H2WO4(Mo)+H2
8.6.3. Соединения элементов
В бинарных соединениях проявляют все степени окисления от 0 до +6, но наиболее устойчивая у хрома - +3 и +6; модибдена - +4 и +6; вольфрама - +6. Соединения в высшей степени окисления проявляют кислотные свойства, с понижением кислотный характер соединений ослабевает.
Из галогенидов наибольшее значение имеют фториды и хлориды.
Все оксиды – твердые вещества, наиболее устойчивые – Cr2O3, MoO3, WO3, которые могут быть получены при непосредственном взаимодействии с кислородом. Единственный хорошо растворимый оксид - CrO3: CrO3+Н2О=Н2CrO4
Гидроксид хрома (+3) – амфотерный, взаимодействует с раствором, расплавом щелочи, кислотами. При взаимодействии с раствором щелочи образуются гидроксохромиты: Cr(OH)3+NaOH=Na[Cr(OH)4] Cr(OH)3+3NaOH=Na3[Cr(OH)6] (более конц. щелочь)
При прокаливании соли обезвоживаются и переходят в безводные хромиты: Na[Cr(OH)4]=NaCrO2+2H2O
Хромовая и дихромовая кислоты средней силы и существуют только в водных растворах, но соли могут быть выделены из растворов. В кислой среде хромат-ион переходит в дихромат-ион: 2CrO42- + 2H+=H2O + Cr2O72- и наоборот, под действием щелочи: Cr2O72- +2OH-=2CrO42- +H2O. Хроматы, особенно дихроматы – сильные окислители. Молибденовые и вольфрамовые кислоты малорастворимы в воде, их соли устойчивые соединения.
Применение. Наиболее широкая область применения - металлургия, где они используются в качестве легирующих компонентов в производстве сортов сталей и сплавов. Хром широко используется для хромирования (защитное покрытие), дихроматы – в химических производствах как окислители. Молибден и вольфрам – для производства катодов, анодов, нагревательных элементов в электровакуумной технике, в качестве катализаторов.