Большаков - Химия и технология редких и рассеянных элементов (т.3) (1108618)
Текст из файла
И ТЕХНОЛОГИЯ РЕДНИХ И РАССЕЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЧАСТЬ РН Пед ред. чл.-нерр. АН СССР К. А. Белъшанееа Издание 2-е, лерерабетанаее н денелненнее депущене Мнннстерствэи выииэге н среднвге спэцнальнеге ебрасевапня СССР в качестве учебнвгэ пвсебня для студентвв химике-техиэяегнчвепик впэцмальиестей вуэев а б,бвотека нгбеукоеа пповиыа Н адаксьт К~'~ ШБНЧБНКД 931~~~р ,„, нстнсэс ббССКВА «ВЫСШАЯ ШНСЛАэ тбте „646 УДК 646 (6.76) П. С. Киндяков, Б. Г.
Коршунов, П. И. Федоров, И. П. Кисляков Рецензент; проф. Э. П. Бочкарев (ГИРЕДМЕТ1. Химия и технология редких н рассеянных элементов. Х46 Ч. П!. Под ред. К. А. Большакова. Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высш. школа», 1976. 320 е. с ил. На обороте титула автл П. С. Киндяков, Б. Г. Коршунов, П. И. Федоров, И. П. Кисляков. Книга представляет собой учебное пособие по специальньж курсам для студентов химико-технологических вузов. В тгжтьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобин, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, ренин.
Наибольшее внимание уделено свойствам соединений злееентов, имеющих значение в техиа~югни. и техаалогин рассмотрены важиейнгне сблжти применения. рудное сырье н его обогащение, получение соединений элементов из кои. цеитратов и отходов проюводспга, современные методы разделенна н очистки элементов. Пособие сгктавлено гю материалзмь оцьбликоваииым в советской и вар!беж ной печати по !972 г.
включительно. 20602 — 399 Х 79 — гб ооцоП вЂ” 70 © издательство «Вмсюа» юкола», !9тб г. Атомы ванадия, ниобия и тантала имеют характерное для переходных элементов строение: их валентные электроны расположены в двух внешних слоях, в периферийном слое — два электрона (у ниобия— один). С предпоследнего слоя в определенных условиях эти элементы отдают еще до трех электронов 1ниобий — до четырех).
Валентность ванадия, ниобия и тантала в соединениях бывает П, П1, 1Ч и Ч. Валентность Ч в обычных условиях наиболее стабильна. Электронные формулы элементов подгруппы ванадия: овЧ 1ао2ав2резоозрезбз4зз ввХЬ вЂ” 1 ое2зо2рвззезрвзг1во4зо4рв4бвбза зта — 1Ф2оо2рвззезрвзбво4М4ре4бво41еебоебребеРбоо Ванадий, ниобий и тантал — тугоплавкие металлы серого цвета, твердые, но легко поддающиеся механической обработке.
Все три металла образуют кубические объемно-центрированные кристаллические решетки: параметры: а=3,0282; 3,3007; 3,2997 Л соответственно. Их основные физико-химические и механические свойства приведены в табл. 1'. В компактном состоянии металлы весьма устойчивы к действию различных реагентов. Так, ниобий и тантал нерастворимы во всех кислотах, кроме плавиковой.
Ванадий растворяется не только в НР, но и в тех кислотах, которые являются сильными окислителями: в Н110„ в царской водке. Растворы щелочей на них не действуют, однако расплавленные щелочи постепенно их растворяют. В виде порошков ванадий, ниобий и тантал при нагревании энергично реагируют с кислородом, хлором и серой.
Реакционноспособнее среди них ванадий. Наибольшее число известных химических соединений образует ванадий,наименьшее — тантал. По этой причине восстановление окислов и других о Б 1й70 г. в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубив) синтезирован 105-й элемент путем бомбардировки америция ускоренными ионамн неона. Н результате ядерной реакции и возникающего при этом возбужденного составного ядра получены атомы элемента — аналога тантала: еводщ -1- еЧЧе — ь ове105о -е. авв хв!05+ хл Период полураспада ядер нового элемента, который предложено назвать нильсборием в честь Нильса Бора, около 2 с.
Таблица 1 Некоторые свойства влемеитов подгруппы ванадия [1 — 9) Ваввавй твксвл Нквеий Свойства 1,4289 1.3112 1,4292 7,32 0,69 93 9,1 0,4 47; 48; 49; 50; 51; 52; 6,11 10,9 0,68 180, 181 16,6 8,5 1900~25 2415 3300 45 — 125 (отожж.) 125 — 350 (деформ,) 75 (отожж.) 200 †2 (деформ,) 37 80 1840 0,034 (при 20') 0,640 (при 0'С) 0,1!5 (при 0 — 100') Удельное электросопротивление Х 10в, См.см 13,! (протянутая проволока 60% обжатия) 26 (после холодной обработки) !3,1 Температурный коэффициент электросопроОм сы тивления Х10',— град 38,2 (при 0 — !00') Удельная магнитная восприимчивость х!Ов .
0,87 Коэффициент линейного расширения Х10' . 6,6 (при 0 — 500') Коэффициент теплопроводнссти, кал/(см с град) 0,130 (при 20 — 100') Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов, бари/см' Работа выхода электронов, эВ 20 1,2 4,12 4,01 Атомный радиус, А Атомный объем, смв/г-атом Ионный радиус Эв+, А Изотопы (природные) Плотность, г/смв . Температура плавления, 'С Температура кипения, С Твердость по Бринеллто, кг/ммв Скрытая теплота плавления, кал/г Скрытая теплота испарения, кал/г .
Удельнаятеплоемкссть, кал г.град 35 (при 20 ) +1,4 (при 18') 9.6 (при 20 — 500') О, 074 (прн 100') 39,5 (при 20'С +1,5 (прн 18') 7,1 (при 0-100') 0,130 (при 100') соединений до металла оказывается труднее всего у ванадия. Восстановление же до низших валентностей, наоборот, идет наиболее легко у ванадия, особенно в растворе, Все три металла способны поглощать значительное количество водорода. Гидраты пятиокисей всех элементов в той или иной мере растворимы в сильных кислотах и растворах щелочей. Однако Ч,О„ХЬ»О «и Та,О, правильнее считать окислами кислотными, так как они образуют соли преимущественно с окислами основного характера. Способностьсоединений пятивалентных элементов подгруппы гидролизоваться уменьшается в направлении от ванадия к танталу.
Химически ниобий и тантал имеют между собой значительно больше сходства, чем с ванадием. Одна из главных причин этого — лантаноидное сжатие, делающее близкими их ионные радиусы (см. табл. 1). ХИМИЯ ВАИАЙИЯ В 1801 г, мексиканский минералог дель Рио, исследуя пробу свинцовой руды, выделил некоторые соли нового элемента, которые при действии на них кислот давали соединения красного цвета. Элемент был назван эритронием (от греческого «эритрос» — красный). Однако вскоре после работ других исследователей, атакже после собственной проверки дель Рио решил, что он имел дело с соединениями хрома. В 1830 г.
швед Н. Г. Зефстрезм открыл в железной руде из Таберга (Швеция) новый элемент, которому дал название «ванадий» по имени древне- скандинавской богини красоты Ванадис из-за цветового многообразия соединений элемента. В 1831 г. немецкий химик Ф. Велер„который сам был близок к самостоятельному открытию того же элемента, показал тождественность ванадия и эритрония.
В 1867 г. английский химик Г. Роско выделил металлический ванадий (чистоты около 96%) путем восстановления ЧС1, водородом. В дальнейшем многие исследователи безуспешно пыталисьполучитьболее чистыйванадий. Ванадий в силу трудности его очистки от кислорода, азота, углерода и водорода получался только в виде хрупких образцов. Лишь в 1927 г. Мардену и Ричу удалось получить первые образцы ковкого ванадия восстановлением Ч«О, кальцием.
Ванадий широко распространен в природе и составляет около 0,02% от веса земной коры, т. е. примерно столько же, сколько цинк и никель. Однако он более рассеян и присутствует в виде следов во многих рудах. Собственные руды ванадия очень редки. Небольшое его количество найдено в железных, свинцовых, свинцово-цинковых, свинцово-медных и алюминиевых рудах (16,!61. Практически весь ванадий земной коры находится в еетвердой оболочке — литосфере — в изверженных породах, где он вследствие близости размеров ионных радиусов Ч" и Ре" изоморфно замещает катион железа (П1). Получение чистого ванадия сопряжено с большими трудностями ввиду повышенной реакционной способности металла при высокой темпеРатуре по отношению к кислороду, азоту и некоторым другим элементам.
Большинство методов получения металлического ванадия сводится к восстановлению его окислов или галогенидов (главным образом хло- ридов) различными восстановителями. Распространенный способ по- лУчениЯ вЂ” восстановление ЧаО, кальцием или алюминием в пРисУтствии флюсов (СаС1 и др.): ЧаО, + 5Са =2Ч+ 5СаО+321,5 ккал (1) ЗЧаОа + ! ОА! = 5Ч + 5А!аОа -~- 858, 2 ккал (2) Эффективный восстановитель Ч,О, — мишметалл (смесь редкоземельных элементов). Мишметалл, как Са и А1, имеет большое сродство к кислороду, иреакция восстановления сопровождается большим выделением тепла.
Восстановлением водородом получается металл чистотой 99,5 — 99,9%: 2ЧС!а + ЗНа = 2Ч + 6НС1 (З) Способ получения термическим разложением дииодида Ч!, на вольфрамовой проволоке позволяет получать металл высокой чистоты. Этот способ аналогичен получению Т1 из Т(С!а. Чистый Ч, обладающий высокой пластичностью, может быть получен металлотермическим или электрохимнческим восстановлением различных соединений ванадия с последующей электронно-лучевой переплавкой металла 15 !. Физические и химические свойства. Ванадий химически относительно активен. Некоторые его физико-химические свойства см. в табл. 1. Чистый металл, не содержащий нитрида и карбида, пластичен.
Его можно легко протягивать в проволоку и прокатывать в листы и тонкую фольгу при обычной температуре. Металл, содержащий нитриды или карбиды, тверд и хрупок. В виде порошка при нагревании энергично соединяется с кислородом, серой и хлором. Компактный металл при обычной температуре даже во влажном воздухе остается блестящим. При нагревании в воздухе и в кислороде сначала темнеет, изменяя цвет, покрывается окислами различной степени окисления и,наконец, сгорает в Ч,О,. При нагревании в атмосфере водорода поглощает его, а при нагревании в атмосфере азота образует ингриды. В избытке хлора сгорает в ЧС14. Изучено взаимодействие ванадия с большим числом металлов и неметаллов.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
