В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Подгруппа скаидия (3 (П!В) группа) содержит элементы скандий Яс, иттрий У, лантан 1а, актиний Ас, а также 7'-металлы, которые будут рассмотрены отдельно. Все элементы — достаточно активные металлы, они уступают по активности только щелочным и щелочноземельным металлам. С увеличением порядкового номера химическая активность простых веществ возрастает. В электрохимическом ряду напряжений все металлы подгруппы скандия находятся значительно левее водорода. Скандий из-за пассивирования не взаимодействует с водой, а лантан при обычных условиях медленно ее разлагает: 21.а+ 6НзО = 21.а(ОН)з+ ЗНз!.
Для всех элементов подгруппы характерна единственная степень окисления +3. Оксиды МзОз — тугоплавкие белые кристаллические вещества. Активность их взаимодействия с водой с ростом порядкового номера увеличивается. Все гидроксиды М(ОН)з представляют собой белые кристаллические вещества, разлагающиеся при нагревании на оксид и воду. В ряду Зс-У-1а усиливается основный характер гидроксидов: Ьс(ОН)з — амфотерный гидроксид, тогда как !.а(ОН)з — сильное основание. В подгруппу титана (4 (ТУВ) группу) входят титан Т1, цирконий Ег, гафний Н!.
Все они представляют собой серебристо-белые, тугоплавкие металлы. Титан относится к легким металлами, цирконий и гафний — к тяжелым. В порошкообразном состоянии способны растворять значительные количества водорода, При обычных условиях простые вещества коррозионно устойчивы из-за наличия плотной оксидной пленки. При нагревании их химическая активность сильно возрастает.
Они способны реагировать с кислородом, азотом, галогенами, образуя при этом соединения, в которых степень окисления элементов +4: Т!+ 20з = Т!Оз, л,г+ 2С1з = г.гС14. В азотной кислоте все металлы подгруппы титана пассивируются. В раздробленном состоянии они растворяются в плавиковой кислоте с образованием фторидных комплексов: М+ 6Нг = Нз(Мгз) + 2Нз!.
От Т! к Н! возрастает основный характер оксидов ЙОз и гидроксидов В(ОН)4. 194 Гл. 7. Химия мемаллов Титан благодаря своей легкости в сочетании с высокой термической и коррозионной устойчивостью является очень ценным конструкционным материалом. Введение в титан легирующих добавок позволяет регулировать его механические свойства. Из титана изготавливают корпуса и детали самолетов, ракет, подводных лодок. Титан хорошо совместим с тканями человека, поэтому из него делают протезы.
Подгруппа ванадия (5 (НВ) группа) включает элементы ванадий Н, ниобий ЫЬ и тантал Та. Все металлы — серые тугоплавкие вещества, в обычных условиях отличаются высокой химической стойкостью. Ванадий на холоде растворяется лишь в царской водке и концентрированной плавиковой кислоте, ниобий и тантал — в смеси НГ и НЫОз с образованием фторидных комплексов: ЗТа+ 5ННОз + 21НГ = ЗНз[ТаГт] + 5ЫО+ 10НзО. Ванадий, ниобий, тантал взаимодействуют при сплавлении со щелочами в присутствии окислителей с образованием анионных комплексов, где они имеют высшую степень окисления +5: 4М + 50з + 12КОН = 4Кз[М04] + 6НзО.
Все металлы проявляют в соединениях степени окисления от +2 до +5. При увеличении степени окисления от +2 до +5 возрастает кислотный характер оксидов и гидроксидов. Устойчивость высших степеней окисления также растет в ряду Н-НЬ-Та. Для ванадия наиболее устойчива степень окисления +4 (из-за образования иона ванадила НО~ч ), для ниобия и тантала +5. Соединения элементов в низших степенях окисления +2 и +3 характерны в основном для ванадия, но их устойчивость невелика.
Соединения ванадия (11) — сильные восстановители. Подгруппу хрома (6 (Н!В) группу) составляют элементы хром Сг, молибден Мо, вольфрам %. У хрома и молибдена на внешнем уровне находится только один з-электрон: (и — 1)~(з па'. У вольфрама проскок электрона не происходит — электроны, находящиеся на бз-подуровне, не распариваются из-за повышенной устойчивости этой пары (иногда бз'-электроны называют инертной парой). Это различие в электронных конфигурациях не оказывает существенного влияния на свойства элементов. Все элементы могут проявлять степени окисления от +2 до +6. Для хрома наиболее устойчива степень окисления +3, для молибдена и вольфрама— высшая степень окисления +6.
Простые вещества подгруппы хрома — серовато-белые блестящие металлы. С увеличением порядкового номера растут температуры плавления и кипения. Вольфрам — самый тугоплавкий из всех металлов (1„= 3422'С). На свойства металлов большое влияние оказывают примеси; так, чистый хром — очень пластичный металл, а технический (с примесями) — очень твердый. Как и в других подгруппах д-элементов, химическая активность в ряду Сг-Мо-% значительно уменьшается.
Хром растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах: Сг+ 2НС1 = СгС!з+ Нз(, Сг+ Нз504 = Сг504+ Нз|, а молибден и вольфрам — лишь в горячей смеси азотной и плавиковой кислот: Э+ 2ННОз + 8НГ = Нз[ЭГз] + 2ЫО(+ 4НзО. 9 7.5. 5-Металлы 195 Молибден и вольфрам взаимодействуют при сплавлении со щелочами в присут- ствии окислителя с образованием анионных комплексов: Э+ ЗгчагчОз + 2НаОН = ХазЭ04+ Зп!агчОз + НзО. Холодными концентрированными азотной и серной кислотами хром пассивируется, а при нагревании растворяется в них; 2Сг+ 6НзЯОз(конц.) = Сгз(60а)з + 330г1 + 6НгО, Сг+ 6НХОз(конц.) = Сг(НОз)з + ЗНОз ! + ЗНзО.
Соли двухвалентного хрома получают, действуя на металл кислотами-неокислителями (например, ННа!). Для предотвращения окисления полученных солей кислородом воздуха в реакционный сосуд дополнительно вводят какой-либо легко- кипящий органический растворитель (например, бензол), пары которого заполняют весь сосуд и препятствуют проникновению воздуха. Водные растворы солей хрома (П) окрашены в красивый синий цвет, обусловленный образованием аква- комплекса [Сг(НзО)з[зь.
На воздухе они мгновенно окисляются до Сг(1П), что сопровождается изменением окраски на серо-фиолетовую или зеленую: 4СгС!з + Оз + 4НС! = 4СгС!з + 2НзО. Отсутствие кислорода не всегда позволяет избежать окисления хрома. Если в си- стеме присутствует вода, то соли Сг(П) окисляются ей до Сг(П1): 2СгС!з + 2НзО = 2Сг(ОН)С!з + Нз'[. При действии на соли хрома (П) растворами щелочей выпадает желтый осадок гидроксида, не реагирующий с избытком щелочи, т.е. проявляющий основные свойства: СгС!з + 2НаОН = Сг(ОН)з1+ 2ХаС!.
Соответствующий ему оксид СгО также является основным. Трехвалентное состояние является наиболее устойчивым для хрома, все хром- содержащие минералы содержат хром именно в этой степени окисления. Многие свойства солей хрома (!П) похожи на свойства солей алюминия. При действии на соли хрома (П!) раствором аммиака образуется гидроксид хрома (П1) Сг(ОН)з— осадок зеленого цвета: Сгз(604)з + 6ННз + 6НзО = 2Сг(ОН)з1+ 3(ИН~)зЗО~. Как и гидроксид алюминия, он обладает амфотерными свойствами и растворяется как в кислотах, так и в щелочах: 2Сг(ОН)з + ЗНзЯОз = Сгз(ЗОл)з + 6НзО, Сг(ОН)з + ЗКОН = Кз[Сг(ОН)з]. Легче всего происходит растворение свежеосажденного Сг(ОН)з. Одно из важнейших соединений хрома (П1) — оксид СгзОз — представляет собой темно-зеленый порошок, нерастворимый в воде. В природе он встречается в виде минерала хромовой охры.
На основе этого вещества изготавливают полировальные пасты. Оксид хрома (П1) образуется при прокаливании соответствующего гидроксида 2Сг(ОН)з — — СгзОз + ЗНзО, 196 Гл. 7. Химия металлов а также дихроматов калия и аммония: 4КзСгз07 = 2СгзОз + 4КзСг04 + 30з1, (ННл)зСгз07 = СгзОз+ Хз1'+ 4НзО. СгзОз — типичный амфотерный оксид.
При сплавлении СгзОз со щелочами, содой и некоторыми солями получаются соли хромиты, растворимые в воде: СгзОз + 2МаОН = 2МаСгОз + НзО !, СгзОз+ МазСОз = 2МаСгОз+ СОз!', СгзОз + ЗКз5з07 = Сгз(50л)з+ ЗКз50л. Как и в случае алюминия, невозможно получить в водных растворах карбонат, силикат, сульфид и сульфит хрома (П1), поскольку эти соли полностью гидролизуются водой.
Если смешать растворы хлорида хрома (П1) и сульфида натрия, выпадает осадок гидроксида и выделяется газ — сероводород: 2СгС!з + ЗИаз5+ 6НзО = 2Сг(ОН)зг + 6НаС1+ ЗНз51. Степень окисления +3 для хрома наиболее устойчива, поэтому соединения хрома (!П) могут перейти в соединения хрома (П) лишь под действием сильных восстановителей: 2СгС!з+ Хп = 2СгС!з+ 2пС!з.
Сильные окислители, например, пероксид водорода или бром в щелочной среде пе- реводят соединения хрома (!П) в соединения хрома (Ч1): 2Сг(ОН)з+ ЗВгз+ !ОИаОН = 2ИазСг04+ 6МаВг+ ЗНзО. Оксид хрома (У1) СгОз представляет собой ярко-красные кристаллы, легко растворимые в воде с образованием хромовой кислоты НзСг04, которая существует лишь в растворе.
СгОз — типичный кислотный оксид, при взаимодействии со щелочами он образует хроматы, содержащие ион СгОз и окрашенные в желтый цвет: СгОз + 2КОН = КзСгОл + НзО. В кислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы СгзОз 2КзСг04 + Нз504 = КзСгз07 + Кз504. В щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении: КзСгз07 + 2КОН = 2КзСгОл + НзО. Для получения оксида СгОз используют подкисление концентрированной серной кислотой растворов дихроматов или хроматов: КзСг04+ Нз504 = СгОз+ Кз504+ НзО. Все соединения хрома (Ч!) — сильные окислители, восстанавливаются обычно до хрома (ШП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
