Неорганическая химия. Т. 3, кн. 1. Под ред. Ю.Д. Третьякова (975565), страница 25
Текст из файла (страница 25)
В другом менее распространенном методе трихлорид ванадия восстанавливают расплавленным магнием. Наиболее чистый металл получают иодидным способом, проводя термическое разложение летучего дииодида ванадия. Поскольку содержание ниобия и тантала в рудах, подвергаемых переработке, обычно пе превышает сотых долей процента, на первой стадии производства руды обогащают с использованием магнитных, химических, флотациоиных или гравитационных методов, Полученные концентраты, представляющие собой ниобаты и танталаты разных металлов, разлагают горячей плавиковой кислотой, спекают с содой или хлорируют. Наиболее трудоемкую стадию процесса представляет разделение соединений ниобия и тантала, так как они обладают очень близкими свойствами. Гидрофторидный метод основан на образовании различных фторидпых комплексов ниобия и тантала: гептафторониобат при кипячении раствора гидролизуется, превращаясь в оксофторидпый комплекс: 4Ге]~Ь,О„+ 64НГ+ О, = 4Нз]ГеГ,] ч- 8Нз[ХЬОГ ] + 18Н,О 4ГеТа,Оь + 80НГ + О, = 4Н~[ГеГ,] + 8Н [ТаГ,] ь 26Н,О Для отделсиия соединений железа и других примесей к раствору добавляют гидрофторид калия.
При этом комплекс К,]ТаГ,] вьшадаст в осадок, а оксофтороииобат остается в растворе. Этот метод, разработанный в 1866 г. М. Марииьяком, в настоящее время уступил место более совершенным, основанным на экстракции метилизобутилкетоиом или другими растворителями, При сплавлении ниобиевотанталового концентрата с содой или щелочью образуются смеси ниобатов и таиталатов: хоо с 4ГеМ~О~ + 14Ха,СО, ж О, — > 4Ь]аГеО, -г 8Ь]азМО4 + 14СОгТ (М = Ь]Ь,Та) Эти вещества мало растворимы в воде и легко отделяются от раствора, в который переходит большинство примесей. От соединений железа и марганца осадки очищают обработкой соляной кислотой.
При хлорировании руды ниобий и таптал переходят в летучие хлориды ]~ЬС1, и ТаС1„и могут быть легко отделены сублимацией от хлоридов вольфра- Биологическая роль ваяадия Содержание ванадия в организме человека крайне мало, но некоторые низшие морские животные — асцилии (рис. 3.2), по внешнему виду напоминающие губки, обладают способностью аккумулировать этот элемент в крови в особых органеллах — ваналоцитах. Содержание ваналия в этих организмах превышает его концентрацию в морской воде в десять миллионов раз! Хотя в морской воде он присутствует в виде соединений в высшей степени окисления, кровь этих существ представляет собой О, ! — 0,2 М раствор солей ванадия(1!!) и ванадия(1Ъ), находящихся в равновесии.
Происходящие в крови асцидий окислительно-восстановительные процессы, связанные с обратимым переходом ванадия(1!!) в ванадий(1Ч), лежат в основе переноса кислорода, Ваналий обладает способностью изоморфно замещать фосфор в гидроксоапатите и фторапатите, которые составляют основу зубной эмали, Это наблюдается и в некоторых природных апатитах. Ванадий незаменим лля жизнедеятельности водорослей, в коюрых он активирует фотосинтез, Ванадиевая нитрогеназа — ваналийсодержащий серный белок наряду с молибденовой нитрогеназой участвует в процессах фиксации атмосферного азота азобактериями.
Ванадий обладает высокой биохимической активностью. Его соли активно катализируют окисление гидроксильных соелинений (гидрокситриптамина, гидрокситриптофана, гилрокситирозина, адреналина и др.). Некоторые ядовитые грибы, например мухоморы и бледная поганка, накапливают ванадий в форме амавалина — комплекса с бис-(2,2'-оксиимино)липропионатом: Нзс СН, ~;=Ы (а — н('о СН СН1 Высокая концентрация ванадия в плодовых телах этих ~рибов обьясняется устойчивостью этого комплекса как в случае ванадия(У), так и в случае ванадия (1зг)*. 'Лгтитпя ЕМ., деддоез Я7, Са!Иья !Л вал //Л Атег.
Слель зос. — !993 — 'к' ! !5.— Р. 307. ма, олова, железа, марганца, свинца и других примесей. Разделение хлорилов ниобия и тантала осуществляют ректификацией комплексов с оксохлоридом фосфора ()х)Ь, Та)С!, РОС!,. Металлические ниобий и тантал получают металлотермическим восстановлением комплексных фторидов: К,!ТаЕ,! + 5(Ча = 2КГ+ 5Ь(аГ+ Та или оксилов: 112 Рис.
3.2. Асцидия Аасийа гпепщ1а (а) (( — роговое отверстие; 2 — клоакальное отверстие); колонии ВоггуПцх ч101асецз на камне (б) а б В очень небольших количествах ванадий входит в состав животных и растительных организмов, включая человека. Организм здорового взрослого человека содержит примерно 1Π— 25 мг ванадия, по большей части в костях, зубах и жировой ткани. В очень малых количествах ванадий постоянно присутствует в пищевых продуктах, особенно морских, овощах и молоке. Это следовый элемент, микроколичества которого необходимы для жизнедеятельности.
Соединения ванадия токсичны! Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей, например, оксид УзОь Попадая в организм человека, соединения ванадия вызывают раздражение дыхательных путей, легочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек.
Они накапливаются в костной ткани, в меньшей степени — в печени и селезенке. Ниобий обнаружен практически во всех пищевых продуктах. В средах, близких по рН к внугренним средам организма, соединения ниобия обладают крайне малой растворимостью, что обусловливает плохое всасывание их в желудочно-кишечном тракте, В организме ниобий распределяется сравнительно равномерно. Помимо крови (считают, что связь ниобия с белками сыворотки крови имеет характер адсорбции) относительно большое количество ниобия накапливается в мышцах, скелете, печени, почках и легких. Время, в течение которого содержание ниобия в организме уменьшается вдвое, составляет примерно 250 сут, Роль тантала еще мало изучена.
Известно, что всасывание тантала из желудочно-кишечного тракта человека очень мало. Это обусловлено плохой растворимостью соединений тантала в кишечных соках. Уникальное свойство металлического тантала — высокая биологическая совместимость. На этом свойстве основано широкое применение его в медицине, главным образом в восстановительной хирургии. 3 М О, + 10А1 = 6М ч- 5А!,О, (М = )чЬ, Та) восстановлением оксидов сажей нлн карбидами: 1900 С Ь(Ь,О, + 5С вЂ” — + 2Ь)Ь + 5СО а также электролнзом расплавов К,~Ь(ЬГ,( с добавкой КС( и Ь(аС1 или К,(ТаЕ,( с добавкой ТарО, при температуре 700 С. 113 При электролизе металл выделяется на катоде вследствие восстановления катионов [ТаГр[-"; [ТаГ,['-+ 5е = Та + 2Г На аноде разряжаются оксофторотанталаты, образующиеся при взаимодействии [ТаГ,["- с Та.О;: 2[ТаОГь[з — 4е = 2[ТаГь1 + О,'[ Выделяющийся кислород взаимодействуст с графитовым анодом с образованием монооксида углерода.
При алюмотермическом восстановлении металлы образуют сплав с алюминием, из которого алюминий удаляют путем вакуумной переплавки. В остальных случаях металлы выделяются в виде порошков. Их прессуют, а затем плавят в вакуумно-дуговых печах для получения слитков. 3.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ Ванадий — металл блсдно-серого («стального») цвета со структурой типа и-железа; чрезвычайно твердый, но пластичный — он поддается шлифованию и полировке.
По сравнению с титаном ванадий имеет большую плотность и более высокую температуру плавления (табл. 3,3). В то же время он почти в полтора раза легче железа. Введение в металл углерода позволяет существенно повысить температуру плавления: сплав, содержащий 10% углерода, плавится примерно на тысячу градусов выше, чем чистый металл. Однако введение углерода понижает пластичность ванадия. Металл становится хрупким также при выдерживании на воздухе или в атмосфере кислорода при повьнценной температуре за счет образования твердых растворов кислорода в ванадии. Это ограничивает использование ванадисвых сплавов.
Ниобий и тантал представляют собой чрезвычайно тугоплавкис твердые ковкис металлы, по цвету напоминающие сталь. Подобно ванадию они кристаллизуются в решетке типа а-жслсза. Среди металлов ниобий имеет максимальную температуру псрехода в сверхпроводящее состояние (9,2 К). Около 90% всего производимого ванадия идет на получение легированных сталей. Ванадисвые стали содержат карбиды, например У,С, Ч„С„которые, образуя мелкие кристаллиты, распределенные по всему объему мсгалла, придают изделию высокую твердость, вязкость, упругость, износостойкость. Такие стали идут на производство брони, инструментов, пружин, рельсов. Ванадий входит также в состав магнитных сплавов, используемых в сердечниках трансформаторов„мембранах телефонных трубок. Ниобий подобно ванадию служит важной легирующей добавкой к специальным сортам сталей и сплавов цветных металлов. Введение в каждую тонну стали 200 г ниобия существенно повышает коррозионную стойкость материала и в то же время не приводит к потере пластичности.
Дажс небольшие количества ниобия сильно увсличивают прочность молибдена, титана, циркония. Алюминий при введении в него всего 0,05% ниобия утрачивает способность реагировать с растворами щелочей. Стали, содержащие сотые доли процента ниобия и ванадия, применяют для изготовления труб нефтепроводов. Вплоть 1!4 Табл и па 3.3 Свойства металлов пятой группы Свойство мь т -0,25 — 0,65 — 0,8! 0,68 0,04 " Пря температуре 25 С. ** При температуре 20 С.
а*а При рн О. до температуры 900'С ниобий не вступает в реакцию с ураном и поэтому может быть использован в атомной энергетике для изготовления защитных оболочек твэлов. Ниобий входит в состав многих суперсплавов. Мировое производство тантала оценивается в сотни тонн — в несколько десятков раз меньше, чем ванадия и ниобия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
