Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Например, Хг и Н! можно растворить в плавиковой кислоте или в царской водке: Лг + 5НГ = 2Нз + Нз [Егрз! ЗЕг + 4Н5(Оз + ! 8НС( = ЗНз [ЕгС!з! + 4ХО + 8ызО При высоких температурах защитное действие оксидной пленки ослабевает, и металлы проявляют заметную химическую активность. В кислороде титан, цирконий и гафний сгорают, образуя диоксиды ЭОэ. Они энергично соединяются также с галогенами (ЭНа(4), серой (ЭБт), азотом и углеродом. В порошкообразном состоянии Т(, Хг и Н! способны поглощать большие количества водорода.
Лиоксиды ЭОз тугоплавкие соединения, характеризуюшиеся повышенной химической стойкостью; они не растворяются ни в воде, ни а разбавленных кислотах и щелочах, только при нагревании они медленно реагируют с плавиковой и концентрированной серной кислотами. Со щелочами диоксиды взаимодействуют лишь при сплавлении ТЮз + ВаО = ВаТЮз 316 ч Для титана бчт,зегтй для циркоиия Еюзегз,з. ч* Лля титана, циркония и гафиия характерна склонность к образованию компленсных соединений, а которых Э'" имеет чаще всего координационное число, равное шести, [ЭНа!з)ь . Диоксиды титана ТЮз и циркония ХгОз широко применз)ются при изготовлении тугоплавких стекол, эмалей, глазурей, а также жароупорной лабораторной посуды, огнеупорных тиглей.
Т(От используется для приготовления белой масляной краски (титановые белила). Титановый пигмент применяется также при производстве белых пластмасс и белых резиновых изделий. Сплавлением ТЮт с ВаСОз получают титанат бария ВаТЮз. Эта соль имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость. Кроме того, кристаллы ВаТЮз обладают способностью деформироваться под действием электрического поля. Благодаря этим свойствам титанат бария применяется в электрических конденсаторах высокой емкости н малых размеров, в ультразвуковой аппаратуре, в звукоснимателях, в гидроакустических устройствах.
Нитриды и карбиды титана и его аналогов — соединения переменного состава. Все они — кристаллические вещества, химически инертные, очень твердые, тугоплавкие, хорошо проводят электрический ток. Нитрид циркония — один из самых устойчивых в термодинамнческом отношении нитридов. Его состав Хгй1 „ где х изменяется от 0 до 0,42. Карбиды Т(, Ег н Н! легко образуют сплавы типа твердых растворов с металлами, друг с другом и с карбидами других элементов. Карбиды Т(С, ХгС и Н(С плавятся при температурах 3!40, 3630 и 3890 'С соответственно.
Сплавы Н(С (20 о;) с Т(С (80 о',) и Н(С (20 ~4) с ТаС (80 Я) самые тугоплавкие; их температуры плавления 4000 и 42(5 'С соответственно. Карбид циркония ввиду его большой твердости применяют в качестве шлифовального материала, а также вместо алмазов при резке стекла. Способность титана и циркония поглощать водород, а также соединяться при высоких температурах с азотом, серой и кислородом лежит в основе применения этих металлов как присадок при производстве сталей*. Титан и цирконий соединяются с находящимися в расплавленной стали примесями (Оз, 5, Хы Н,) и этим предотвращают выделение последних при затвердевании стали — литье получается однородным и не содержит пустот.
Кроме того, цирконий используется в качестве легирующего компонента некоторых нержавеющих и жаропрочных сталей. Титан и цирконий имеют большое значение для металлургии. Главные свойства титана и его сплавов, способствующие все более широкому их применению, — высокая жаростойкость и жаропрочность (способность сохранять механические свойства при повышенных температурах). Благодаря этому Т! и его сплавы используются в самолето- и ракетостроении. Титан почти вдвое тяжелее алюминия, но зато в три раза прочнее его. Это позволяет применять титан в машиностроении. Детали из титана и его сплавов в двигателях внутреннего сгорания снижают массу этих двигателей примерно на 30 . Присадка титана придает стали в Титан применяется в виве сплава с железом — ферротитаиа.
твердость и пластичность, а присадка циркония — твердость и вязкость. К важнейшим сплавам циркония относятся циркаллоны — сплавы иа основе Хг, содержащие небольшие количества 50, Ре, Сг и )ь)1. Цирконий добавляют к меди, что значительно повышает ее прочность, не снижая электрической проводимости. Качество алюминиевых сплавов также значительно повышается при добавлении к ним циркония. Цирконий в отличие от гафния почти не захватывает медленные (тепловые) нейтроны.
Это его свойство в сочетании с высокой коррозионной стойкостью и механической прочностью при повышенных температурах делает чистый, свободный от гафния цирконий одним из главных конструкционных материалов в ядерной энергетике. При очистке природных соединений циркония от примесей Н1 (-2%) последний накапливается, что заставляет в настоящее время искать возможности его использования в технике. Гафний обладает повышенной способностью поглощать тепловые нейтроны. Элементы подгруппы ванадия. Ванадий у и его электронные аналоги — н и об и й !ь(Ь, тантал Та и недавно синтезированный !05-й элемент н иль с 6 о р и й,)ь(з являются элементами побочной подгруппы пятой группы периодической системы элементов Д.
И. Менделеева. Электронная структура их атомов выражается формулой ... (п — 1)с( пл', где и — номер внешнего слоя, совпадающий с номером периода. При возбуждении атома внешние электроны распариваются, поэтому ванадий и его аналоги могут проявлять валентность, равную двум. Для этих элементов возможны также трех- и четырехвалентиые состояния, но более характерным является пятивалентное состояние, отвечающее максимальному числу неспаренных электронов на валентных энергетических подуровнях: ( -бл' яз' лр' ШТОШ Ш БШ В ряду Ч вЂ” ЫЪ вЂ” Та устойчивость соединений с низшей валентиостью элемента падает, а с высшей возрастает.
Соединения ванадия широко распространены в природе, но они очень рассеяны и не образуют каких-либо значительных скоплений; массовое содержание ванадия в земной коре составляет примерно 1,5 10 а ош Ниобий и тантал почти всегда встречаются совместно; атомное содержание их в природе невелико (соответственно 2 10 ' и 2 !О в% ).
Ванадий, ниобий и тантал — металлы серого цвета. Чистые металлы ковки; примеси кислорода, водорода, азота и т. п. сильно ухудшают их пластичность и увеличивают хрупкость. Некоторые константы, характеризующие физико-химические свойства ванадия, ниобия и тантала: и мь Плотность, г/смв........ 6,! 6,67 !6,6 Температура плавления, 'П .
. . 19!9 2460 3000 Температура кипения, 'С . . . . . 3400 6400 6600 Относительиаи электрическая проводимость (Ни = 1) . . . . . . . 4 5 б Радиус атома, нм . . . . . . . 0,134 0,146 0,146 Радиус иона Э'е, нм . . . . . . . 0,059 0,066 0,066 Энергии иониэаиии Э-Эт, эВ..... 6 71 6 88 7 88 Радиусы атомов ниобия и тантала, а также радиусы их ионов (Э'+) очень близки из.за лантаноидиого сжатия. Это объясняет большое сходство их физико-химических свойств. В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления.
Эти металлы вместе с хромом, молибденом, вольфрамом, рением, а также рутением, родием, осмием и иридием (см. ниже) относятся к тугоплааким металлам. Тугоплавкими условно считают те металлы, температура плавления которых выше, чем хрома (!890'С).
Тугоплавкие металлы и их сплавы играют большую роль в современной технике. Стойкость всех трех металлов подгруппы ванадия к химическим воздействиям проявляется прежде всего в том, что они не изменяются во многих агрессивных средах. Ванадий растворяется в плавиковой кислоте и в кислотах, являющихся сильнымн окислителями (конц. Нт$04, НХОэ, царская водка), например ЗЧ + 5НХОа = ЗНЧОэ + 5МО + НтО Ниобий и тантал взаимодействуют только с плавиковой кислотой в присутствии окислителей.
Растворы щелочей на Ч, ХЬ, Та почти не действуют, но в расплавах ХаОН и КОН в присутствии Ое они растворяются: 4Ч+ 50э + 12КОН = 4Кз(Ч01) + 6НеО Порошкообразные Ч, МЬ и Та адсорбируют значительные количества водорода, кислорода и азота, образуя твердые растворы внедрения. Неметаллы при этом переходят в атомарное состояние и их электроны участвуют в образовании металлических связей в кристаллической решетке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
