Подгруппа ванадия - побочная подгруппа V группы





Свойства элементов подгруппы ванадия

 

Атомный номер Название Электронная конфигурация   ρ г/см3 ЭО Атомный радиус, нм Степень окисления
Ванадий V [Ar] 3d34s2 6,11 1,45 0,134 +2,+3,+4,+5
Ниобий Nb [Kr] 4d35s2 8,6 1,23 0,145 +2,+3,+4,+5
Тантал Ta [Xe]4f145d36s2 16,6 1,33 0,146 +2,+3,+4,+5

Физические свойства

Блестящие, сероватого цвета металлы. С увеличением атомного номера растут температуры плавления и кипения.

Химические свойства

В ряду V – Nb – Ta химическая активность падает. С увеличением степени окисления элементов у их оксидов и гидроксидов происходит ослабление основных свойств и усиление кислотных. Высшим оксидам RO3 соответствуют кислоты HRO3.

Ванадий и его соединения

Получение

Процесс получения чистого ванадия довольно сложный. Сначала получают его оксид (V2O5 или V2O3) или галогенид (VС13 или VI3), а затем применяют либо металлотермический метод:

V2O5 + 5Ca → 5CaO+2V;

2VCl3 + 3Mg → 3MgCl2+2V,

либо восстановление углем в вакууме:

V2О3 + 3C → 3CO+2V

Химические свойства

На воздухе ванадий не изменяется, устойчив он к воде, к растворам минеральных солей и щелочей. Растворяется ванадий только в кислотах окислителях. На холоде на него не действуют разбавленные азотная и серная кислоты. Для того чтобы пассивированный ванадий интенсивно реагировал, его нужно нагреть. При 600—700°С происходит интенсивное окисление металла, а в мелкораздробленном состоянии он вступает в реакции при более низкой температуре: 2V +5O2 → 2V2O5; 2V +5F2 → VF5;

2V +2Cl2 в токе хлораtºC→ VCl4

Прямым взаимодействием элементов при нагревании могут быть получены сульфиды, карбиды, нитриды, арсениды, силициды.

Металл исключительно устойчив как в органических, так и в большинстве неорганических агрессивных средах. По стойкости к действию НС1, НВr и холодной серной кислоты он значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. Действуют на него лишь расплавленные щелочи:

4V + 12NaOH + 5O2 → 4Na34 + 6H2О

Из кислот на него действуют концентрированная серная и азотная кислоты, плавиковая и их смеси:

V + 4H24 → V(SО4)2 + 2H2О + 2SО2

Комплексообразующие свойства ванадия проявляются в образовании соединений сложного состава типа фосфорно-ванадиевой кислоты H7PV12O36 или Н7[Р(V2O6)6].

Оксиды ванадия

Оксид VO нерастворим в воде, но растворяется в разбавленных кислотах с образованием двухзарядного катиона V2+.

VO + H24 → VSО4 + H2О

Водные растворы ванадия в степени окисления (II) окрашены в фиолетовый, или в бледно-голубой цвет. Растворы солей иона V2+ неустойчивы и являются настолько сильными восстановителями, что при стоянии выделяют водород прямо из воды, а ион ванадия переходит в более устойчивые высшие степени окисления. При добавлении к растворам любого даже слабого основания образуется бурый аморфный осадок V(OH)2. В чистом виде, однако, выделить его не удается, так как на воздухе он быстро превращается в серо-зеленый гидроксид V(ОН)3.

Оксид ванадия – V2O3, имеет амфотерный характер с преобладанием основных свойств. Кислотные свойcтва можно рассматривать при образовании с оксидами MgO, MnO, СаО двойных соединений. С оксидами же щелочных металлов Li2О и Na2О получаются соли LiVO2, NаVО2, которые можно считать ванадиевыми солями.

Внешне V2O3 - блестящие черные кристаллы, по структуре подобны корунду, в воде, растворах щелочей и кислотах не растворяются, кроме плавиковой и азотной (быстрее всего в кипящей):

V2O3 + 6НМО3 → 2V(NО3)3 + 3Н2O

Водные растворы таких солей окрашены в зеленый цвет. Из них добавлением аммиака можно осадить рыхлый серо-зеленый осадок, который считается гидроксидом ванадия в степени окисления +3. Отметим, что такое состояние менее устойчиво и менее характерно для ванадия, чем +4 и +5. Поэтому соединения ванадия со степенью окисления +3 стремятся перейти в более стабильное состояние и проявляют, следовательно, свойства восстановителей.

Оксид ванадия – VO2 - cине-голубые кристаллы. Это наиболее устойчивый оксид ванадия, поэтому его можно получить либо окислением низших оксидов:

2V2О3 + О2 → 4VО2,

либо восстановлением высшего оксида оксида (V):

V2O5 + Н2С2О4 → 2VО2 + 2СО2 + Н2О

Оксид VO2 амфотерен и одинаково легко растворяется как в основаниях:

4VО2 + 2NaOH + 6H2О → Na2 [V4O5] • 7Н2O,

так и в кислотах: VО2 + 2HC1 → VОСl2 + Н2O;

VO2 + H2SO4 → VOSO4 + H2O

Водные растворы солей содержат ванадий не в виде простого катиона, а в виде иона ванадила, имеющего две формы существования: VO2+- и V2O24+ - и придающие синий цвет растворам.

В щелочах образуются соли поливанадиевых кислот H4V4O9 или H2V2O5, соли которых называют соответственно ванадитами или поливанадатами. При сплавлении этого оксида ванадия с оксидами щелочноземельных металлов получаются ванадаты:

VO2 + CaO → CaVO3

Высший оксид ванадия V2O5 может существовать в виде красных или красножелтых кристаллов, либо оранжевого порошка. Получается взаимодействием ванадия с кислородом. Высший оксид ванадия имеет ярко выраженный кислотный характер и при растворении в воде образует ванадиевую кислоту: V2О5 + Н2О → 2НVО3.

Форма существования ванадия в растворе кислоты - в виде катиона VO2+, который придает раствору желтовато-оранжевый цвет. При растворении оксида ванадия (V) в основаниях получаются соли изомерных ванадиевых кислот, напоминающих фосфаты:

V2O5+2NaOH → 2NaVO3+H2O;

V2O5+6NaOH → 2Na3VO4+3H2O

Они соответствуют мета - [НVO3], орто - [Н3VO4]и H2V2O7 пированадиевым кислотам. В этом отношении ванадий обнаруживает сходство уже не с азотом, а с фосфором.





Рекомендуемые страницы:


©2015-2019 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!