Ванадиевая кислота, подобно фосфорной и мышьяковой имеет три формы: НVО3 (мета-), H3VO4 (орто-), H4V2O7 (nupo-). Сами кислоты в чистом виде не получаются, но соли их можно осадить из раствора. Наиболее устойчивой в водных растворах является метаванадиевая кислота, которая все время именуется как просто ванадиевая.
Ниобий и его соединения
Получение
Получение ниобия в сверхчистом и компактном виде стало возможным с привлечением техники последних лет. Весь технологический процесс сложен и трудоемок. В принципе он делится на 4 этапа:
· получение концентрата: феррониобия или ферротанталониобия;
· вскрытие концентрата — перевод ниобия (и тантала) в какие-либо нерастворимые соединения, чтобы отделить от основной массы концентрата;
· разделение ниобия и тантала и получение их индивидуальных соединений;
· получение и рафинирование металлов.
Первые два этапа довольно просты и обычны, хотя и трудоемки. Степень разделения ниобия и тантала определяется третьим этапом. На последнем этапе применяют восстановление углем (сажей) в токе водорода при 1800° С, затем температуру повышают до 1900°С и понижают давление. Получившийся при взаимодействии с углем карбид вступает в реакцию с Nb2O5:
2Nb2O5 + 5NbC → 9Nb + 5CO2
Химические свойства
Ниобий особенно ценится за его устойчивость к действию неорганических и органических веществ. С ним ничего не могут поделать даже такие сильные окислители, как хлорная кислота, «царская водка», не говоря об азотной, серной, соляной кислотах. Растворы щелочей на ниобий тоже не действуют.
При соприкосновении с окислителями на поверхности металла возникает тончайший, но очень плотный слой оксидов. Этот слой встает неодолимой преградой на пути окислителя к чистой металлической поверхности. Проникнуть сквозь него могут только некоторые химические реагенты, в частности анион фтора.
|
|
Существует, однако, три реагента, которые могут переводить металлический ниобий в химические соединения. Одним из них является расплав гидроксида щелочного металла:
4Nb+4NaOH+5О2 → 4NaNbO3+2H2О
Двумя другими являются плавиковая кислота (HF) или ее смесь с азотной (HF+HNO3). При этом образуются фторидные комплексы, состав которых в значительной степени зависит от условий проведения реакции. Элемент в любом случае входит в состав аниона типа [NbOF5]2 - или [Nb(OH)2F5]2 -.
В виде опилок при нагревании выше 900°С он полностью сгорает до Nb2O5. Энергично сгорает также в токе хлора:
2Nb + 5Cl2 → 2NbCl5
Оксиды ниобия, кислоты и их соли
Число соединений с кислородом у ниобия невелико, значительно меньше, чем у ванадия. Объясняется это тем, что в соединениях, соответствующих степеням окисления +4, +3 и +2, ниобий крайне неустойчив.
Кислотный характер оксида Nb2O5 заметно слабее, чем у оксида ванадия (V). Кислоту при растворении он не образует. Лишь при сплавлении со щелочами или карбонатами проявляются его кислотные свойства: Nb2O5 + 3Nа2СО3 → 2Nа3NbO4 + ЗС02
Оксид Nb2O5 довольно легко растворяется в водной фтористоводородной кислоте. Из таких растворов можно выделить комплексную соль K2[NbOF6] . H2O.
Можно сделать вывод, что ниобий в своей высшей степени окисления может входить как в состав анионов, так и в состав катиона. Это значит, что пятивалентный ниобий амфотерен, но все же со значительным преобладанием кислотных свойств.
|
|
Более низким степеням окисления ниобия соответствуют оксиды NbО2 и NbО. Первый из этих двух представляет собой черный с голубым отливом порошок. Получают NbO2 из Nb2O5, отбирая кислород магнием или водородом при температуре около тысячи градусов:
Nb2O5 + Н2 → 2NbО2 + Н2О
При взаимодействии NbF5 с фтористоводородной кислотой HF образуются различные комплексные ионы:
NbF5 + 2HF → Н2 [NbF7];
NbF5 + H2O = H2[NbOF5]
Калиевая соль K2[NbOF5]. H2O важна для отделения ниобия от тантала, так как в отличие от соли тантала она хорошо растворима.
Тантал и его соединения
Тантал тугоплавок, но при небольшом нагревании легко вступает в реакцию окисления. Тантал более редкий и дорогой металл, чем ниобий: применение этого элемента отчасти сдерживается высокой его ценой.
Различие свойств тантала в виде кусков и порошкообразного так велико, что кажется, будто это два разных металла. Порошок при нагревании довольно энергично взаимодействует:
· с кислородом (280°С): 4Та+5О2 → 2Та2О5;
· с галогенами (250 — 300°С): 2Ta + 5Cl2 → 2TaCl5;
· с серой: Ta + 2S → TaS2
Металлический тантал устойчив в подавляющем большинстве агрессивных сред. На него не действуют никакие кислоты и даже «царская водка». Исключение составляет лишь плавиковая кислота HF. Очень слабо действуют на него расплавы щелочей.
Устойчивость металлического тантала обусловлена тем, что на его поверхности всегда имеется тонкая, но прочнейшая пленка оксида Ta2O5.
Соединения тантала повторяют довольно близко свойства таких же образований ниобия. В основном известны соединения, где тантал имеет степень окисления +5. Однако при действии восстановителей могут образовываться вещества с более низкими степенями окисления этого элемента. Наиболее хорошо изучены оксид Ta2O5 и пентагалогениды TaF5 и TaCl5, из них получают металл в свободном состоянии:
|
|
Та2О5 + 10А1 → 5А12О3 + 6Та; 2TaCl5 → Ta + 5Cl2;
K2TaF7+5Na → Ta + 5NaF + 2KF
Оксид тантала Ta2O5 — белый порошок, нерастворимый ни в воде, ни в кислотах (кроме HF). Кислотный характер оксида выражен довольно слабо и в основном проявляется при реакции с расплавами щелочей:
Та2О5 + 2NаОН → 2NаТаО3 + Н2О
или карбонатов: Та2О5 + 3Nа2СО3 → 2Nа3ТаО4 + 3СО2
При 1000°С Ta2O5 взаимодействует с хлором и хлороводородом:
Та2O5+ 10НС1 → 2ТаС15+5Н2О
Следовательно, можно утверждать, что для оксида тантала (V) характерна амфотерность с преобладанием кислотных свойств.
ПОДГРУППА ТИТАНА