Пятая побочная подгруппа Переодической системы элементов Д.И. Менделеева - конспект - Химия - Часть 1, Конспект из Химия
zaycev_ia
zaycev_ia21 June 2013

Пятая побочная подгруппа Переодической системы элементов Д.И. Менделеева - конспект - Химия - Часть 1, Конспект из Химия

PDF (178.7 KB)
20 страница
401количество посещений
Описание
I.M. Sechenov Moscow Medical Academy. Реферат по химии. Ванадий. История открытия элемента. Характеристика элемента. Распространенность в природе. Химические свойства ванадия. Оксиды ванадия. Ванадиевые кислоты, основа...
20очки
пункты необходимо загрузить
этот документ
скачать документ
предварительный показ3 страница / 20
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ

Министерство образования Российской Федерации

Уссурийский Государственный Педагогический

Институт Биолого-химический факультет

Курсовая работа Пятая побочная подгруппа Переодической системы

элементов Д.И. Менделеева

Выполнила:

студентка 2 курса 521 группы

Савенко О.В._________

Научный руководитель:

Ст. преподаватель

Карпенко Н.Н._________

2

Уссурийск, 2001 г.

2

Содержание : Глава I. Ванадий………………………………………… I.1. История открытия элемента………………………………………………… I.2. Характеристика элемента……………………………………………..….

I.3. Распространенность в природе………………………………………….

I.4. Химические свойства ванадия…………………………………………….

I.5. Оксиды ванадия…………………………………………………………….

I.6. Ванадиевые кислоты, основания и соли…………………………………

I.7. Органические соединения ванадия………………………………………

I.8. Потенциальная опасность для здоровья…………………………………

I.9. Физиологическое значение………………………………………….

I.10. Области применения ванадия……………………………………………..

Глава II. Характеристика элементов ниобия и тантала………………………………………………………………….. II.1. История открытия элементов…………………………………

Глава III. Ниобий………………………………………………….. III.1. Ниобий в свободном состоянии………………………………………

III.2. Химические свойства ниобия………………………………………….

III.3. Оксиды ниобия, кислоты и их соли…………………………………..

III.4. Соединения ниобия…………………………………………………….

Глава IV. Тантал………………………………………………………… IV.1. Тантал в свободном состоянии………………………………………….

IV.2. Химические свойства тантала…………………………………………….

IV.3. Химия танталовых соединений…………………………………………….

IV.4. Применение тантала и ниобия………………………………………………

Глава V. Нильсборий…………………………………………………

2

Литература…………………………………………………………

Глава I. Ванадий

I.1 История открытия элемента

Ванадий назван в честь богини красоты древних скандинавов —

легендарной Фреи Ванадис. Это имя элементу дал в 1831 г. Гавриил

Сефстрем, профессор Горного института в Стокгольме, Он выделил элемент

из шлака, получающегося при плавке руды в доменных печах. Работу Г.

Сефстрем осуществил вместе со своим учеником Иоганном Якобом

Берцелиусом.

Объективность требует сказать, что до Г. Сефстрема этот элемент уже

был выделен, и даже не один, а два раза. В 1801 г. мексиканский минералог

Андрес Мигуэль дель Рио обнаружил в бурой свинцовой руде не

встречавшийся прежде элемент и назвал его «эритронием». Однако он

усомнился в своих выводах и решил, что имеет дело с недавно открытым

хромом, поэтому не обнародовал своей находки. Чуть раньше Г. Сефстрема к

открытию этого элемента подошел Фридрих Вёлер, тот самый, с именем

которого связывают первый в истории синтез органического вещества в

лаборатории. Ф. Вёлер исследовал привезенные из Мексики руды (с

которыми имел дело и Дель Рио) и обнаружил в них нечто необычное, но тут

он некстати заболел, а когда возобновил работу и определил, что имеет дело с

новым элементом, то было уже поздно — Г. Сефстрем к этому времени

опубликовал известие о своем открытии. Таким образом, честь открытия

ванадия оставалась за Г. Сефстремом.

Ф. Велер же, «прозевавший» ванадий, так написал другу о своей

неудаче: «Я был настоящим ослом, проглядев новый элемент в бурой

свинцовой руде, и прав был Берцелиус, когда он не без иронии смеялся над

2

тем, как неудачно и слабо, без упорства, стучался я в дом богини Ванадис» .

Однако на самом деле Сефстрем выделил из шлака не чистый металл, а

твердые и жаростойкие его соединения — карбиды ванадия. Он получил

порошок черного цвета, а в чистом виде ванадий — ковкий металл светло

серого цвета. Но это выяснилось лишь после 1667 г. (т. е. более тридцати лет

спустя после открытия Г. Сефстрема), когда ванадий и его соединения как

следует изучили Генри Энфильд Роско и Эдуард Горне. В 1869 г. Г. Роско

удалось впервые получить ванадий 96-процентной чистоты. Металл оказался

хрупким и твердым, но только, что несколькими строчками выше говорилось,

что ванадий — ковкий, а не хрупкий. Противоречия здесь нет. По мере

удаления оставшихся 4% примесей ванадий становится

все более пластичным и ковким. Впервые чистый ванадий получен в 1927 г.

I.2. Характеристика элемента

Ванадий считают как бы связующим между элементами первой и

побочной подгрупп V группы. Его химия напоминает химию подгруппы

азота тем, что в степени окисления +5 ванадию соответствует кислота НVО3,

гораздо более устойчивая, чем кислоты сурьмы и висмута — членов главной

подгруппы. В то же время этот элемент образует простое вещество, которое,

подобно другим членам побочной подгруппы, является типичным

устойчивым тугоплавким металлом.

По количеству степеней окисления ванадий напоминает азот. Ни у кого

из его аналогов (ни у ниобия, ни у тантала) нет такого количества степеней

окисления, как у ванадия. Точно известны четыре его состояния: +2, +3, +4 и

+5. У азота есть еще два других: +1 и -3. Относительно недавно появилось

сообщение о том, что при содержании кислорода 14,5—15,5 % происходит

образование σ-фазы, близкой по составу к V2O. Наличие степени окисления

2

+4 и +1 подтверждается органическими производными ванадия. Что же

касается соединений с водородом, когда формально степень окисления

соответствует -3, то ванадий обладает способностью растворять водород и

при этом образовывать с ним гидрид.

По стабильности валентные состояния ванадия неравноценны. В

обычных условиях самым устойчивым со стоянием будет +4. В это состояние

он может быть пе реведен из +3 даже молекулярным кислородом, а из +5

восстановлен мягкими восстановителями. На этом основана, кстати сказать,

ванадатометрия -определение при помощи соединений ванадия присутствия,

например, ионов Fe2+, Os4+, Mo+5.

I.3. Распространенность в природе

На его долю приходится пять из каждых ста тысяч атомов земной коры.

Однако число богатых месторожде ний невелико. Первое из них было

обнаружено в 1902г. в Испании - ванадий сопутствовал свинцу. Исключитель-

ной по своему содержанию является руда, добываемая на высоте 4700 м в

Перу: она состоит из сульфида вана дия – V2S5. При обжиге получается

одновременно два нужных экономике продукта: оксид серы (IV), необходи-

мый для получения серной кислоты, и ванадий - для оборонной

промышленности. Ведь ванадий - стратеги ческое сырье, без него не

обходится производство спе циальных сортов стали.

Всего известно бо лее 65 минералов, включающих ванадий. Интересной

особенностью распространения этого элемента является его содержание в

ископаемых растительного происхож дения: углях, нефти, горючих сланцах и

др. Вода морей содержит 0,3 г ванадия на 1000 т, и некоторые обитатели

морей (морские ежи, голотурии) включают его в состав своего организма.

2

Долгое время не получали чистый ванадий, а когда это произошло, то

оказалось, что свойства даже 96% ванадия резко отличаются от свойств 100

%. Это ме талл серебристо-серого цвета, ковкий и пластичный. При

температуре, близкой к абсолютному нулю (4,3 К), обладает

сверхпроводимостью. Однако даже небольшие примеси кислорода, азота или

водорода делают металл твердым и хрупким, как бы переводя его из

типичного металла в нетипичный. В таком изменении свойств есть своя

логика: по мере того как он все более насыщает ся кислородом и переходит от

VO к V2O5, его металли ческий характер меняется на неметаллический.

Процесс получения чистого ванадия довольно слож ный. Сначала

стремятся получить его оксид (V2O5 или V2O3) или галогенид (VС13 или

VI3), а затем применяют либо металлотермию:

V2O5 + 5Ca = 5CaO+2V;

2VCl3 + 3Mg== 3MgCl2+2V,

либо восстановление углем в вакууме:

V2О3 + 3C = 3CO+2V,

либо термическую диссоциацию в вакууме на горячей проволоке:

2VI3 = 2V+3I2

Последним способом получают металл высокой чистоты.

I.3.1. Источники

Основным источником поступления ванадия в подземные воды

являются железные и полиметаллические руды, содержащие небольшую

примесь ванадия, а также экологические факторы: сточные воды предприятий

черной и цветной металлургии, добыча и переработка нефти, сжигание

2

углеводородного топлива (например, выбросы автомобилей). Ванадий имеет

свойство связываться с другими элементами и частицами и поэтому в

основном задерживается в почве, где и остается длительное время. В

растениях обнаруживаются только незначительные следы ванадия, что

свидетельствует о его слабом накоплении в растительных тканях.

I.3.2. Влияние на качество воды

В воде ванадий образует устойчивые анионные комплексы (V4O12)4- и

(V10O26)6-. В миграции ванадия существенна роль его растворенных

комплексных соединений с органическими веществами, особенно с

гумусовыми кислотами. Концентрация ванадия в природных водах ничтожна

- сотые и тыс. доли мг/л. В таких количествах ванадий не оказывает

сколько-нибудь значительного влияния на качество воды. Очевидно, этот

факт и является причиной того, что ни ВОЗ, ни USEPA, ни ЕС содержание

ванадия в воде не нормируют. По российским нормам предельно допустимая

концентрация ванадия для питьевой воды составляет 0,1 мг/л. Практически

такие концентрации могут встречаться только при проникновении в

подземные воды ванадийсодержащих сточных вод. Технология удаления из

воды: обратный осмос, ионный обмен, дистилляция.

I.4. Химические свойства ванадия

На воздухе ванадий не изменяется, устойчив он к во де, к растворам

минеральных солей и щелочей. Кислоты на него действуют только такие,

которые одновременно являются окислителями. На холоде на него не

действу ют разбавленные азотная и серная кислоты. По-видимо му, на

поверхности металла образуется тончайшая плен ка оксида, препятствующая

2

дальнейшему окислению металла («пассивированное состояние»). Для того

что бы заставить пассивированный ванадий интенсивно реа гировать, его

нужно нагреть. При 600—700°С происхо дит интенсивное окисление

компактного металла, а в мелкораздробленном состоянии он вступает в

реакции при более низкой температуре:

2V +5O2 2V2O5 2VO2 + O2;

2V +5F 2VF5;

2V +2Cl2 в токе хлора t VCl4

Прямым взаимодействием элементов при нагрева нии могут быть

получены сульфиды, карбиды, нитриды, арсениды, силициды. Для техники

важны желто-бронзо вый нитрид VN (tпл = 2050°С), устойчивый к воде и

кислотам, а также обладающий высокой твердостью карбид VC (tпл = 2800

°С).

Ванадий очень чувствителен к примесям газов (O2, N2, H2), которые

резко меняют его свойства, даже если присутствуют в самых незначительных

количествам. Поэтому и сейчас можно в разных справочниках встре тить

различную температуру плавления ванадия. За грязненный ванадий, в

зависимости от чистоты и спосо ба получения металла, может плавиться в

интервале от 1700 до 1900°С. При чистоте 99,8 - 99,9 % его плот ность

равна 6,11 г/см3 при 20°С, температура плавле ния составляет 1919°С, а

температура кипения 3400 °С.

Металл исключительно стоек 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 нержавею щую

2

сталь. С галогенами, за исключением самого агрес сивного из них — фтора,

соединений не образует. С фто ром же дает кристаллы VF5, бесцветные,

возгоняющиеся без превращения в жидкость при 111°С. Атмосфера из

углекислого газа на металлический ванадий действует значительно слабее,

чем на его аналоги - ниобий и тан тал. Он обладает высокой стойкостью к

расплавленным металлам, поэтому может применяться в конструкциях

атомных реакторов, где расплавленные металлы исполь зуются как

теплоносители. Ванадий не ржавеет ни в пресной, ни в морской воде, ни в

растворах щелочей. Действуют на него лишь расплавленные щелочи:

4V + 12NaOH + 5O2 = 4Na3VО4 + 6H2О

Из кислот на него действуют концентрированная сер ная и азотная

кислоты, плавиковая и их смеси:

V + 4H2SО4 = V(SО4)2 + 2H2О + 2SО2

Особенностью ванадия считается высокая раствори мость в нем

водорода. В результате такого взаимодейст вия образуются твердые растворы

и гидриды. Наиболее вероятная форма существования гидридов —

металлооб разные соединения с электронной проводимостью. Они способны

довольно легко переходить в состояние сверх проводимости. Гидриды

ванадия могут с некоторыми твердыми или жидкими металлами

образовывать рас творы, в которых повышается растворимость водорода.

Самостоятельный интерес представляют карбиды ва надия, так как по

своим качествам дают для современной техники материал с весьма ценными

свойствами. Они ис ключительно тверды, тугоплавки и обладают хорошей

электрической проводимостью. Ванадий способен для образования своих

карбидов даже вытеснить другие ме таллы из их карбидов:

3V + Fе3С = V3С + 3Fе

2

Известен целый ряд соединений ванадия с углеродом:

V3С; V2C; VC; VзС2; V4С3

С большинством членов главной подгруппы ванадий дает соединения

как бинарные (т. е. состоящие только из двух элементов.), так и более

сложного состава. Нит риды образуются при взаимодействии порошка

металла или его оксидов с газообразным аммиаком:

6V + 2NН3 = 2V3N + 3Н2

V2О2 + 2NH3 = 2VN + 2H2О + H2

Для, полупроводниковой техники интерес представляют фосфиды V3Р,

V2P, VP, VP2 и арсениды V3As, VAs.

Комплексообразующие свойства ванадия проявляются в об разовании

соединений сложного состава типа фосфорно-ванадиевой кислоты

H7PV12O36 или Н7[Р(V2O6)6].

I.5. Оксиды ванадия

В системе ванадий - кислород взаимодействие начи нается при

нагревании до температуры примерно 300°С. Получено большое количество

оксидов ванадия, харак тер которых постепенно меняется при переходе от

низших оксидов к высшим. Относительно недавно обна ружен низший оксид

V2О. Он нестоек и по своему харак теру близок к металлическому состоянию.

Его светло-се рые кристаллы отливают металлическим блеском, хоро шо

проводят электрический ток.

Оксид VO более стоек, нерастворим в воде, но раство ряется в

разбавленных кислотах с образованием двух зарядного катиона V2+.

VO + H2SО4 = VSО4 + H2О

2

Водные растворы ванадия в такой степени окисления ок рашены в

фиолетовый, или в бледно-голубой цвет. Ра створы солей иона V2+

неустойчивы и настолько сильные как восстановители, что при стоянии

выделяют водород прямо из воды, а ион ванадия переходит в более устой-

чивые высшие степени окисления. При добавлении к ра створам любого даже

слабого основания образуется бу рый аморфный осадок V(OH)2. В чистом

виде, однако, выделить его нельзя, так как на воздухе он быстро пре-

вращается в серо-зеленый гидроксид V(ОН)3.

Из особенностей оксида можно отметить существование при

определенных концентрациях ванадия димера V2О2, а также совершенно

особое влияние температуры на его состояние. Оксиды обычно делаются

нестойкими при вы соких температурах и разлагаются. Здесь же наблюда ется

совершенно удивительное свойство: оксид VO ус тойчив лишь при высокой

температуре. Даже при мед ленном и постепенном охлаждении он разлагается

и пе реходит в высшие оксиды.

Оксид ванадия, соответствующий степени окисления +3, имеет

амфотерный характер с преобладанием ос новных свойств. Как кислотные

качества можно рассматривать образование им с оксидами MgO, MnO, СаО

двойных соединений, а с Fe2О3, Сr2О3, Аs2О3 непрерыв ный ряд твердых

растворов. С оксидами же щелочных металлов Li2О и Na2О получаются соли

LiVO3, NаVОз, которые можно считать ванадиевыми солями.

Внешне V2O3 - блестящие черные кристаллы (tпл = 1970°С), по

структуре подобны корунду, в воде, ра створах щелочей и кислотах не

растворяются, кроме пла виковой и азотной (быстрее всего в кипящей):

V2O3 + 6НМОз = 2V(NО3)3 + ЗН2O

2

Водные растворы таких солей окрашены в зеленый цвет. Из них добавлением

аммиака можно осадить рыхлый се ро-зеленый осадок, который считается

гидроксидом ва надия в степени окисления +3. Отметим, что такое состояние

менее устойчиво и менее характерно для вана дия, чем +4 и +5. Поэтому

соединения ванадия со степенью окисления +3 стремятся перейти в более ста-

бильное состояние и проявляют, следовательно, свойства восстановителей.

Сине-голубые кристаллы VO2 на воздухе теряют свою форму, так как

вещество гигроскопично. Это наиболее устойчивый оксид ванадия, поэтому

его можно получить либо окислением низших оксидов:

2V2О3 + О2 = 4VО2,

либо восстановлением высшего:

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

Водный его раствор не изменяет цвета ни синей, ни крас ной лакмусовой

бумажек, т. е. его амфотерность распре делена поровну между кислотными

качествами и основ ными. Водные растворы солей содержат ванадий не в виде

простого катиона, а в виде иона ванадила, имеюще го две формы

существования: VO2+- и V2O24+ - и придаю щего синий цвет растворам.

В щелочах образуются соли поливанадиевых кислот H4V4O9 или

H2V2O5, называются соли ванадитами или поливанадатами. При величине

рН = 4 из растворов со лей можно осадить серовато-бурый аморфный

2

гидроксид VO(OH)2. Если щелочность увеличить, при рН от 8 до 10

гидроксид (в соответствии со своими амфотерными каче ствами) будет

растворяться, превращаясь в соли. При сплавлении этого оксида ванадия с

оксидами щелочнозе мельных металлов получаются ванадаты:

VO2 + CaO = CaVO3

Могут образовываться три ряда ванадатов СаVО3, Са2VO4, Ca3VO5 со

сложной структурой.

Наиболее важным и интересным, с точки зрения хи мика, считается

высший оксид ванадия V2O5, который может иметь вид красных или

красно-желтых кристал лов либо оранжевого порошка. Получается он по реак-

ции ванадия с кислородом. При 600—700°С взаимодейст вие идет очень

быстро, так как образующийся оксид V2О5 расплавляется (tпл = 675°С) и

скатывается с поверхности металлического ванадия. Лабораторный способ

его получения — из метаванадата аммония;

2NH4VО3 = V2О5+2NH3+H2О

Высший оксид ванадия имеет ярко выраженный кис лотный характер и

при растворении в воде образует ва надиевую кислоту:

V2О5 + Н2О = 2НVО3

Форма существования ванадия в растворе кислоты - в виде катиона

VO2+, цвет раствора желтовато-оранже вый. При растворении оксида ванадия

(V) в основаниях получаются соли изомерных ванадиевых кислот, напоми-

нающих фосфаты:

V2O5+2NaOH = 2NaVO3+H2O

V2O5+6NaOH = 2Na3VO4+3H2O

2

По форме они соответствуют мета - [НVO3], орто - [Н3VO4] и H2V2O7

пированадиевым кислотам. В этом отношении ванадий обнаруживает

сходство уже не с азотом, а с фосфором.

Особенность ванадия (в степени окисления +5) при растворении в

сильных кислотах — образовывать комп лексные соединения, содержащие до

девяти -двенадца ти атомов ванадия на молекулу. Другим замечательным

свойством оксида можно считать способность в расплав ленном состоянии

проводить электрический ток, скорее всего вследствие диссоциации на ионы:

V2O5 VO2+ + VO3-

А ведь пропускание электрического тока считается без условной

«привилегией» металлов. По этому свойству распознается принадлежность

вещества к металлам или неметаллам.

Характер гидратных форм оксидов ванадия меняется закономерно с

изменением степени его окисления. В со стоянии наибольшего окисления он

образует кислоты, по добные кислотам фосфора и мышьяка, элементов, кото-

рые являются соседями ванадия, но относятся к противо положной подгруппе.

Слово «противоположная» означа ет, что элементы различных подгрупп

одной группы — химические антиподы: для одних должны быть более

характерны свойства металлов, а для других — неме таллов. Но при

сравнении членов обеих подгрупп мож но заметить, что

«противоположности» сближаются. У элементов побочной подгруппы все

более усиливаются свойства неметаллов, характерные для главной подгруп-

пы, и наоборот.

Ванадий в этом отношении служит примером. В выс шей окислительной

степени у него преобладают свойст ва неметалла. При состоянии окисления +4

его гидро ксид в одинаковой мере проявляет. Свойства обеих про-

тивоположностей, т. е. он амфотерен.

2

Сопоставив приведенные данные об оксидах ванадия с аналогичными

сведениями о подобных соединениях других членов V группы, можно прийти

к следующему выводу: по количеству оксидов и по числу состояний

окисления ванадий далеко превосходит не только членов побочной

подгруппы (это естественно), но и некоторые элементы главной подгруппы.

Если судить по кислород ным соединениям (именно их особенности

несколько де сятилетий назад считались основным признаком сходст ва и

различия), то ванадий должен считаться более близким «родственником»

азота, чем висмут, сурьма и даже мышьяк. Ведь эти элементы не образуют

всех ти пов оксидов, присущих азоту, а существующие у них по своим

свойствам подобны оксидам фосфора.

I.6. Ванадиевые кислоты, основания и соли

Ванадиевая кислота, подобно фосфорной и мышья ковой имеет три

формы: НVО3 (мета-), H3VO4 (орто-), H4V2O7 (nupo-). Сами кислоты в

чистом виде не получа ются, но соли их можно осадить из раствора.

Например, регулированием кислотности среды можно выделить се ребряную

соль во всех трех формах (табл. 1).

Таблица 1

Среда РН Соль

Кислая 4,3 – 4,7 AgVO3

Слабокислая 5,5 – 5,8 Ag4V2О7

Почти нейтральная 6 - 6,5 Ag3VО4

2

Сам собой напрашивается вывод о сходстве солей вана диевых и фосфорных

кислот. Аналогичные соли были выделены и для других ионов металлов

(например, соли натрия).

Наиболее устойчивой в водных растворах является метаванадиевая

кислота, которая все время именуется как просто ванадиевая. Это соединение

обладает призна ками амфотерности, которые более значительны, чем у

фосфорных кислот. Для нее возможны направления элек тролитической

диссоциации как с отщеплением Н+, так и ОН-.

VO3- + H+ HVO3 = VO2OH VO2 + + ОН-

Существование VO2- можно доказать тем, что соляная кислота реагирует

с раствором ванадиевой кислоты и окисляется до свободного хлора:

2VO2+ + 2HCl 2V02 + + Cl2 + 2OH-

Следовательно, в этом случае проявляются некоторые признаки

основания.

По цвету раствора и по солям, выделяющимся из не го, можно судить, в

форме ионов каких кислот присутствует ванадий в растворе.

При растворении в воде оксида ванадия (V) появля ется желтая окраска,

которая может меняться и даже исчезать совсем в зависимости от среды.

Такая особен ность объясняется возможностью иона VO3- существовать в

различных формах. Желтый цвет обусловлен при сутствием этого иона в

тримерной форме [V3О9]3-. При сильно щелочной среде раствор бесцветен:

там находят ся ионы пиро- и ортованадиевых кислот:

2[V309]3- + 60H- = 3[V2O7]4- + 3H2O;

[V2О7]4- + 2ОН- = 2[VO4] 3- + Н2О

2

По мере уменьшения щелочности окраска опять становится желтой и

даже оранжевой. Это связано с измене нием формы существования иона VO3-

от [V3О9]3- в щелочной среде и [VO4]3- в нейтральной до [V6O17]4- в

кислой:

3[VО4]3- + 6H+ = 3[V2 O9]3- + 3H2О;

2[V3О9]3- + 2H+ = [V6Ol7]4- + H2О

При подщелачивании процесс идет в обратную сторону:

[V6O17] 4- + 2OН- = 2[V3О9]3- + H2O

Оранжевый цвет приписывается присутствию иона декаванадата:

5 [V6O17]4- + 2Н+ = 3[V10O28]6- + Н2О,

который может быть выделен из раствора в виде оран жевой соли кальция

Ca3V10O28.16H2О. Здесь приведены простейшие формулы. Реально же в

небольших количествах присутствуют и другие соединения, заключающие в

составе своей молекулы до 12 атомов ванадия.

Из солей ванадиевой кислоты растворимы соли од новалентных металлов

(К, Na и т.д.), а ванадаты ам мония, двух- и трехвалентных металлов

труднорастворимы. Из них особенно важен ванадат аммония. Из него при

действии на его раствор сульфида аммония образу ется вишнево-красный

раствор тиосоли:

NH4VО3 + 4(NH4)2S + 3H2О = (NH4)3VS4 + 6NH4ОH

Пероксид водорода Н-О-О-Н производит в нем за мену части атомов

кислорода на пероксидную группу -O-O- и превращает его в перванадат:

2NH4VО3 + 3H2О2 = (NH4)2H2V2О10 + 2H2О

2

Сами по себе и в щелочной среде такие соединения ус тойчивы, а при

подкислении образуются свободные надкислоты общей формулы H4V2Ox

(причем x > 7). Они постепенно разлагаются с выделением кислорода. Свой-

ство давать пероксидные соединения характерно и для остальных членов

подгруппы ванадия.

Из других солей пятивалентного ванадия достаточно полно

охарактеризованы сульфид V2S5 и единственное соединение с галогенами -

пентафторид ванадия VF5. Первое из этих двух соединений проще всего

может быть получено в виде черного порошка нагреванием V2О3 с серой при

350°С;

2V2O3 + 13S = 2V2S5 + 3SO2

При нагревании на воздухе он сгорает до V2S5, а при 400°С и в

отсутствие воздуха способен распадаться на V2S3 и серу. В воде V2S5

практически нерастворим, но легко растворяется в щелочах.

Пентафторид может быть легко получен при взаимо действии элементов

(300°С), он представляет собой бес цветное кристаллическое вещество.

Возгоняется при 111°С, водой VF5 полностью гидролизуется. Ему соот-

ветствует комплексная кислота H[VF6]. Сама она не выделена, но получены

соли некоторых металлов - (ка лия, серебра, бария). К нагреванию они не

особенно ус тойчивы:

K[VF6] 330°C KF+VF5

В соединениях с серой и фтором ванадий выступает в роли типичного

металла.

Таким образом, в кислородсодержащих кислотах и их солях он ведет

себя как неметалл, но в других своих соединениях — как металл.

2

Следовательно, пятивалент ный ванадий проявляет свойства неметалла, и

этому его качеству соответствуют кислоты, но он способен прояв лять

признаки металличности в некоторых соединениях.

Четырехвалентному ванадию соответствуют предпо лагаемые кислоты

H2V4О9; Н2VO3; H4VO4 и H6VO5. Со единения элемента такой степени

окисления становятся в растворе производными ванадила.

Ванадию со степенями окисления +3, +2 соответст вуют основания

V(OH)3 и V(OH)2. Оба они образуются при действии щелочи на растворы,

содержащие соответ ственно ионы V3+ и V2+. В этих состояниях окисления

ионы ванадия ведут себя как типичные ионы металлов. Отличает их разве

только неустойчивость. Ванадий стре мится перейти в свое самое стабильное

состояние +4. Поэтому оба основания на воздухе легко окисляются до

степени окисления ванадия +4, т. е. являются восстано вителями:

2V(OH)2 + O2 = 2VO(OH)2;

4V(ОН)3 + O2 = 4VО(ОН)2 + 2Н2O

Из-за своей неустойчивости в чистом виде гидроксиды не получены. Они

могут существовать некоторое время при действии щелочей на растворы

солей ванадия: V(ОН)3 в виде рыхлого зеленого осадка, а V(ОН)2 — бу-

ро-коричневого.

Однако соли трехкислотного основания V(ОН)3 впол не устойчивы.

Безводный трифторид VF3 зеленовато-жел того цвета плавится лишь при

температуре выше 800°С. Трихлорид — красно-фиолетовые кристаллы —

устойчив в отсутствие влаги. Менее устойчивы бромид и иодид.

Состояние окисления +2 ванадия наименее устойчи во, поэтому ванадий,

содержащийся в солях, стремится, отдав электрон или два, перейти в более

комментарии (0)
не были сделаны комментарии
Напиши ваш первый комментарий
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
Docsity не оптимизирован для браузера, который вы используете. Войдите с помощью Google Chrome, Firefox, Internet Explorer 9+ или Safari! Скачать Google Chrome