Материал: 5 и 6 группы

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

46 

 

Bi

2

S

3

 + 12HCl 

 2H

3

[BiCl

6

] + 3H

2

S, 

3Bi

2

S

3

 + 8HNO

3

 = 2Bi(NO

3

)

3

 + 2NO + 9S + 4H

2

O. 

Рассмотренные

 

выше

 

сульфиды

 

получают

 

действием

 

сероводорода

 

на

 

кислые

 (

рН

 = 0,6) 

растворы

 

соединений

 

мышьяка

сурьмы

 

или

 

висмута

например

2H

3

AsO

4

 + 5H

2

S = As

2

S

5

 + 8H

2

O, 

либо

 

разложением

 

тиосолей

 6-

молярным

 

раствором

 

соляной

 

кислоты

2Na

3

AsS

4

 + 6HCl = As

2

S

5

 + 6NaCl + 3H

2

S. 

Из

 

простых

 

веществ

 

получить

 

сульфиды

 

Э

2

S

3

 

и

 

Э

2

S

5

 

сложно

так

 

как

 

в

 

этом

 

случае

 

могут

 

образовываться

 

смешанные

 

сульфиды

полисульфиды

 

и

 

другие

 

соединения

 

со

 

сложной

 

структурой

Так

при

 

сплавлении

 

мышьяка

 

с

 

серой

в

 

зависимости

 

от

 

условий

получаются

 

тёмно

-

красного

 

цвета

 

сульфид

 

As

4

S

4

  (

встречается

 

в

 

природе

 

в

 

виде

 

минерала

 

реальгар

),

 

а

 

также

 

сульфид

 

As

4

S

6

.

 

Оба

 

сульфида

 

следует

 

рассматривать

 

как

 

производные

 

тетраэдрическо

-

го

 

мышьяка

 As

4

Их

 

молекулы

 

имеют

 

клеточное

 

строение

подобное

 As

4

O

6

 

(

или

 

Р

4

О

6

), 

с

 

тем

 

отличием

что

 

в

 As

4

S

4

  

частично

 

сохранены

 

связи

 As-As.  

Кислотные

 

сульфиды

 

растворяются

 

не

 

только

 

в

 

растворах

 

основных

 

сульфидов

но

 

и

 

в

 

щелочах

Sb

2

S

3

 + 6NaOH = Na

3

SbS

3

 + Na

3

[Sb(OH)

6

]. 

Следует

 

отметить

что

  

кислотные

 

свойства

 

сульфидов

 

мышьяка

 

вы

-

ражены

 

настолько

 

сильно

что

 As

2

S

3

 

и

 A

2

S

5

 

способны

 

растворяться

 

в

 

рас

-

творе

 (NH

4

)

2

CO

3

имеющего

 

слабощелочную

 

среду

 (

рН

 = 9). 

As

2

S

5

 + 3(NH

4

)

2

CO

3

 = (NH

4

)

3

AsS

4

 + (NH

4

)

3

AsO

4

 + 3CO

2

Сульфиды

 

мышьяка

 (III) 

и

 

сурьмы

 (III) 

довольно

 

легко

 

окисляются

например

полисульфидом

 

аммония

Sb

2

S

3

 + 2(NH

4

)

2

S

2

 + (NH

4

)

2

S = 2(NH

4

)

3

SbS

4

 

 

1.2.5. 

Нитриды

фосфиды

арсениды

 

Нитриды

:

 

1) 

ковалентные

 – C

2

N

2

, P

3

N

5

, As

4

N

4

, S

2

N

2

 

и

 S

4

N

4

2) 

солеобразные

 – Li

3

N, Mg

3

N

2

, Ca

3

N

2

, Cu

3

N, Zn

3

N

2

Гидролизуются

 

водой

 

с

 

выделением

 

аммиака

3) 

ковалентные

 

алмазоподобные

 – BN, AlN. 

Они

 

устойчивы

 

к

 

нагре

-

ванию

 

и

 

действию

 

кислот

4) 

металлоподобные

 – TiN, CrN, Cr

2

N. 

Они

 

тугоплавки

очень

 

тверды

 

и

 

химически

 

инертны

Фосфиды

:

 

1) 

летучие

 

ковалентные

  (

фосфиды

 

элементов

-

неметаллов

 – Se 

и

 Te 

и

 

др

.); 

2) 

ионные

 (

с

 

преобладающе

 

ионным

 

характером

 

связи

 

Р

М

). 

Их

 

об

-

разуют

 

ЩЭ

ЩЗЭ

РЗЭ

 (Na

3

P, Ca

3

P

2

 

и

 

др

.). 

Эти

 

соединения

реагируя

 

с

 

во

-

дой

гидролизуются

 

с

 

образованием

 

фосфина

;     

background image

47 

 

3) 

ковалентные

 

полимерные

например

 BP, 

нерастворимый

 

в

 

кисло

-

тах

 

и

 

щелочах

4) 

металлоподобные

имеющие

 

очень

 

сложное

 

строение

например

Fe

2

P. 

Фосфиды

 

такого

 

типа

 

нерастворимы

 

в

 

воде

имеют

 

электронную

 

проводимость

Арсениды

 

Э

х

As

у

1) 

летучие

с

 

молекулярной

 

структурой

например

 

арсин

 AsH

3

2) 

ионные

тугоплавкие

  (

соединения

 As 

с

 

ЩЭ

 

и

 

ЩЗЭ

 – Mg

3

As

2

Ca

3

As

2

 

и

 

др

.); 

3) 

ковалентные

 

нелетучие

 

полимеры

 (AlAs, GaAs 

и

 

др

.); 

4) 

металлоподобные

 (TiAs, NiAs 

и

 

др

.). 

 

1.3. 

Применение

 

элементов

 VA 

группы

 

и

 

их

 

соединений

 

Азот

 

используется

 

главным

 

образом

 

для

 

получения

 

аммиака

а

 

также

 

в

 

качестве

 

инертного

 

газа

 

в

 

системах

где

 

отсутствуют

 

сильные

 

восстанови

-

тели

 

или

 

растворы

 

комплексов

 

переходных

 

металлов

Жидкий

 

азот

 

широко

 

используется

 

для

 

создания

 

низких

 

температур

 

 

195 °

С

при

 

обезврежива

-

нии

 

взрывных

 

устройств

 

и

 

для

 

тушения

 

особых

 

категорий

 

пожаров

Аммиак

 

относится

 

к

 

базовым

 

неорганическим

 

соединениям

 

 

еже

-

годно

 

в

 

мире

 

производится

 

около

 5 

млн

 

тонн

 

аммиака

Около

 80 % 

его

 

расходуется

 

в

 

производстве

 

азотных

 

удобрений

 (NH

4

NO

3

, CO(NH

2

)

2

 

и

 

др

.), 

большая

 

доля

 NH

3

 

идёт

 

на

 

получение

 

азотной

 

кислоты

органических

 

аминов

синтетических

 

волокон

взрывчатых

 

веществ

солей

 

аммония

 

и

 

др

продуктов

Жидкий

 

аммиак

 

и

 

его

 

водные

 

растворы

 

используются

 

как

 

среды

 

в

 

различных

 

химико

-

технологических

 

процессах

Гидразин

 

используется

 

как

 

ракетное

 

топливо

Соли

 

гидразина

 

и

 

гид

-

роксиламина

 

применяются

 

в

 

качестве

 

эффективных

 

восстановителей

в

 

производстве

 

органических

 

красителей

 

и

 

др

веществ

Следует

 

помнить

что

 

аммиак

 

и

 

особенно

 

гидразин

 

и

 

гидроксиламин

 

и

 

их

 

соединения

 

чрезвычайно

 

токсичны

Оксид

 

азота

 (I) 

применяется

 

в

 

медицине

 

в

 

качестве

 

анестезирующего

 

средства

а

 

из

-

за

 

наркотического

 

эффекта

 

его

 

называют

 «

веселящим

 

газом

». 

Азотная

 

кислота

 

находит

 

широкое

 

применение

 

для

 

растворения

 

ме

-

таллов

их

 

соединений

 

или

 

рудных

 

концентратов

Большие

 

её

 

количества

 

идут

 

на

 

производство

 

азотных

 

удобрений

 (NH

4

NO

3

, KNO

3

, NaNO

3

Ca(NO

3

)

2

). 100%-

я

 HNO

3

 

используется

 

как

 

нитрующий

 

реагент

 

в

 

техноло

-

гиях

 

получения

 

органических

 

веществ

 

и

 

как

 

окислитель

 

ракетного

 

топли

-

ва

Безводные

 

нитраты

 

калия

стронция

 

и

 

бария

 

применяются

 

в

 

пиротех

-

нике

 

и

 

как

 

твердофазные

 

окислители

 

в

 

процессах

 

окислительного

 

плавле

-

ния

 

и

 

спекания

.  

Основная

 

масса

 

красного

 

фосфора

 

используется

 

для

 

изготовления

 

пиротехнических

 

материалов

 

и

 

спичек

background image

48 

 

Фосфорная

 

кислота

 

и

 

её

 

кислые

 

соли

 

входят

 

в

 

состав

 

препаратов

 

для

 

удаления

 

продуктов

 

коррозии

 

с

 

поверхности

 

металлических

 

изделий

 

и

 

соз

-

дания

 

защитных

 

фосфатных

 

плёнок

 

с

 

высокими

 

антикоррозионными

 

свой

-

ствами

Электрохимической

 

обработкой

 

металлов

 (

анодирование

в

 

раство

-

рах

 

фосфорной

 

кислоты

 

на

 

них

 

получают

 

защитные

 

и

 

декоративные

 

покры

-

тия

Ортофосфорная

 

кислота

 

используется

 

в

 

пищевой

 

промышленности

 

как

 

консервант

как

  

компонент

 

питательной

 

среды

 

дрожжей

 

и

 

заквасок

а

 

также

 

в

 

качестве

 

регулятора

 

кислотности

 

в

 

безалкогольных

 

напитках

Фосфаты

 

кальция

 

и

 

аммония

 

производятся

 

в

 

больших

 

количествах

как

 

фосфорсодер

-

жащие

 

минеральные

 

удобрения

  (

аммофос

суперфосфат

двойной

 

супер

-

фосфат

 

и

 

др

.). 

Фосфаты

 

применяются

 

в

 

производстве

 

моющих

 

средств

 

(Na

5

P

3

O

10

), 

зубных

 

паст

стекла

умягчителей

 

воды

флокулянтов

цементов

огнестойких

 

пропиток

 

тканей

 

и

 

деревянных

 

конструкций

.  

Неорганические

 

и

 

органические

 

производные

 

мышьяка

 

применяют

 

в

 

сельском

 

хозяйстве

 

для

 

борьбы

 

с

 

вредными

 

насекомыми

 

и

 

грызунами

а

 

в

 

медицине

 – 

в

 

качестве

 

лекарственных

 

препаратов

Арсениды

 

галлия

 

и

 

р

-

элементов

 

используются

 

в

 

электронике

 

как

 

полупроводниковые

 

материалы

Сурьму

 

и

 

висмут

 

применяют

 

в

 

составе

 

разнообразных

  

сплавов

 

для

 

прида

-

ния

 

им

 

специфических

 

физических

 

и

 

химических

 

свойств

Так

олово

со

-

держащее

 

небольшие

 

количества

 

сурьмы

устойчиво

 

к

 «

оловянной

 

чуме

», 

а

 

присадки

 

сурьмы

 

в

 

свинце

 

повышают

 

его

 

коррозионную

 

стойкость

Сурьма

 

и

 

висмут

 

входят

 

в

 

состав

 

многих

 

легкоплавких

 

сплавов

 (

припоев

). 

Оксиды

 

элементов

 

находят

 

применение

 

в

 

производстве

 

керамики

 

и

 

стекла

Галоге

-

ниды

 

мышьяка

 

и

 

сурьмы

 

применяют

 

как

 

катализаторы

 

при

 

получении

 

мно

-

гих

 

органических

 

веществ

Пентафториды

 

применяют

 

как

 

фторирующее

 

реагенты

. AsCl

3

 

и

 SbCl

3

 

являются

 

исходными

 

веществами

 

для

 

синтеза

 

многих

 

неорганических

 

и

 

органических

 

производных

 

мышьяка

 

и

 

сурьмы

. BiI

3

 

применяют

 

в

 

качестве

 

реактива

 

на

 

алкалоиды

 (

хинин

кофеин

никотин

морфин

 

и

 

др

.). 

Соединения

 

сурьмы

висмута

 

и

 

особенно

 

мышьяка

чрезвычайно

 

токсичны

 

ГЛАВА

 2. V

В

-

ГРУППА

 

 

2.1. 

Простые

 

вещества

 

 

В

 

состав

  V

В

-

группы

 

ПС

 

входят

 

элементы

 

ванадий

 

23

V (Vanadium), 

ниобий

 

41

Nb (Niobium), 

тантал

 

73

Ta (Tantalum) 

и

 

дубний

 

105

Db (Dubnium). 

По

 

причине

 

небольшого

 

периода

 

полураспада

 

химия

 

дубния

 

практически

 

не

 

изучена

.  

В

 

основном

 

состоянии

 

атомы

 

ванадия

 

и

 

тантала

 

имеют

 

электронную

 

конфигурацию

 (n – 1)d

3

ns

2

в

 

то

 

время

 

как

 

атом

 

ниобия

 – 4d

4

5s

1

что

 

объ

-

background image

49 

 

ясняется

 

близостью

 

энергий

 

энергетических

 

подуровней

 4d 

и

 5s. 

По

 

мере

 

увеличения

 

атомного

 

номера

 

электронные

 

оболочки

 

уплотняются

о

 

чем

 

свидетельствуют

 

рост

 

значений

 

первой

 

энергии

 

ионизации

 

и

 

характер

 

из

-

менения

 

атомных

 

и

 

ионных

 

радиусов

 

в

 

ряду

 V — Nb — 

Та

Размеры

 

ато

-

мов

 

изменяются

 

немонотонно

при

 

переходе

 

от

 

ванадия

 

к

 

ниобию

 

радиус

 

растет

а

 

затем

 

остается

 

практически

 

неизменным

  (

лантанидное

 

сжатие

). 

При

 

переходе

 

от

 

элементов

 3d-

ряда

 

к

 4d- 

и

 5d-

элементам

 

увеличение

 

раз

-

мера

 d-

орбиталей

 

приводит

 

к

 

упрочнению

 d–d-

перекрывания

 

и

 

росту

 

ко

-

валентного

 

вклада

 

в

 

металлическую

 

связь

Именно

 

этим

 

объясняется

 

воз

-

растание

 

твердости

температур

 

плавления

 

и

 

кипения

 

металлов

  V

В

-

группы

 

ПС

 

в

 

ряду

 V–Nb–

Та

а

 

также

 

ослабление

 

химической

 

активности

Ванадий

ниобий

 

и

 

тантал

 – 

твердые

 

тугоплавкие

 

металлы

 

серого

 

цвета

хорошо

 

поддающиеся

 

механической

 

обработке

Их

 

основные

 

фи

-

зико

-

химические

 

свойства

 

приведены

 

в

 

таблице

Химические

 

и

 

физиче

-

ские

 

свойства

 

дубния

 

ещё

 

практически

 

не

 

изучены

 

Таблица

 5

 

Некоторые

 

свойства

 

элементов

 

подгруппы

 

ванадия

 

Свойство

 V 

Nb 

Ta 

Атомный

 

радиус

нм

 0,136  0,147 0,149 

Ионный

 

радиус

 

Э

4+

нм

 0,040  0,069  0,068 

Потенциал

 

ионизации

эВ

 6,74 

6,88 

7,89 

Е

0

(

М

2

О

5

/

М

0

), 

В

 

0,105 

0,65 

0,81 

Температура

 

плавления

, °

С

 1710 

2487 

2997 

Температура

 

кипения

, °

С

 3450 

4950 

5425 

Плотность

г

/

см

3

 5,96 8,58 

16,69 

Содержание

 

в

 

земной

 

коре

масс

.% 

1,5·10

–2 

2·10

–5

 2,4·10

–5

 

Массовые

 

числа

 

природных

 

изотопов

 

47,48,49,50,51,52 93 

180, 

181 

 

2.1.1. 

Химические

 

свойства

 

Наличие

 5 

валентных

 

электронов

 

обусловливает

 

большой

 

набор

 

сте

-

пеней

 

окисления

 

ванадия

ниобия

 

и

 

тантала

 

в

 

соединениях

: +2, +3, +4 

и

 

+5. 

Наиболее

 

характерная

 

степень

 

окисления

 

элементов

 

в

 

соединениях

 +5. 

Как

 

и

 

в

 

случае

 

других

 d-

элементов

 

устойчивость

 

производных

 

в

 

низших

 

степенях

 

окисления

 

уменьшается

 

в

 

ряду

 V–Nb–Ta. 

Ионы

 

металлов

буду

-

чи

 

жесткими

 

кислотами

образуют

 

наиболее

 

прочные

 

соединения

 

с

 

таки

-

ми

 

жесткими

 

основаниями

 

как

 

фторид

-, 

гидроксид

и

 

пероксид

-

ионы

Электродные

 

потенциалы

 

этих

 

металлов

 

отрицательнее

 

потенциала

 

водо

-

background image

50 

 

рода

  (

Е

0

(V

2+

/V) = 

1,18 B, E

0

(Nb

3+

/Nb) = 

1,10 B), 

но

 

в

 

компактном

 

со

-

стоянии

 

они

и

 

особенно

 

тантал

устойчивы

 

к

 

химическим

 

воздействиям

Так

ниобий

 

и

 

тантал

 

не

 

растворимы

 

во

 

всех

 

кислотах

кроме

 

плавиковой

Обычно

 

металлические

 

ниобий

 

и

 

тантал

 

растворяют

 

в

 

смеси

 HF 

и

 HNO

3

Ta + 7HF + 5HNO

3

 = H

2

[TaF

7

] + 5NO

2

 + 5H

2

O. 

Ванадий

 

способен

 

растворяться

 

не

 

только

 

в

 HF, 

но

 

и

 

в

 

кислотах

-

окислителях

: HNO

3

конц

. H

2

SO

4

3V + 8HNO

3

 = 3VO

2

NO

3

 + 5NO + 4H

2

O, 

V + 3H

2

SO

4

 = VOSO

4

 + 2SO

2

 + 3H

2

O. 

Растворы

 

щелочей

 

на

 

эти

 

металлы

 

не

 

действуют

однако

 

с

 

расплав

-

ленными

 

щелочами

 

они

 

медленно

 

реагируют

4Nb + 12NaOH + 5O

2

 = 4Na

3

NbO

4

 + 6H

2

O. 

Причину

 

химической

 

стойкости

 

металлов

 

связывают

 

с

 

наличием

 

на

 

их

 

поверхности

 

прочных

 

оксидных

 

пленок

При

 

высоких

 

температурах

 

порошкообразные

 

металлы

 

взаимодействуют

 

с

 

кислородом

галогенами

серой

азотом

 

и

 

водородом

2M + 5O

2

 = 2M

2

O

5

2M + 5F

2

 = 2MF

5

2Nb + 5Cl

2

 

 2NbCl

5

, 2Ta + 5Cl

2

 = 2TaCl

5

но

  V + 2Cl

2

 

 VCl

4

2Nb + 5Br

2

 

 2NbBr

5

, 2Ta + 5Br

2

 = 2TaBr

5

но

   2V + 3Br

2

2VBr

3

Ta + 2S = TaS

2

2M + N

2

 = 2MN. 

С

 

водородом

 

металлы

 

образуют

 

твёрдые

 

растворы

 

внедрения

 

2.1.2. 

Нахождение

 

в

 

природе

 

и

 

получение

 

Самостоятельные

 

минералы

 

ванадия

 

встречаются

 

крайне

 

редко

по

-

этому

 

ванадий

 

относят

 

к

 

рассеянным

 

элементам

Основной

 

источник

 

ва

-

надия

 

железные

 

и

 

титановые

 

руды

 (

магнетиты

 

и

 

титаномагнетиты

), 

а

 

так

-

же

 

ванадит

 

 3Pb

3

(VO

4

)

2

PbCl

2

Ниобий

 

и

 

тантал

 

являются

 

редкими

 

эле

-

ментами

близость

 

химических

 

свойств

 

обусловливает

 

их

 

совместное

 

на

-

хождение

 

в

 

одних

 

и

 

тех

 

же

 

минералах

 – 

тантало

-

ниобатах

  (

колумбит

 

 

Fe(NbO

3

)

2

танталит

 

 Fe(TaO

3

)

2

и

 

титано

-

тантало

-

ниобатах

 (

лопарит

пи

-

рохлор

ильмено

-

рутил

). 

Руды

содержащие

 

ванадий

 

или

 

ниобий

 

и

 

тантал

обогащают

,  

полу

-

чая

 

концентраты

Рудные

 

концентраты

 

разлагают

 

различными

 

методами

сплавлением

 

со

 

щелочами

 

или

 KHSO

4

растворением

 

в

 HF 

или

  H

2

SO

4

хлорированием

После

 

разделения

 

образующихся

 

соединений

 

и

 

очистки

 

от

 

примесей

 

в

 

зависимости

 

от

 

типа

 

исходных

 

концентратов

 

получают

 

ок

-

сиды

хлориды

 

или

 

фторидные

 

комплексы

 – K

2

[MF

7

]. 

Большое

 

практиче

-

ское

  

значение

 

имеют

 

продукты

непосредственно

 

получаемые

 

из

 

рудных

 

концентратов

 – 

феррованадий

 

и

 

феррониобий

применяющиеся

 

в

 

качестве

 

добавок

 

при

 

варке

 

специальных

 

сталей

Технология

 

получения

 

металлов

 

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/15400