Subgrupul de vanadiu

Subgrupa vanadiu  - elemente chimice din grupa a 5-a din tabelul periodic al elementelor chimice (conform clasificării învechite  - elemente ale subgrupului lateral al grupului V) [1] . Grupul include vanadiu V, niobiu Nb și tantal Ta [2] . Pe baza configurației electronice a atomului, elementul dubniu Db aparține aceluiași grup, sintetizat artificial în orașul științific Dubna în 1970  de grupul lui G. N. Flerov prin bombardarea a 243 de nuclee Am cu 22 de ioni de Ne [3] și independent în Berkeley ( SUA ) în reacția 249 Cf + 15 N → 260 Db+4n [4] .

Proprietăți

Ca și în cazul celorlalte grupuri, membrii acestei familii de elemente prezintă modele în configurație electronică , în special în învelișurile exterioare, deși, în mod ciudat, niobiul nu urmează această tendință. Cu toate acestea, elementele acestui grup prezintă, de asemenea, proprietăți fizice și comportament chimic similare:

Unele proprietăți ale elementelor din grupa a 5-a

Vanadiu

Vanadiul este al 20-lea cel mai abundent element din scoarța terestră [5] . Aparține oligoelementelor și nu apare în natură într-o formă liberă. Conținutul de vanadiu din scoarța terestră este de 1,6⋅10 −2 % din masă, în apa oceanelor 3⋅10 −7 %. Cel mai mare conținut mediu de vanadiu din rocile magmatice se observă în gabro și bazalt ( 230–290 ppm). În rocile sedimentare , o acumulare semnificativă de vanadiu are loc în bioliți (asfaltiți, cărbuni, fosfați bituminoși), șisturi bituminoase, bauxite , precum și în minereurile de fier oolitice și silicioase . Apropierea razelor ionice ale vanadiului și fierului și titanului , care sunt larg răspândite în rocile magmatice , duce la faptul că vanadiul în procesele hipogene este în întregime într-o stare dispersată și nu își formează propriile minerale. Purtătorii săi sunt numeroase minerale de titan (titanomagnetit, sphene, rutil, ilmenit), mica, piroxene și granate , care au o capacitate izomorfă crescută în raport cu vanadiul. Cele mai importante minerale sunt patronitul V(S 2 ) 2 , vanadinitul Pb 5 (VO 4 ) 3 Cl și unele altele. Principala sursă de vanadiu sunt minereurile de fier care conțin vanadiu ca impuritate.

Din punct de vedere chimic, vanadiul este destul de inert. Are rezistență bună la coroziune, rezistentă la apa de mare, soluții diluate de acizi clorhidric, azotic și sulfuric, alcalii [6] . Cu oxigen, vanadiul formează mai mulți oxizi : VO, V 2 O 3 , VO 2 , V 2 O 5 . Portocaliu V 2 O 5 este un oxid acid, VO 2 albastru închis este amfoter, restul oxizilor de vanadiu sunt bazici. Ionul vanadil (VO 2+ ) este abundent în apa de mare, cu o concentrație medie de 30 nMa [7] . Unele surse de apă minerală conțin și ionul în concentrații mari. De exemplu, izvoarele din apropierea Muntelui Fuji conțin până la 54 de micrograme pe litru [7] .

Halogenurile de vanadiu sunt hidrolizate. Cu halogeni, vanadiul formează halogenuri destul de volatile ale compozițiilor VX 2 (X \ u003d F , Cl , Br , I ), VX 3 , VX 4 (X \ u003d F , Cl , Br ), VF 5 și mai multe oxohalogenuri (VOCl, VOCl 2 , VOF 3 și etc.). Compușii de vanadiu în stările de oxidare +2 și +3 sunt agenți reducători puternici, în stările de oxidare +5 prezintă proprietățile agenților de oxidare. Carbură de vanadiu refractară cunoscută VC ( tpl = 2800 ° C ), nitrură de vanadiu VN, sulfură de vanadiu V2S5 , siliciură de vanadiu V3Si și alți compuși de vanadiu. Când V 2 O 5 interacționează cu oxizii bazici, se formează vanadați  - săruri ale acidului vanadic cu compoziția probabilă HVO 3 .

Niobiu

Clarke de niobiu - 18 g/t. Conținutul de niobiu crește de la ultramafic (0,2 g/t Nb) la roci acide (24 g/t Nb). Niobiul este întotdeauna însoțit de tantal. Proprietățile chimice apropiate ale niobiului și tantalului determină prezența lor comună în aceleași minerale și participarea la procesele geologice comune. Niobiul este capabil să înlocuiască titanul într-un număr de minerale care conțin titan ( sfenă , ortit , perovskit , biotit ). Forma de găsire a niobiului în natură poate fi diferită: împrăștiată (în mineralele formatoare de roci și accesorii ale rocilor magmatice) și minerală. În total, sunt cunoscute peste o sută de minerale care conțin niobiu. Dintre acestea, doar câteva sunt de importanță industrială: columbit-tantalit (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 , piroclor (Na, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 ( OH, F ) (Nb 2 O 5 0 - 63%), loparit (Na, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), euxenită, torolit, ilmenorutil sunt folosite uneori, precum și minerale care conțin niobiu ca impurități ( ilmenit , casiterit , wolframit ). În rocile alcaline - ultrabazice, niobiul este dispersat în minerale precum perovskitul și eudialit. In procesele exogene, mineralele de niobiu si tantal, fiind stabile, se pot acumula in placerii deluvio-aluvionali (placerii columbit), uneori in bauxite ale crustei de intemperii. Concentrația de niobiu în apa de mare este de 1⋅10 −5 mg/l [8] .

Din punct de vedere chimic, niobiul este destul de stabil, dar inferior în acest sens tantalului . Practic nu este afectat de acizii clorhidric , ortofosforic , sulfuric diluat , azotic . Metalul se dizolvă în acid fluorhidric HF , un amestec de HF și HNO3 , soluții concentrate de alcalii caustici , precum și în acid sulfuric concentrat atunci când este încălzit peste 150 ° C. Când este calcinat în aer, se oxidează la Nb 2 O 5 . Aproximativ 10 modificări cristaline au fost descrise pentru acest oxid . La presiune obișnuită, forma β a Nb 2 O 5 este stabilă .

Tantal

Tantalul este un metal rar, în scoarța terestră reprezintă 0,0002%. Sunt cunoscute aproximativ 20 de minerale native de tantal - o serie de columbit-tantalit , wojinit , loparit , manganotalit și altele, precum și peste 60 de minerale care conțin tantal. Toate sunt asociate cu formarea de minerale endogene . În minerale, tantalul se găsește întotdeauna împreună cu niobiul datorită asemănării proprietăților lor fizice și chimice. Tantalul este un element dispersat, deoarece este izomorf cu multe elemente chimice. Depozitele de tantal sunt limitate la pegmatite granitice, carbonatite și intruziuni stratificate alcaline.

Tantalul are un punct de topire ridicat  - 3290  K ( 3017 ° C ); fierbe la 5731  K ( 5458 °C ). Densitatea tantalului este de 16,65 g/cm³ . În ciuda durității sale, este plastic ca aurul . Tantalul pur se pretează bine la prelucrare, este ușor ștanțat, rulat în sârmă și cele mai subțiri foi cu o grosime de sutimi de milimetru. Tantalul este un excelent getter (gaz getter), la 800 °C este capabil să absoarbă 740 de volume de gaz. Rețeaua cristalină  este cubică, centrată pe corp. Are proprietăți paramagnetice . La temperaturi sub 4,45 K , trece în starea supraconductoare .

În condiții normale, tantalul este inactiv, se oxidează în aer numai la temperaturi peste 280 ° C , devenind acoperit cu o peliculă de oxid de Ta 2 O 5 ; reacţionează cu halogenii la temperaturi peste 250 °C . Când este încălzit, reacţionează cu C, B, Si, P, Se, Te, H 2 O, CO, CO 2 , NO, HCl, H 2 S. Tantalul pur chimic este excepţional de rezistent la metalele alcaline lichide , majoritatea anorganice şi organice. acizi, precum și multe alte medii agresive (cu excepția alcalinelor topite).

În ceea ce privește rezistența chimică la reactivi, tantalul este similar cu sticla. Tantalul este insolubil în acizi și amestecurile acestora, cu excepția unui amestec de acizi fluorhidric și acizi azotici ; nici acva regia nu o dizolva . Reacția cu acidul fluorhidric are loc numai cu praful metalic și este însoțită de o explozie . Este foarte rezistent la acid sulfuric de orice concentrație și temperatură (la 200 °C , metalul se corodează în acid cu doar 0,006 milimetri pe an) [9] , stabil în metalele alcaline topite dezoxigenate și vaporii acestora supraîncălziți (litiu, sodiu, potasiu). , rubidiu, cesiu ).

Dubnium

Dubniul este un element chimic radioactiv artificial, aparține transactinoidului, probabil un metal alb-argintiu. Nu are izotopi stabili; nu a fost obținut în cantități în greutate. Sunt cunoscuți radioizotopi cu numere de masă 255-268, cel mai longeviv fiind 268Db (T1/2 16 h, fisiune spontană). Configurația (calculată) a învelișurilor de electroni exterioare ale atomului este 5f 14 6d 3 7s 2 , starea de oxidare este +5 [10] .

Istorie

Descoperirea elementelor grupului 5 este asociată cu contradicții și dificultăți semnificative pentru chimiști. Verificarea elementelor nou descoperite a fost dificilă din cauza asemănărilor dintre vanadiu și elementul 6 al grupului crom, asemănările chimice dintre niobiu și tantal și complexitatea instalațiilor necesare pentru a produce câțiva atomi de dubniu.

Elementele din grupa a 5-a sunt similare între ele nu numai prin proprietățile lor, ci și „rudele” ca nume. În primul rând, numele tuturor celor trei aparțin domeniului mitologiei. În al doilea rând, numele indică o relație de familie directă: în mitologia greacă antică, Niobe este fiica lui Tantalus.

Vanadiul este numit după zeița frumuseții vechilor scandinavi - legendara Freya Vanadis. Acest nume a fost dat elementului în 1831 de Gabriel Sefström, profesor la Institutul de Mine din Stockholm.

Tantalul a fost descoperit în 1802 de chimistul suedez Ekeberg în două minerale găsite în Finlanda și Suedia.

Niobiul a fost descoperit în 1801 de omul de știință englez C. Hatchet într-un mineral ( columbit ) găsit în bazinul râului. Columbia și, prin urmare, a primit numele „Columbia”. În 1844, chimistul german Heinrich Rose l-a redenumit „niobiu” în onoarea fiicei lui Tantalus, Niobe , evidențiind astfel asemănările dintre niobiu și tantal . Cu toate acestea, în unele țări (SUA, Anglia), numele original al elementului, columbium, a fost păstrat pentru o lungă perioadă de timp, iar abia în 1950, prin decizia Uniunii Internaționale de Chimie Pură și Aplicată ( IUPAC ), elementul a fost în cele din urmă a primit numele de niobiu.

Distribuția în natură și biosferă

Vanadiul este destul de răspândit în natură și reprezintă aproximativ 0,005% din numărul total de atomi din scoarța terestră. Cu toate acestea, depozitele bogate ale mineralelor sale sunt foarte rare. Pe lângă astfel de zăcăminte, unele minereuri de fier care conțin impurități ale compușilor acestui element reprezintă o sursă importantă de materii prime pentru producția industrială de vanadiu.

Conținutul de niobiu (2⋅10 −4  %) și tantal (2⋅10 −5  %) din scoarța terestră este mult mai mic decât cel de vanadiu. Ele apar în principal sub formă de minerale columbit Fe 2+ Nb 2 O 6 și tantalit Fe 2+ Ta 2 O 6 , care sunt de obicei amestecate între ele.

Dintre elementele din grupa 5, doar vanadiul a fost identificat ca având un rol în biochimia sistemelor vii: este implicat în unele enzime ale organismelor superioare și, de asemenea, în mod neobișnuit, în biochimia unor tunicate marine .

Fotografii

• Vanadiu pur (bară în dreapta și cub) și doi dintre oxizii săi (bare în stânga). Metal ductil gri-argintiu.

• Cristale de niobiu. Metal gri strălucitor acoperit cu o peliculă de oxid gălbui.

• cristale de tantal. Metal solid de culoare gri.

Note

1. ↑ Tabel periodic Arhivat 17 mai 2008. pe site-ul IUPAC
2. ↑ [www.xumuk.ru/nekrasov/ix-06.html Subgrupul de vanadiu]
3. ↑ G.N.Flerov și colab. Despre sinteza elementului 105  // Fizica nucleară A . - 1970. - T. 160 , nr 1 . - S. 181-192 .
4. ↑ Albert Ghiorso și colab. Element nou Hahnium, numărul atomic 105  // Scrisori de revizuire fizică . - 1970. - T. 24 , Nr. 26 . - S. 1498-1503 .
5. ↑ Proceedings  . _ — Consiliul Național al Bumbacului din America, 1991.
6. ↑ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils. Vanadiu // Lehrbuch der Anorganischen Chemie  (germană) . — 91–100. - Walter de Gruyter , 1985. - S. 1071-1075. - ISBN 978-3-11-007511-3 .
7. ↑ 1 2 Rehder, Dieter. Chimia  vanadiului bioanorganic (neopr.) . — 1-a. - Hamburg, Germania: John Wiley & Sons, Ltd , 2008. - P. 5 & 9-10. - (Chimie anorganică). — ISBN 9780470065099 . - doi : 10.1002/9780470994429 .
8. ↑ JP Riley și Skirrow G. Chemical Oceanography V.I, 1965
9. ↑ Venetsky S. I. Născut în durere // Povești despre metale. - M . : Metalurgie, 1979. - S. 167. - 240 p. — 60.000 de exemplare.
10. ↑ Dubniy  / Myasoedov B.F. // Dinamica atmosferică - Nod de cale ferată. - M  .: Marea Enciclopedie Rusă, 2007. - P. 385. - ( Marea Enciclopedie Rusă  : [în 35 de volume]  / redactor-șef Yu. S. Osipov  ; 2004-2017, v. 9). - ISBN 978-5-85270-339-2 .

Literatură

• Akhmetov N. S. Chimie generală și anorganică. - M . : Liceu, 2001. - ISBN 5-06-003363-5 .
• Lidin R. A. Manual de chimie generală și anorganică. - M. : KolosS, 2008. - ISBN 978-5-9532-0465-1 .
• Nekrasov BV Fundamentele chimiei generale. - M. : Lan, 2004. - ISBN 5-8114-0501-4 .
• Spitsyn V.I. , Martynenko L.I. Chimie anorganică. - M. : MGU, 1991, 1994.
• Turova N. Ya. Chimie anorganică în tabele. Tutorial. - M .: CheRo, 2002. - ISBN 5-88711-168-2 .
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chimia elementelor (ed. a doua), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9
• F. Albert Cotton, Carlos A. Murillo și Manfred Bochmann, (1999), Advanced anorganic chemistry. (ed. a 6-a), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
• Housecroft, C.E. Sharpe, A.G. (2008). Chimie anorganică (ed. a III-a). Prentice Hall, ISBN 978-0-13-175553-6

Link -uri

În cataloagele bibliografice	GND : 4377655-3