Подгруппа титана

Подгруппа скандия

Элементы IIIВ-подгруппы полные электронные аналоги (скандий - Sc, иттрий - Y, лантан - La и радиоактивный актиний - Ac) с общей электронной формулой (n-1)d¹ns². Наличие на d-подуровне единственного электрона обуславливает повышенную активность данных элементов и образование ими соединений в степени окисления +3. В ряду Sc – Y – La – Ac химическая активность заметно возрастает: скандий напоминает по свойствам алюминий, а его аналоги приближаются к щелочноземельным металлам. Для скандия типично координационное число 6, для иттрия и лантана оно достигает 8 и 9.

Скандий, иттрий и лантан рассеянные элементы, самостоятельных рудных месторождений не образуют. Получают их электролизом хлоридов в расплавах или металлотермическим методом.

Химические свойства. При повышенных температурах они реагируют практически со всеми неметаллами, исключая инертные газы. В ряду активности металлов расположены далеко впереди

водорода. Скандий из-за пассивирования с водой не реагирует, а лантан уже при обычных условиях медленно реагирует с водой:

2La + 6H₂O = 2La(OH)₃ + 3H₂

Металлы легко взаимодействуют с разбавленными кислотами, причем разбавленную азотную кислоту восстанавливают до нитрата аммония:

8Sc + 30HNO₃(разб) = 8Sc(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

Элементы IVB-подгруппы (титан - Ti, цирконий - Zr, гафний - Hf и курчатовий - Ku) полные электронные аналоги с общей электронной формулой (n-1)d2ns2. При переходе от Ti к Zr атомные радиусы возрастают, а Zr и Hf из-за лантаноидного сжатия имеют практически одинаковые размеры атомов и ионов, в связи с чем их свойства близки.
Простые вещества титан, цирконий и гафний - серебристо-белые тугоплавкие и прочные металлы, хорошо поддающиеся механической обработке. Титан легкий металл (4,5 г/см3), цирконий и гафний - металлы тяжелые.
Металлы подгруппы титана получают в промышленности металлотермическими методами:

TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti;
K2[ZrF6] + 4Na = 4NaF + 2KF + Zr
Химические свойства. При обычных условиях титан, цирконий и гафний устойчивы. При нагревании горят в атмосфере кислорода, образуя оксиды ЭО2, реагируют с азотом (ЭN) при 800 ºС и галогенами (ЭHal4) при 140 – 400 ºС. Титан при нагревании растворяется в соляной кислоте:
t
2Ti + 6HCl = 2TiCl3 + 3H2
Цирконий и гафний взаимодействуют с кислотами лишь в том случае, когда есть условия для их окисления и образования устойчивых анионных координационных соединений. Так они реагируют с плавиковой и концентрированной серной кислотами, а также со смесью HF + HNO3 или с "царской водкой":
Э + 6HF = H2[ЭF6] + 2H2;
Zr + 5H2SO4 = H2[Zr(SO4)3] + 2SO2 + 4H2O;
3Zr + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[ZrCl6] + 4NO + 8H2O;
3Э + 4HNO3 + 18HF = 3H2[ЭF6] + 4NO + 8H2O
К растворам щелочей цирконий и гафний (в меньшей степени титан) устойчивы

Дата добавления: 2015-08-31