Общая характеристика. Свойства и применение в технике

ЛЕКЦИЯ 12 d-металлы IV группы

Свойства и применение в технике

Общая характеристика

ЛЕКЦИЯ 11 d-металлы III группы

К d-металлы III группы относятся: скандий (Sс), иттрий (Y), лантан (Lа) и актиний (Ас). За лантаном и актинием в периодической таблице находятся по 14 элементов, называемых соответственно лантаноидами и актиноидами.

Скандий, иттрий и лантаноиды принято называть редкоземельными металлами. Скандий, иттрий, лантан и лантаноиды, за исключением прометия, имеют устойчивые изотопы. Актиний и актиноиды не имеют устойчивых изотопов. У лантаноидов и актиноидов происходит заполнение третьего снаружи f-слоя, поэтому в данных семействах химические свойства элементов очень близки между собой. У лантаноидов, за исключением европия и иттербия, в отличие от главных подгрупп происходит уменьшение радиусов атомов, называемое лантаноидным сжатием, что приводит к увеличению плотности и уменьшению восстановительной активности. Данное явление присуще также актиноидам и называется соответственно актиноидным сжатием.

Основная валентность для данных элементов равна 3. Редкоземельные металлы по значениям электродных потенциалов находятся между Аl и Мg, т.е. являются химически активными металлами. Актиноиды – более сильные восстановители, чем лантаноиды. Данные металлы реагируют с водой

2L а + 6НОН → 2L а (ОН)₃ + 3Н₂

легко растворяются в кислотах

8Sс + 30НNO_3(разб.) = 8Sс(NO₃)₃ + 3NН₄NO₃ + 9Н₂О.

Скандий близок по свойствам с алюминием, но c температурой плавления примерно на 750 ^оС выше, что делает перспективным его применение в авиа- и ракетостроении. Добавки данных металлов к сплавам в ряде случаев приводят к существенному улучшению их механических и физико-химических характеристик. Лантаноиды – хорошие поглотители кислорода, водорода и других газов. Вследствие близости химических свойств разделение лантаноидов – технически сложная задача, поэтому на практике применяется сплав редкоземельных металлов, называемый мишметеллом. Применение данных металлов разнообразно, но из-за сложности получения ограничено.

Вопросы для самоподготовки:

1. Mg→MgSO₄→Mg(OH)₂→Mg OHCl.

2. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде при электролизе раствора KCI в течение 5 ч при силе тока 7 А. Составьте схему и запишите реакции, протекающие на электродах.

3. К 300 мл 10 % КОН с ρ =1,1 г/мл прибавили 2 л Н₂О. ω (КОН)-?

К d-металлы IV группы относятся: титан (Тi), цирконий (Zr) и гафний (Нf). Наиболее характерная степень окисления данных элементов +4. Элементы подгруппы титана тугоплавки. Устойчивы к действию воды и воздуха, что объясняется наличием на их поверхности оксидной пленки (ЭО₂).

2 Титан обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью, на него не действует морская вода, разбавленная и концентрированная азотная кислота и даже царская водка. Титан немного тяжелее алюминия, но в три раза превосходит его по прочности. Но главное свойство титана и его сплавов – высокая жаростойкость и жаропрочность – способность сохранять высокие механические характеристики при повышенных температурах. Из соединений можно отметить: ТiО₂ – титановые белила и титанат бария ВаТiО₃ – соль способная деформироваться под действием электрического поля.

Получение титана основано на следующих реакциях:

ТiО₂ + 4НС1 = ТiС1₄↑+ 2Н₂О,

ТiС1₄ + 2Мg = Тi + МgС1₂.

3 Цирконий также характеризуется высокой коррозионной стойкостью. При производстве стали добавки циркония удаляют кислород, азот и серу. Добавка циркония к меди значительно повышает её прочность, почти не снижая электропроводности. Качество магниевых и алюминиевых сплавов значительно повышается при добавлении к ним циркония.

Гафний в природе сопутствует цирконию. Он активно захватывает нейтроны, поэтому используется в атомной энергетике.

Вопросы для самоподготовки:

1. S→SO₂→H₂SO₃→KНSO₃.

2. 17,2 г кристаллогидрата CaSO₄·nН₂О содержат 3,6 г Н₂О. Какова формула кристаллогидрата?

3. Смешали 3 л (ρ =1,2 г/мл) 22 % раствора КОН с 2 кг 5 % КОН. ω(КОН) -?

Дата добавления: 2014-01-11