Характеристика вагонов 81-717(714) 38 страница

В свободном состоянии элементы подгруппы скандия представляют собой серебристо-белые металлы е высокими температурами плавления. Металличе­ские свойства выражены у них резче, чем у элементов главной подгруппы. Они растворяются в разбавленных соляной, азотной и серной кислотах, а при нагревании реагируют с большинством неметаллов.

Оксиды элементов этой подгруппы представляют собой тугоплавкие бе­лые вещества. Гидроксиды проявляют основные свойства, усиливающиеся в ряду Sc — Y — La. Так, соли скандия гидролизуются в значительной сте­пени, а соли лантана практически не подвергаются гидролизу: La(OH)₃ —< сильное основание.

Области применения скандия ограничены. Но в настоящее время намеча­ется пути использования соединений скандия в электронике. В частности, некоторые ферриты (см. стр. 671), содержащие небольшие количества оксида Скандия, применяются в быстродействующих счетно-решающих устройствах.

Металлический скандий используется в электровакуумной технике как хороший геттер (нераспыляющнйся поглотитель газов).

Оксид иттрия также применяется в производстве ферритов. Ферриты, со­держащие иттрий, используются в слуховых приборах, в ячейках памяти счетно-решающих устройств. Изотоп иттрия ⁹⁰Y применяется в медицине.

Лантан применяется главным образом в смеси с лантаноидами (см. §221).

221. Лантаноиды. К семейству лантаноидов принадлежат че­тырнадцать /-элементов, следующих в периодической системе после лантана:

Церий	Празеодим	Неодим	Прометий	Самарий
Се	Рг	Nd	Pai	Sm
...4f'5s^[2]5rKs^!	...4f'5s'5p"6a'	... 4}<5s^[3]5p4s*	...4/*^[4]5б''5р^сС5^!	...4j"as*5p^r>as'
Европий	Гадолиний	Тербий	Диспрозии	Гольмий
Ей	Gd	Tb	Dy	Но
...4f5s^[5]Gp"6s'	..^f'Ss^pWes^[6]	...4f^[7]5s^[8]5p^e6s^!	...4f^[9]3s^!5o^e6s"	...4f^,l5s'5p^e5s'

68 69 70 71

Эрбий 1 Тулий Иттербий Лютеций

Ег Тш Yd Lu

С возрастанием порядкового номера элементов этого семейства происходит заполнение электронами подуровня третьего снаружи электронного слоя (4/-подуровня), строение же наружного, а у

из 4/-электронов (а в некоторых случаях, например, у церия, два 4/-электрона) легко возбуждается, переходя на 5^-подуровень, и становится, таким образом, валентным электроном. Поэтому в

ленности -4-3, а не -4-2. Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов к свойствам элементов подгруппы скандия. В § 34 говорилось, что в пределах одного периода с возрастанием поряд­кового номера размеры атомов элементов уменьшаются. Подобная закономер­ность наблюдается не только для элементов главных подгрупп, но, за немно­гими исключениями, и для элементов побочных подгрупп. Такое же уменьше­

... 4f'^[10]5s^[11]5p«as^!... 4f"WSp'es^[12]...4f«5s'5p^e&s>...4f"us ^[13] 5p^e5d^les'

В свободном состоянии лантаноиды представляют собою ти­пичные металлы, сходные с лантаном или с иттрием. Их оксиды нерастворимы в воде, но легко присоединяют воду с образо-нием гидроксидов. Последние лишь незначительно растворяются в воде и имеют основной характер. Соли лантаноидов по своей растворимости подобны соответствующим солям лантана или иттрия.

Прометий не имеет стабильных изотопов и в природе не обна­ружен.

Вследствие очень большой близости химических свойств соеди­нений лантаноидов, выделение их в чистом виде из природных сме­сей очень затруднено. Лишь в последние 20—30 лет разработаны эффективные методы разделения лантаноидов. В настоящее время все они получены в виде чистых металлов.

Многие лантаноиды и их соединения нашли применение в раз­личных областях науки и техники. Они применяются в производ­стве стали, чугуна и сплавов цветных металлов. При этом ис­пользуется главным образом мишметалл — сплав лантаноидов с преобладающим содержанием церия и лантана. Добавка малых количеств редкоземельных металлов повышает качество нержа­веющих, быстрорежущих, жаропрочных сталей и чугуна. При вве­дении 0,35% мишметалла в нихром срок его службы при 1000 °С возрастает в 10 раз. Добавка лантаноидов к сплавам алюминия и магния увеличивает их прочность при высоких температурах,

Один из крупных потребителей редкоземельных металлов — стекольная промышленность. Стекло, содержащее церий, не туск­неет под действием радиоактивных излучений и применяется в атомной технике. Оксиды лантана и неодима входят в состав многих оптических стекол. Небольшие добавки оксидов лантанои­дов используются для обесцвечивания стекол и для придания им

окраски. Так, Ш₂0з придает стеклу ярко-красный цвет, а Рг₂0₃___

зеленый. Оксиды лантаноидов используются также для окраски фарфора, глазури, эмали.

Радиоактивный изотоп тулия ¹⁷⁰Тт применяется для изготов­ления портативных генераторов рентгеновских лучей медицинского назначения

222. Актиноиды. К семейству актиноидов принадлежат четыр­надцать /-элементов, следующих в периодической системе после актиния:

90 Торий Th ...5f°6sV6d^87s»	Протактиний Ра ...5P6s^26p^56d'7s^!	92 Уран и ...5f»6^6p^,6d^,7s^!	Нептуний Np ...5f^,6s^!6p^e3d^|7s^!	9Ф Плутоний Pu ...5f^66s^!6pW
Америций Am ...5рб$'6р^с7$*	96 Кюрий Cm ...5f^76s^36p^66d'7s^2	Берклий Bk ..5f%s-6p%d4s*	Калифорний Cf ...5p6s^26pW	9D Эйнштейний Es ...5f"6s'6p»7s'
100 Фермий Fm ...5f^,26s^26p^s7s^!	Менделевий Md ...5!^[a6s^26p^e7s'	102 (Нобелий) (No)...5f ■Ms'opTs'	(Лоуренсий) (Lr) ...5f^,*3s^!ep^!od'7s^!

Как и в случае лантаноидов, у элементов семейства актиноидов происходит заполнение третьего снаружи электронного слоя (под­уровня 5/); строение же наружного и, как правило, предшествую­щего электронных слоев остается неизменным. Это служит причи­ной близости химических свойств актиноидов. Однако различие в энергетическом состоянии электронов, занимающих 5/- и бй-под-уровни в атомах актиноидов, еще меньше, чем соответствующая разность энергий в атомах лантаноидов. Поэтому у первых членов семейства актиноидов 5/-электроны легко переходят на подуровень 6d и могут принимать участие в образовании химических связей. В результате от тория до урана наиболее характерная степень окисленности элементов возрастает от +4 до -f-б. При дальнейшем продвижении по ряду актиноидов происходит энергетическая ста­билизация 5/-состояния, а возбуждение электронов на бй-подуро-вень требует большей затраты энергии. Вследствие этого от урана до кюрия наиболее характерная степень окисленности элементов понижается от +6 до +3 (хотя для нептуния и плутония полу­чены соединения со степенью окисленности этих элементов -j-6 и

+7). Берклий и следующие за ним элементы во всех своих соеди­нениях находятся в степени окисленности +3.

Все актиноиды радиоактивны. Торий, протактиний и уран встре­чаются в природе, так как у них имеются изотопы с большим пе­риодом полураспада. В ничтожных количествах находятся в при­роде нептуний и плутоний. Остальные актиноиды получены искус­ственным путем в течение последних 30 лет (см. § 37).

Несмотря на неустойчивость атомов актиноидов, первые семь элементов этого семейства получаются в значительных количе­ствах в свободном состоянии и в виде различных соединений—• оксидов, галогеиидов и др.

Гидроксиды актиноидов Э(ОН)₃ имеют основной характер. Отвечающие им соли по своей растворимости сходны с соответ­ствующими солями лантаноидов.

Торий содержится в земной коре в количестве около 10~³ % (масс). Его минералы всегда сопутствуют редкоземельным эле­ментам, урану и некоторым другим металлам. Важнейший про­мышленный источник тория — минерал монацит.

В свободном состоянии торий — серебристо-белый тугоплавкий пластичный металл. Степень окисленности тория в соединениях обычно равна +4, важнейший его оксид — Ти0₂.

Торий применяется в ядерной технике. Под действием нейтро­нов природный торий, состоящий почти нацело из изотопа ²³²Th, превращается в изотоп урана ²³³U, который служит ядерным горю­чим (см. стр. 108). Кроме того, торий применяется как легирующий компонент ряда сплавов. В частности, сплавы на основе магния, содержащие торий, цинк, цирконий и марганец, отличаются малой плотностью, высокой прочностью и химической стойкостью при вы­соких температурах.

Уран открыт в 1789 г., ио в чистом виде (металл серо-сталь­ного цвета) выделен только в 1841 г. Содержание его в земной коре оценивается в 3• 10^-4 % (масс), что соответствует общему ко­личеству 1,3-10¹⁴ т металла. Природные соединения урана много­образны; важнейшими минералами являются уранинит (диоксид урана U0₂), настиран (фаза переменного состава 1Ю₂,о-2,б) и кар­нотит (уранил-ванадат калия K₂(U0₂)₂-(V0₄)₂-3H₂0). Руды урана обычно содержат не более 0,5 % полезного минерала.

Природный уран состоит из трех радиоактивных изотопов: ²³⁸U {около 99,3 %), ²³⁵U (около 0,7 %) и ²³⁴U (около 0,005 %). Перио­ды полураспада их соответственно равны 4,5-10⁹ лет, 7-Ю⁸ лет и 2,5-10⁵ лет.

Важнейшее свойство урана состоит в том, что ядра некоторых его изотопов способны к делению при захвате нейтронов; при этом выделяется громадное количество энергии. Это свойство урана ис­пользуется в ядерных реакторах, служащих источниками энергии, а также лежит в основе действия атомной бомбы (см. § 37). Непо­средственно для получения ядерной энергии применяются изотопы

2351J _и 233tj_ 1^3 _них 235TJ применяется в виде природного урана, обогащенного этим изотопом. Важнейший метод обогащения (или выделения) изотопа основан на различии в скорости диффузии газообразных соединений изотопов через пористые перегородки. В качестве газообразного соединения урана используют его гекса-фторид UF₆ (температура сублимации 56,5 °С). Нз изотопа ^mU получают изотоп плутония ²³⁹Ри, который также может использо­ваться в ядерных реакторах и в атомной бомбе.

Уран образует довольно большое число соединений. Наиболее характерными из них являются соединения урана (VI).

Триоксид урана, или урановый ангидрид, U0₃ (оранжевый по­рошок) имеет характер амфотерного оксида. При растворении его в кислотах образуются соли (например, UO2CI2), в которых катио­ном является ион UQo⁺, называемый у рани лом.

Соли уранила обычно окрашены в желтовато-зеленый цвет и хорошо растворимы в воде. При действии щелочей иа растворы солей уранила получаются соли урановой кислоты H2UO4 — ура­на ты и двуурановой кислоты H2U2Q7— диуранаты, например, уранат натрия Na₂U04 и диуранат натрия Ыа₂и₂0₇. Диураиат натрия применяется для получения уранового стекла, флуоресци­рующего желтовато-зеленым светом.

Глава ПОБОЧНЫЕ ПОДГРУППЫ ЧЕТВЕРТОЙ,

XXI ПЯТОЙ, ШЕСТОЙ И СЕДЬМОЙ ГРУПП

Мы уже познакомились со свойствами элементов побочных под­групп первых трех групп периодической системы и теперь, прежде чем рассматривать остальные побочные подгруппы, можем дать общую характеристику элементов, составляющих побочные под­группы и называемых переходными элементами.

223. Общая характеристика переходных элементов. Особенности переходных элементов определяются, прежде всего, электронным строением их атомов, во внешнем электронном слое которых со­держатся, как правило, два s-электроиа (иногда — один s-элек-трон[14]). Невысокие значения энергии ионизации этих атомов ука­зывают на сравнительно слабую связь внешних электронов с яд­ром; так, для ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта энергии ионизации составляют соответственно 6,74; 6,76; 7,43; 7,90 и 7,86 эВ. Именно поэтому переходные элементы в образуемых ими соедине­ниях имеют положительную окисленность и выступают в качестве характерных металлов, проявляя тем самым сходство с металлами главных подгрупп.

Однако между металлами главных и побочных подгрупп есть н существенные различия. Они также связаны с особенностями электронного строения переходных элементов, а именно с тем, что во втором снаружи электронном слое их атомов имеется непол­ностью занятый электронами ^-подуровень. Для образования хи­мических связей атомы переходных элементов могут использовать не только внешний электронный слой (как это имеет место у эле­ментов главных подгрупп), но также rf-электроны и свободные rf-орбитали предшествующего слоя. Поэтому для переходных эле­ментов значительно более характерна переменная валентность, чем для металлов главных подгрупп. Возможность создания химиче­ских связей с участием rf-электронов и свободных rf-орбиталей об­условливает и ярко выраженную способность переходных элемен­тов к образованию устойчивых комплексных соединений. С этим же связана, как указывалось на стр. 578, характерная окраска многих соединений переходных элементов, тогда как соединения металлов главных подгрупп в большинстве случаев бесцветны.

Почти все элементы главных подгрупп IV—VII групп периоди­ческой системы представляют собой неметаллы, в то время как элементы побочных подгрупп — металлы. Поэтому в правой части периодической системы различия в свойствах элементов главных и подобных подгрупп проявляются особенно резко. Однако в тех случаях, когда элементы главной и побочной подгруппы находятся в высшей степени окисленности, их аналогичные соединения про­являют существенное сходство. Так, хром, расположенный в по­бочной подгруппе VI группы, образует кислотный оксид Сг0₃, близкий по свойствам к триоксиду серы S0₃. Оба эти вещества в обычных условиях находятся в твердом состоянии и образуют при взаимодействии с водой кислоты состава Н₂Э0₄. Точно так же оксиды марганца и хлора, соответствующие высшей степени окис­ленности этих элементов, — Мп₂0₇ и С1₂0₇— обладают сходными свойствами и представляют собой ангидриды сильных кислот, от­вечающих общей формуле НЭ0₄.

Подобная близость свойств объясняется тем, что в высшей степени окисленности атомы элементов главных и побочных под­групп приобретают сходное электронное строение. Например, атом хрома имеет электронную структуру ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3rf⁵4s'. Когда хром находится в степени окисленности +6 (например, в оксиде Сг0₃), шесть электронов его атома (пять 3d- и один 4«-электрон) вместе с валентными электронами соседних атомов (в случае Сг0₃ — атомов кислорода) -образуют общие электронные пары, осуществляющие химические связи. Остальные электроны, непо­средственно не участвующие в образовании связей, имеют конфи­гурацию ls²2s²2p⁶3s²3p^e, отвечающую электронной структуре бла­городного газа. Аналогично у атома серы, находящегося в степени окисленности +6 (например, в триоксиде серы S0₃), шесть элек­тронов участвуют в образовании ковалентных связей, а конфигу­рация остальных (ls²2s²2/?⁶) также соответствует электронной структуре благородного газа.

Мы знаем, что в пределах одного периода у элементов главных подгрупп, т. е. у s- и р-элементов, с возрастанием их порядкового номера число электронов во внешнем электронном слое атомов возрастает, что приводит к довольно быстрому переходу от типич­ных металлов к типичным неметаллам. У переходных элементов возрастание порядкового номера не сопровождается существенным изменением структуры внешнего электронного слоя, поэтому хими­ческие свойства этих элементов изменяются в периоде хотя и за­кономерно, но гораздо менее резко, чем у элементов главных под­групп.

В пределах одной декады переходных элементов (например, от скандия до цинка) максимальная устойчивая степень окисленности элементов сначала возрастает (благодаря увеличению числа rf-электронов, способных участвовать в образовании химических связей), а затем убывает (вследствие усиления взаимодействия rf-электронов с ядром по мере увеличения его заряда). Так, макси­мальная степень окисленности скандия, титана, ванадия, хрома и марганца совпадает с номером группы, тогда как для железа она равна шести, для кобальта, никеля и меди —трем, а для цинка — двум. В соответствии с этим изменяется и устойчивость соедине­ний, отвечающих определенной степени окисленности элемента. Например, оксиды TiO и VO, содержащие титан и ванадий в сте­пени окисленности +2, — сильные восстановители, а аналогичные оксиды меди и цинка (СиО и ZnO) восстановительных свойств не проявляют.

В главных подгруппах устойчивость соединений, в которых элемент проявляет высшую степень окисленности, с увеличением порядкового номера элемента, как правило, уменьшается. Так, со­единения, в которых степень окисленности углерода или кремния равна +4, вполне устойчивы, тогда как аналогичные соединения свинца (например, РЬ0₂) мало устойчивы и легко восстанавли­ваются. В побочных подгруппах проявляется обратная закономер­ность: с возрастанием порядкового номера элемента устойчивость высших окислительных состояний повышается. Так, соединения хрома (VI)—сильные окислители, а для соединений молибде­на (VI) и вольфрама(VI) окислительные свойства не характерны.

В пределах каждой побочной подгруппы отмечается значитель­ное сходство в свойствах элементов пятого и шестого периода. Как указывалось в § 221, это связано с явлением лантаноидного сжатия.

ПОДГРУППА ТИТАНА

В подгруппу титана входят элементы побочной подгруппы IV группы — титан, цирконий, гафний и искусственно полученный (см. стр. 107) курчатовий. Металлические свойства выражены у этих элементов сильнее, чем у металлов главной подгруппы чет­вертой группы — олова и свинца. Атомы элементов подгруппы ти­тана имеют в наружном слое по два электрона, а во втором снаружи слое — по 10 электронов, из которых два — на d-подуров-пе. Поэтому наиболее характерная степень окисленности металлов подгруппы титана равна -4-4.

В свободном состоянии титан и его аналоги — типичные ме­таллы, по внешнему виду похожие на сталь. Все они тугоплавки, устойчивы по отношению к воздуху и к воде.

224. Титан (Titanium). Титан очень распространен в природе; его содержание в земной коре составляет 0,6 % (масс), т. е. выше, чем содержание таких широко используемых в технике металлов, как медь, свинец и цинк.

Минералы, содержащие титан, находятся в природе повсе­местно. Важнейшими из них являются: титаномагнетиты FeTi0₃-rtFe₃0₄, ильменит FeTi0₃, сфен CaTiSi0₅ и рутил ТЮ₂. В СССР месторождения титановых руд находятся на Урале.

При промышленном получении титана руду или концентрат пе­реводят в диоксид титана ТЮ₂, который затем подвергают хлори­рованию. Однако даже при 800—1000°С хлорирование протекает медленно. С достаточной для практических целей скоростью оно происходит в присутствии углерода, связывающего кислород в основном в СО:

ТЮ₂ + 2С1₂ + 2С = TiC1₄ + 2СО

Получающийся хлорид титана(IV) восстанавливают магнием TiCli + 2Mg = Ti + 2MgC1₂

а образующуюся смесь подвергают нагреванию в вакууме. При этом магний и его хлорид испаряются и осаждаются в конденса­торе. Остаток — губчатый титан — переплавляют, получая ком­пактный ковкий металл.

Примеси кислорода, азота, углерода резко ухудшают механиче­ские свойства титана, а при большом содержании превращают его в хрупкий материал, непригодный для практического использова­ния. Поскольку при высоких температурах титан реагирует с на­званными неметаллами, его восстановление проводят в герметич­ной аппаратуре в атмосфере аргона, а очистку и переплавку — в высоком вакууме.

Для получения небольших количеств титана высокой чистоты применяют иодидный метод (см. § 193).

Металлический титан плавится при 1665°С; плотность его равна 4,505 г/см³. Титан — довольно активный металл; стандартный элек­тродный потенциал системы Ti/Ti²⁺ равен —1,63 В. Однако благо­даря образованию на поверхности металла плотной защитной пленки титан обладает исключительно высокой стойкостью против коррозии, превышающей стойкость нержавеющей стали. Он не

окисляется на воздухе, в морской воде и не изменяется в ряде агрессивных химических сред, в частности в разбавленной и кон­центрированной азотной кислоте и даже в царской водке.

Благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии титан — прекрасный материал для изготовления химической аппа­ратуры. По главное свойство титана, способствующее все боль­шему его применению в современной технике, — высокая жаро­стойкость как самого титана, так и его сплавов с алюминием и другими металлами. Кроме того, эти сплавы обладают жаропроч­ностью— способностью сохранять высокие механические свойства при повышенных температурах. Все это делает сплавы титана весьма ценными материалами для самолето- и ракетостроения.

Титан лишь немного тяжелее алюминия, но в 3 раза прочнее его. Это открывает перспективы применения титана в различных областях машиностроения. Достаточно указать, что использование деталей из титана и его сплавов в двигателях внутреннего сгора­ния позволяет снизить массу этих двигателей примерно на 30%.

Широкие возможности применения титана в технике вызвали бурное развитие его производства. В 1948 г. был получен первый промышленный титан в количестве 2,5 т, в 1954 г. мировое произ­водство этого металла составило 7000 т, а в 1957 г. достигло 30 000 т. Таких темпов роста не наблюдалось в производстве ни одного из других металлов.

При высокой температуре титан соединяется с галогенами, кис­лородом, серой, азотом и другими элементами. На этом основано применение сплавов титана с железом (ферротитана) в качестве добавки к стали. Титан соединяется с находящимися в расплавлен­ной стали азотом и кислородом и этим предотвращает выделение последних при затвердевании стали—литье получается однород­ным и не содержит пустот.

Соединяясь с углеродом, титан образует карбид. Из карбидов титана и вольфрама с добавкой кобальта получают сплавы, по твердости приближающиеся к алмазу.

Диоксид титана ТЮ₂ — белое тугоплавкое вещество, нераство­римое в воде и разбавленных кислотах. Это — амфотерный оксид, но как основные,так и кислотные свойства выражены у него слабо.

Применяется ТЮ₂ при изготовлении тугоплавких стекол, гла<
зури, эмали, жароупорной лабораторной посуды, а также для при-
готовления белой масляной краски, обладающей высокой кроющей
способностью (титановые белила). |

Сплавлением ТЮ₂ с ВаСОз получают титанит бария ВаТЮз. Эта соль имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость и, кроме того, обладает способностью деформироваться под дей­ствием электрического поля. Кристаллы титаната бария приме­няются в электрических конденсаторах высокой емкости и малых размеров, в ультразвуковой аппаратуре, в звукоснимателях, в гид­роакустических устройствах,

225. Цирконий (Zirconium). Гафний (Hafnium). Цирконий — довольно распространенный элемент: содержание его в земной коре составляет 0,025 % (масс). Однако цирконий очень распылен и сколько-нибудь значительные скопления его встречаются редко.

В свободном состоянии цирконий представляет собой блестя­щий металл плотностью 6,45 г/см³, плавящийся при 1855 °С. Не содержащий примесей цирконий очень пластичен и легко поддается холодной и горячей обработке. Как и у титана, механические свой­ства циркония резко ухудшаются при содержании в нем примесей неметаллов, особенно кислорода.

Одно из наиболее ценных свойств металлического циркония-— его высокая стойкость против коррозии в различных средах. Так, он не растворяется в соляной и в азотной кислотах и в ще­лочах.

Цирконий почти не захватывает медленные (тепловые) нейтро­ны. Это его свойство в сочетании с высокой стойкостью против коррозии и механической прочностью при повышенных температу­рах делает цирконий и сплавы на его основе одним из главных конструкционных материалов для энергетических атомных реак­торов. К важнейшим сплавам циркония относятся цирка л-л о и — сплавы, содержащие небольшие количества олова, железа, хрома и никеля.

При производстве стали присадки циркония служат для удале­ния из нее кислорода, азота, серы. Кроме того, цирконий исполь­зуется в качестве легирующего компонента некоторых броневых, нержавеющих и жаропрочных сталей.

Добавка циркония к меди значительно повышает ее прочность, почти не снижая электрическую проводимость. Сплав на основе магния с добавкой 4—5 % цинка и 0,6—7 % циркония вдвое проч­нее чистого магния и не теряет прочности при 200 °С. Качество алюминиевых сплавов также значительно повышается при добав­лении к ним циркония.

Диоксид циркония Zr0₂ обладает высокой температурой плав­ления (около 2700°С), крайне малым коэффициентом термического расширения и стойкостью к химическим воздействиям. Он приме­няется для изготовления различных огнеупорных изделий, напри­мер тиглей. В стекольной промышленности Zr0₂ используется в производстве тугоплавких стекол, в керамической — при получе­нии эмалей и глазурей.

Карбид циркония ZrC ввиду его большой твердости применяют в качестве шлифовального материала, а также для замены алма­зов при резке стекла.

Гафний не имеет собственных минералов и в природе обычно сопутствует цирконию. По химическим свойствам он весьма сходен с цирконием, но отличается от него способностью интенсивно за­хватывать нейтроны, благодаря чему этот элемент используется в регулирующих и защитных устройствах атомных реакторов. При

этом применяют как металлический гафний, так и некоторые его соединения, например, диоксид гафния Ш0₂; последний приме­няется также при изготовлении оптических стекол с высоким по­казателем преломления.

ПОДГРУППА ВАНАДИЯ

К подгруппе ванадия относятся элементы побочной подгруппы пятой группы: ванадий, ниобий и тантал. Имея в наружном элек­тронном слое атома два или один электрон, эти элементы отли­чаются от элементов главной подгруппы (азота, фосфора и др.) преобладанием металлических свойств. Но производные элементов обеих подгрупп в высшей степени окисленности имеют значитель­ное сходство.

Для ванадия и его аналогов наиболее типичны соединения, в которых их степень окисленности равна -4-5. Их высшие оксиды проявляют свойства кислотных оксидов и образуют соответственно ванадиевую, ниобиевую и танталовую кислоты, которым отвечает ряд солей. Низшие оксиды обладают основными свойствами.

В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления. Эти металлы, вместе с хромом, молибденом, вольфра­мом, рением (см. §§ 228—232), а также рутением, родием, осмием и иридием (см. табл. 40, стр. 676), относятся к тугоплавким металлам. Под последними условно понимают металлы, темпе­ратура плавления которых превышает температуру плавления хро­ма (1890°С).

Тугоплавкие металлы в чистом виде и в виде сплавов получили в последнее время исключительное значение в ряде отраслей новой техники.

226. Ванадий (Vanadium). Соединения ванадия широко распро­странены в природе, но они очень распылены и не образуют сколько-нибудь значительных скоплений; общее содержание вана­дия в земной коре оценивается в 0,0015 % (масс).

В СССР главным источником получения ванадия служат же­лезные и полиметаллические руды, содержащие небольшие количе­ства ванадия. Обычно из руд получают или сплав ванадия с же­лезом, так называемый феррованадий, или ванадиевый ангидрид V2O5. Чистый металл получают из его соединений: кальцийтерми-ческим восстановлением V2O5, магнийтермическим восстановле­нием VCI3, термической диссоциацией VI₂.

Дата добавления: 2014-11-16