Физические и химические свойства. В природе ванадий в свободном виде не встречается, относится к рассеянным элементам

ВАНА́ДИЙ

Нахождение в природе

В природе ванадий в свободном виде не встречается, относится к рассеянным элементам. Содержание ванадия в земной коре 1,6·10–2 % по массе. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

Получение

Кальцетермический метод восстановления V2O5:

V2O5+5Ca = 2V+5CaO+1460 кДж

Реакция экзотермична; выделяющегося тепла достаточно для расплавления образующегося ванадия, который собирается в крупные корольки. Реакцию проводят в герметичной стальной бомбе в тигле из магнезита.

Физические и химические свойства

В свободном виде — блестящий серебристо-серый, твёрдый и пластичный металл.

Химически ванадий довольно инертен. Он стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей. С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V2O3, V3O5, VO2, V2O5. Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 — сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (tпл=2800 °С), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V2S5, силицид ванадия V3Si и другие соединения ванадия.

При взаимодействии V2O5 с основными оксидами образуются ванадаты — соли ванадиевой кислоты вероятного состава H2[O(V2O5)2,5].

Применение

Ванадий в основном используется как легирующая добавка при получении износоустойчивых, жаропрочных и коррозионностойких сплавов, как компонент при получении магнитов. Оксид ванадия V2O5 служит эффективным катализатором, например, при окислении сернистого газа SO2 в серный газ SO3 при производстве серной кислоты.

Биологическая роль

Ванадий постоянно присутствует в тканях всех организмов в ничтожных количествах. В растениях его содержание (0,1-0,2%) значительной выше, чем в животных (1·10–5-1·10–4 %). По-видимому, ванадий участвует в некоторых окислительных процессах в тканях.

НИО́БИЙ

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 2·10-3% по массе. В свободном виде ниобий не встречается, в природе сопутствует танталу. Из руд наиболее важны колумбит-танталит (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6, пирохлор и лопарит.

Получение

Металлический ниобий можно получить восстановлением его соединений, например хлорида ниобия или фтор-ниобата калия, при высокой температуре:

K2NbF7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

Но прежде чем достигнуть этой в сущности последней стадии производства, ниобиевая руда проходит множество этапов переработки. Первый из них – обогащение руды, получение концентратов. Концентрат сплавляют с различными плавнями: едким натром или содой. Полученный сплав выщелачивают. Но растворяется он не полностью. Нерастворимый осадок и есть ниобий. Правда, он здесь еще в составе гидроокиси, не разделен со своим аналогом по подгруппе – танталом – и не очищен от некоторых примесей.

Физические и химические свойства

Ниобий — блестящий серебристо-серый металл.

Химически ниобий довольно устойчив. При прокаливании на воздухе окисляется до Nb2О5. Для этого оксида описано около 10 кристаллических модификаций. При сплавлении Nb2О5 с различными оксидами получают ниобаты: Ti2Nb10О29, FeNb49О124. Известны ниобаты двух- и трехзарядных катионов. Ниобаты реагируют с HF, расплавами гидрофторидов щелочных металлов (KHF2) и аммония. Некоторые ниобаты с высоким отношением M2O/Nb2O5 гидролизуются:

6Na3NbO4 + 5H2O = Na8Nb6O19 + 10NaOH

С галогенами Nb образует пентагалогениды NbHal5, тетрагалогениды NbHal4 и фазы NbHal2,67-NbHal3+x, в которых имеются группировки Nb3 или Nb2.

В присутствии паров воды и кислорода NbCl5 и NbBr5 образуют оксигалогениды NbOCl3 (NbOBr3) — рыхлые ватообразные вещества.

При взаимодействии Nb и графита образуются карбиды Nb2C и NbC, твердые жаропрочные соединения. В системе Nb — N существуют несколько фаз переменного состава и нитриды Nb2N и NbN. Сходным образом ведет себя Nb в системах с фосфором и мышьяком. При взаимодействии Nb с серой получены сульфиды: NbS, NbS2 и NbS3.

Применение

50% производимого ниобия используется для микролегирования сталей, 20-30% — для получения нержавеющих и жаропрочных сплавов. Интерметаллиды ниобия (Nb3Sn и Nb3Ge) применяют при изготовлении соленоидов сверхпроводящих устройств. Нитрид ниобия NbN используют при изготовлении мишеней передающих телевизионных трубок.

Физиологическое действие

Соединения ниобия ядовиты.

ТАНТА́Л

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 2,5·10-4% по массе. В свободном виде не встречается, обычно сопутствует ниобию. Входит в состав минералов: танталит-колумбит и пирохлор.

Получение

Для получения металла из K2TaF7 применяют натрийтермию:

K2TaF7+5Na=Та+2КF+5NaF.

Полученный порошкообразный тантал далее спекают в вакууме в электродуговых или электроннолучевых печах.