Николай Глинка - Общая химия

Чистый ванадий — серебристый ковкий металл, плотностью 5,96 г/см 3, плавящийся при температуре около 1900°C. Как и у титана, механические свойства ванадия резко ухудшаются при наличии в нем примесей кислорода, азота, водорода.

Ванадий отличается высокой химической устойчивостью в воде, в морской воде, в растворах щелочей. Он растворяется в плавиковой кислоте, в концентрированных азотной и серной кислотах, в царской водке.

- 632 -

Ванадий в основном используют в качестве добавки к сталям. Сталь, содержащая всего 0.1-0.3% ванадия, отличается большой прочностью, упругостью и нечувствительностью к толчкам и ударам, что собенно важно, например, для автомобильных осей, которые все время подвергаются сотрясению. Как правило, ванадий вводят в сталь в комбинации с другими легирующими элементами: хромом, никелем, вольфрамом, молибденом. Наиболее широкое применение ванадий нашел в производстве инструментальных и конструкционных сталей (см. § 261). Он применяется также для легирования чугуна.

Ванадий образует четыре оксида: VO, V 2O 3, VO 2и V 2O 5. Высший оксид V 2O 5обладает ясно выраженным кислотным характером, диоксид VO 2амфотерен; оба низших оксида проявляют только основные свойства. Наибольшее значение имеют V 2O 5и его производные.

Оксид ванадия(V), или ванадиевый ангидрид, V 2O 5— вещество оранжевого цвета, легко растворимое в щелочах с образованием солей метаванадиевой кислоты HVO 3, называемых ванадатами,

Ванадиевый ангидрид и ванадаты применяются в химической промышленности в качестве катализаторов при контактном способе получения серной кислоты и при некоторых органических синтезах. Соединения ванадия используются также в стекольной промышленности, в медицине, в фотографии.

В земной коре ниобия содержится 0,002, а тантала 0,0002% (масс.). Оба элемента во многом сходны с ванадием. В свободном состоянии они представляют собой тугоплавкие металлы, твердые, но не хрупкие, хорошо поддающиеся механической обработке. Плотность ниобия 8,57 г/см 3, тантала 16,6 г/см 3температуры плавления соответственно 2500°C и 3000°C.

Оба металла, в особенности тантал, устойчивы во многих агрессивных средах. На них не действуют соляная, серная, азотная, хлорная кислоты и царская водка, так как на поверхности этих металлов образуется тонкая, но очень прочная и химически стойкая оксидная пленка. У тантала, например, эта пленка представляет собой оксид тантала (V) Ta 2O 5. Поэтому на тантал действуют только такие реагенты, которые способны взаимодействовать с этим оксидом или проникать сквозь него. К подобным реагентам относятся фтор, фтороводород и плавиковая кислота, расплавы щелочей.

Ниобий — один из основных компонентов многих жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Особенно большое значение имеют жаропрочные сплавы ниобия, которые применяются в производстве газовых турбин, реактивных двигателей, ракет. Ниобий вводят также в нержавеющие стали. Он резко улучшает их механические свойства и сопротивляемость коррозии.

Стали, содержащие от 1 до 4% ниобия, отличаются высокой жаропрочностью и используются как материал для изготовления котлов высокого давления. Сталь с добавкой ниобия — превосходный материал для электросварки стальных конструкций: ее применение обеспечивает необычайную прочность сварных швов.

Наиболее важные области применения тантала — электронная техника и машиностроение. В электронике он применяется для изготовления электролитических конденсаторов, анодов мощных ламп, сеток. В химическом аппаратостроении из него изготовляют детали аппаратов, применяемых в производстве кислот. В танталовых тиглях плавят металлы, например, редкоземельные. Из него изготовляют нагреватели высокотемпературных печей. Благодаря тому, что тантал не взаимодействует с живыми тканями организма человека и не вредит им, он применяется в хирургии для скрепления костей при переломах.

Во многих областях применения тантала с ним конкурируют его сплавы с ниобием. Это дает большой экономический эффект, потому что ниобий дешевле тантала.

Карбиды ниобия и тантала отличаются исключительной твердостью и применяются в металлообрабатывающей промышленности для изготовления режущего инструмента.

Подгруппу хрома образуют металлы побочной подгруппы шестой группы — хром, молибден и вольфрам.

Наружный электронный слой атомов элементов подгруппы хрома содержит один или два электрона, что обусловливает металлический характер этих элементов и их отличие от элементой главной подгруппы. Вместе с тем их максимальная степень окисленности равна +6, так как, помимо наружных электронов, в образовании связей может участвовать еще соответствующее число электронов из недостроенного предпоследнего слоя.

Для хрома и его аналогов наиболее типичны производные высшей степени окисленности, во многом сходные с соответствующими соединениями серы. 228. Хром (Chromium).

Хром содержится в земной коре в количестве 0,02% (масс.). В природе он встречается главным образом в виде хромистого железняка FeO·Cr 2O 3, богатые месторождения которого имеются в Казахстане и на Урале.

При восстановлении хромистого железняка углем получается сплав хрома с железом — феррохром, который непосредственно используется в металлургической промышленности при производстве хромистых сталей. Для получения чистого хрома сначала получают оксид хрома(III), а затем восстанавливают его алюмино-термическим способом.

- 634 -

Хром представляет собой твердый блестящий металл, плавящийся при 1890°C плотность его 7,19 г/см 3. При комнатной температуре хром стоек и к воде и к воздуху. Разбавленные серная и соляная кислоты растворяют хром с выделением водорода. В холодной концентрированной азотной кислоте хром нерастворим и после обработки ею становится пассивным.

Металлический хром используется для хромирования, а также в качестве одного из важнейших компонентов легированных сталей. Введение хрома в сталь повышает ее устойчивость против коррозии как в водных средах при обычных температурах, так и в газах при повышенных температурах. Кроме того, хромистые стали обладают повышенной твердостью. Хром входит в состав нержавеющих кислотоупорных, жаропрочных сталей (см. также стр. 537, 665).

Хром образует три оксида: оксид хрома(II), или закись хрома, CrO, имеющий основной характер, оксид хрома (III), или окись хрома, Cr 2O 3, проявляющий амфотерные свойства, и оксид хрома (VI), или хромовый ангидрид, CrO 3— кислотный оксид. Соответственно этим трем оксидам известны и три ряда соединений хрома.

При растворении хрома в соляной кислоте получается раствор голубого цвета, содержащий хлорид CrCl 2. Если к этому раствору прилить щелочи, то выпадает желтый осадок — гидроксид хрома(II) Cr(OH) 2. Соединения хрома (II) неустойчивы и быстро окисляются кислородом воздуха в соединения хрома (III).