Загрузил Родион Темиров

Новая презентация

Реклама
ТЕМА: МЕТАЛЛЫ ПОБОЧНОЙ ПОДГРУППЫ IV ГРУППЫ ПЕРЕОДИЧЕСКОЙ
ТАБЛИЦЫ МЕНДЕЛЕЕВА.
Выполнил:
Родион.
Темиров
Подгруппа титана.
Подгруппа титана — химические элементы 4-й группы периодической таблицы химических элементов (по
устаревшей классификации — элементы побочной подгруппы IV группы). По номенклатуре ИЮПАК
подгруппа титана содержит в себе титан, цирконий, гафний и резерфордий.
Физические свойства - цвет: Титан — серебристо-металлический, цирконий — серебристо-белый, гафний —
серебристо-серый; средняя температура плавления: 1919°C; средняя температура кипения: 4099°C
Первые три элемента данной подгруппы находятся в природе в заметных количествах. Они относятся к
тугоплавким металлам. Последний представитель — резерфордий — радиоактивный элемент. У него нет
стабильных изотопов. Его физические и химические свойства не изучены.
Свойства.
Как четырёхвалентные элементы образуют различные неорганические соединения, как правило в степени
окисления +4. Были получены данные, говорящие об их устойчивости к щелочам. С галогенами образуют
соответствующие тетрагалогениды с общей формулой MHal4 (где М: Ti, Zr и Hf). При более высоких
температурах реагируют с кислородом, азотом, углеродом, бором, кремнием и серой. Вероятно из-за
лантаноидного сжатия, гафний и цирконий имеют практически одинаковые ионные радиусы. Ионный радиус
Zr+4 составляет 79 пм, а Hf+4 78 пм.
Сходство ионных радиусов приводит к образованию схожих по своим свойствам химических соединений[3].
Химия гафния настолько схожа с химией циркония, что их можно различить лишь по физическим свойствам.
Основными различиями между двумя элементами следует считать температуру плавления и кипения и
растворимость в растворителях.
Ti получают пирометаллургическим способом из TiCl4 или TiO2:
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
TiO2 + 2Mg = Ti + 2MgO
Очистка титана от примесей обычно проводится газотранспортным методом:
Ti + 2J2 → TiJ4 → Ti + 2J2
Цирконий и гафний получают электролизом расплавов их солей.
Чистые металлы вязкие, ударопрочные, с высокими температурами плавления (Ti – 1700оС, Zr –
1900оС, Hf – 2200оС). Ti относится к легким металлам, плотность его 4,5 г/см3.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
1. Характерные степени окисления в соединениях для Ti +4,+3; для Zr и Hf +4. При нагревании все три
элемента активно взаимодействуют с различными неметаллами:
Zr + C = ZrC;
Hf + 2S = HfS2;
2Ti + N2 = 2TiN;
Ti + 2Cl2 = TiCl4
Нитриды циркония очень твердые, имеют высокую температуру плавления. Используются в качестве
покрытия бурильных коронок.
Карбиды (TiC, ZrC, HfC) – сталеподобные вещества, устойчивые к химическим воздействиям.
2. С кислотами Ti, Zr и Hf взаимодействуют плохо. Лишь титан растворяется в азотной кислоте:
Ti + 4HNO3 = H2TiO3 + 4NO2 + H2O
Цирконий и гафний легко взаимодействуют только с “царской водкой”:
3Hf + 18HCl + 4HNO3 = 3H2[HfCl6] + 4NO + 8H2O
3. Оксиды TiO2 – амфотерный, ZrO2 – слабоамфотерный, HfO2 – основный могут быть получены при
нагревании металлов в атмосфере кислорода или на воздухе. Это тугоплавкие белые порошки, при
сплавлении со щелочью образуют соли анионного типа - титанаты и цирконаты. Для гафния
аналогичные соли не получены.
4. При взаимодействии с серной кислотой оксиды образуют соответствующие сульфаты, которые
быстро гидролизуются до сульфата титанила, цирконила, гафнила:
TiO2 + 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O
Ti(SO4)2 + H2O = TiOSO4 + H2SO4
У амфотерного TiO2 более выражена кислотная функция. Соответствующая ему метатитановая кислота
H2TiO3 существует в двух модификациях α и β. Общая формула титановых кислот xTiO2 · yH2O.
Получение.
Производство данных металлов трудно в связи с их реакционной способностью. Образование нитридов,
карбидов и оксидов не позволяет получать годные к применению металлы. Этого можно избежать, применяя
процесс Кролла (англ.). Оксиды (MO2) реагируют с углём и хлором, образуя тетрахлориды металлов (MCl4).
Затем соли реагируют с магнием, в результате чего получаются очищенные металлы и хлорид магния:
MO2 + C(кокс) + Cl2 → MCl4 + 2Mg → M + 2MgCl2
Дальнейшая очистка получается химическим переносом (англ.). В закрытой камере металл реагирует с
иодом при температуре 500 °C, образуя иодид металла. Затем на вольфрамовой нити соль разогревается до
2000 °C для расщепления вещества на металл и иод
ПРИМЕНЕНИЕ.
Титан и его сплавы находят своё применение там, где требуются коррозионная стойкость, тугоплавкость и
легкость материала. Гафний и цирконий применяются в ядерных реакторах. Гафний имеет высокое сечение
захвата тепловых нейтронов, в то время как цирконий — наоборот. Из-за этого свойства цирконий в виде
сплавов применяется в качестве облицовки ядерных стержней (ТВЭЛ) в ядерных реакторах, в то время как
гафний применяется в управляющих стержнях ядерного реактора.
Малые количества гафния и циркония применяются в сплавах обоих элементов для улучшения их свойств.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Титан – третий по значимости (после железа и алюминия) конструкционный материал. Титан применяется в
виде сплавов в корабле-, ракето-, машиностроении. Цирконий и гафний применяются в ядерном
реакторостроении (цирконий для оболочек тепловыделяющих элементов, гафний – регулирующие стержни
для поглощения нейтронов при работе реактора).
Скачать