Skupina → | 5 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
↓ Období | |||||||
čtyři |
| ||||||
5 |
| ||||||
6 |
| ||||||
7 |
|
Vanadová podskupina - chemické prvky 5. skupiny periodické tabulky chemických prvků (podle zastaralé klasifikace - prvky vedlejší podskupiny skupiny V) [1] . Do skupiny patří vanad V, niob Nb a tantal Ta [2] . Na základě elektronové konfigurace atomu patří do stejné skupiny prvek dubnium Db, uměle syntetizovaný ve vědeckém městě Dubna v roce 1970 skupinou G. N. Flerova bombardováním jader 243 Am ionty 22 Ne [3] a nezávisle v r. Berkeley ( USA ) v reakci 249 Cf + 15 N → 260 Db+4n [4] .
Stejně jako u ostatních skupin, členové této rodiny prvků vykazují vzory v elektronické konfiguraci , zejména ve vnějších obalech, ačkoli kupodivu niob tento trend nesleduje. Prvky této skupiny však také vykazují podobné fyzikální vlastnosti a chemické chování:
Některé vlastnosti prvků 5. skupiny
atomové číslo |
chemický prvek |
Elektronická skořápka |
Atomový poloměr, nm |
p, g/cm³ |
tpl , ° C |
t balík , °C |
EO |
---|---|---|---|---|---|---|---|
23 | vanadium | 2, 8, 11, 2 | 0,134 | 6.11 | 1920 | 3400 | 1,63 |
41 | niob | 2, 8, 18, 12, 1 | 0,146 | 8,57 | 2500 | 4800 | 1.6 |
73 | tantalu | 2, 8, 18, 32, 11, 2 | 0,149 | 16,654 | 3000 | 5300 | 1.5 |
105 | dubnium | 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 |
Vanad je 20. nejrozšířenější prvek v zemské kůře [5] . Patří mezi stopové prvky a ve volné formě se v přírodě nevyskytuje. Obsah vanadu v zemské kůře je 1,6⋅10 −2 % hm., ve vodě oceánů 3⋅10 −7 %. Nejvyšší průměrné obsahy vanadu ve vyvřelých horninách jsou zaznamenány v gabrech a čedicích (230–290 ppm). V sedimentárních horninách dochází k výrazné akumulaci vanadu v biolitech (asfaltity, uhlí, živičné fosfáty), živičných břidlicích, bauxitech a také v oolitických a křemičitých železných rudách . Blízkost iontových poloměrů vanadu a železa a titanu , které jsou rozšířeny ve vyvřelých horninách , vede k tomu, že vanad je v hypogenních procesech zcela v rozptýleném stavu a netvoří vlastní minerály. Jeho nosiči jsou četné titanové minerály (titanomagnetit, sfén , rutil , ilmenit ), slídy , pyroxeny a granáty , které mají zvýšenou izomorfní kapacitu vůči vanadu. Nejvýznamnějšími minerály jsou patronit V(S 2 ) 2 , vanadinit Pb 5 (VO 4 ) 3 Cl a některé další. Hlavním zdrojem vanadu jsou železné rudy obsahující vanad jako nečistotu.
Chemicky je vanad poměrně inertní. Má dobrou odolnost proti korozi, odolává mořské vodě, zředěným roztokům kyseliny chlorovodíkové, dusičné a sírové, zásadám [6] . S kyslíkem tvoří vanad několik oxidů : VO, V 2 O 3 , VO 2 , V 2 O 5 . Oranžový V 2 O 5 je kyselý oxid, tmavě modrý VO 2 je amfoterní, zbytek oxidů vanadu je zásaditý. Vanadylový iont (VO 2+ ) se hojně vyskytuje v mořské vodě s průměrnou koncentrací 30 nMa [7] . Některé zdroje minerálních vod obsahují ionty také ve vysokých koncentracích. Například prameny poblíž hory Fuji obsahují až 54 mikrogramů na litr [7] .
Halogenidy vanadu jsou hydrolyzovány. Vanad tvoří s halogeny spíše těkavé halogenidy složení VX 2 (X\ u003d F , Cl , Br , I ), VX 3 , VX 4 (X\ u003d F , Cl , Br ), VF 5 a několik oxohalogenidů (VOCl, VOCl2 , VOF3 atd .). Sloučeniny vanadu v oxidačních stavech +2 a +3 jsou silná redukční činidla, v oxidačních stavech +5 vykazují vlastnosti oxidačních činidel. Známý žáruvzdorný karbid vanadu VC (t pl =2800 °C), nitrid vanadu VN, sulfid vanadu V 2 S 5 , silicid vanadu V 3 Si a další sloučeniny vanadu. Při interakci V 2 O 5 s bazickými oxidy vznikají vanadičnany - soli kyseliny vanadičové pravděpodobného složení HVO 3 .
Clarke z niobu - 18 g/t. Obsah niobu se zvyšuje od ultramafických (0,2 g/t Nb) až po kyselé horniny (24 g/t Nb). Niob je vždy doprovázen tantalem. Blízké chemické vlastnosti niobu a tantalu určují jejich společnou přítomnost ve stejných minerálech a účast na společných geologických procesech. Niob je schopen nahradit titan v řadě minerálů obsahujících titan ( sfén , orthit , perovskit , biotit ). Forma nálezu niobu v přírodě může být různá: rozptýlená (v horninotvorných a akcesorických minerálech vyvřelých hornin) a minerální. Celkem je známo více než sto minerálů obsahujících niob. Z nich jen několik má průmyslový význam: columbit-tantalit (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 , pyrochlor (Na, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 ( OH, F ) (Nb 2 O 5 0 - 63 %), loparit (Na, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10 %), euxenit, torolit, ilmenorutil někdy se používají, stejně jako minerály obsahující niob jako nečistoty ( ilmenit , kassiterit , wolframit ). V alkalických - ultrabazických horninách je niob rozptýlen v minerálech jako je perovskit a v eudialytu. V exogenních procesech se niobové a tantalové minerály, které jsou stabilní, mohou akumulovat v deluviálně-aluviálních sypačích (kolubitických sypačích), někdy v bauxitech zvětrávací kůry. Koncentrace niobu v mořské vodě je 1⋅10 −5 mg/l [8] .
Chemicky je niob docela stabilní, ale v tomto ohledu je horší než tantal . Prakticky ji neovlivňují kyselina chlorovodíková , ortofosforečná , zředěná kyselina sírová , dusičná . Kov se při zahřátí nad 150 °C rozpouští v kyselině fluorovodíkové HF , směsi HF a HNO 3 , koncentrovaných roztocích žíravých alkálií a také v koncentrované kyselině sírové . Při kalcinaci na vzduchu oxiduje na Nb 2 O 5 . Pro tento oxid bylo popsáno asi 10 krystalických modifikací . Za normálního tlaku je β-forma Nb 2 O 5 stabilní .
Tantal je vzácný kov, v zemské kůře tvoří 0,0002 %. Je známo asi 20 původních tantalových minerálů - řada columbit-tantalit , wojinit , loparit , manganotantalit a další, stejně jako více než 60 minerálů obsahujících tantal. Všechny jsou spojeny s tvorbou endogenních minerálů . V minerálech se tantal vždy nachází společně s niobem kvůli podobnosti jejich fyzikálních a chemických vlastností. Tantal je typicky rozptýlený prvek, protože je izomorfní s mnoha chemickými prvky. Ložiska tantalu jsou omezena na granitické pegmatity, karbonáty a alkalické vrstevnaté intruze.
Tantal má vysokou teplotu tání - 3290 K ( 3017 °C ); vře při 5731 K ( 5458 °C ). Hustota tantalu je 16,65 g/cm³ . I přes svou tvrdost je plastický jako zlato . Čistý tantal se dobře obrábí, snadno se lisuje, válcuje do drátu a nejtenčích plechů o tloušťce setin milimetru. Tantal je vynikající getr (plynový getr), při 800 °C je schopen absorbovat 740 objemů plynu. Krystalová mřížka je krychlová, centrovaná na tělo. Má paramagnetické vlastnosti. Při teplotách pod 4,45 K přechází do supravodivého stavu.
Za normálních podmínek je tantal neaktivní, na vzduchu oxiduje až při teplotách nad 280 °C a pokrývá se oxidovým filmem Ta 2 O 5 ; reaguje s halogeny při teplotách nad 250 °C . Při zahřívání reaguje s C, B, Si, P, Se, Te, H 2 O, CO, CO 2 , NO, HCl, H 2 S. Chemicky čistý tantal je výjimečně odolný vůči kapalným alkalickým kovům , většině anorganických a organických kyseliny, stejně jako mnoho dalších agresivních prostředí (s výjimkou roztavených alkálií).
Z hlediska chemické odolnosti vůči činidlům je tantal podobný sklu. Tantal je nerozpustný v kyselinách a jejich směsích, kromě směsi kyseliny fluorovodíkové a dusičné ; ani aqua regia ho nerozpustí . Reakce s kyselinou fluorovodíkovou probíhá pouze s kovovým prachem a je doprovázena výbuchem . Je velmi odolný vůči kyselině sírové jakékoli koncentrace a teploty (při 200 °C kov koroduje v kyselině jen o 0,006 milimetrů za rok) [9] , stabilní v odkyslicích roztavených alkalických kovech a jejich přehřátých parách (lithium, sodík, draslík , rubidium, cesium).
Dubnium je umělý radioaktivní chemický prvek, patřící mezi transaktinoidy, pravděpodobně stříbřitě bílý kov. Nemá žádné stabilní izotopy, nebyl získán v hmotnostních množstvích. Jsou známy radioizotopy s hmotnostními čísly 255-268, nejdelší životnost je 268Db (T1/2 16 h, spontánní štěpení). Konfigurace (vypočtená) vnějších elektronových obalů atomu je 5f 14 6d 3 7s 2 , oxidační stav je +5 [10] .
Objev prvků skupiny 5 je pro chemiky spojen se značnými rozpory a obtížemi. Ověření nově objevených prvků bylo obtížné kvůli podobnostem mezi vanadem a prvkem 6 ze skupiny chrómu, chemickým podobnostem niobu a tantalu a složitosti zařízení, která byla potřebná k výrobě několika atomů dubnia.
Prvky 5. skupiny jsou si navzájem podobné nejen svými vlastnostmi, ale i "příbuznými" jménem. Za prvé, jména všech tří patří do oblasti mytologie. Za druhé, jména naznačují přímý rodinný vztah: ve starověké řecké mytologii je Niobe dcerou Tantala.
Vanadium je pojmenováno po bohyni krásy starých Skandinávců – legendární Freye Vanadis. Toto jméno dal živlu v roce 1831 Gabriel Sefström, profesor báňského institutu ve Stockholmu.
Tantal objevil v roce 1802 švédský chemik Ekeberg ve dvou minerálech nalezených ve Finsku a Švédsku.
Niob objevil v roce 1801 anglický vědec C. Hatchet v minerálu ( columbite ) nalezeném v povodí řeky. Kolumbie, a proto dostal název „Columbia“. V roce 1844 jej německý chemik Heinrich Rose přejmenoval na „niob“ na počest Tantalovy dcery Niobe , čímž zdůraznil podobnosti mezi niobem a tantalem . V některých zemích (USA, Anglie) se však původní název prvku, columbium, udržel dlouhou dobu a teprve v roce 1950 rozhodnutím Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii ( IUPAC ) byl prvek nakonec dostal jméno niob.
Vanad je v přírodě poměrně rozšířený a tvoří asi 0,005 % z celkového počtu atomů v zemské kůře. Bohatá ložiska jeho minerálů jsou však velmi vzácná. Kromě takových ložisek jsou významným zdrojem surovin pro průmyslovou výrobu vanadu některé železné rudy obsahující nečistoty sloučenin tohoto prvku.
Obsah niobu (2⋅10 −4 %) a tantalu (2⋅10 −5 %) v zemské kůře je mnohem menší než obsah vanadu. Vyskytují se především ve formě minerálů kolumbit Fe 2+ Nb 2 O 6 a tantalit Fe 2+ Ta 2 O 6 , které jsou obvykle vzájemně smíšené.
Z prvků skupiny 5 byl zjištěn pouze vanad, který hraje roli v biochemii živých systémů: podílí se na některých enzymech vyšších organismů a také neobvykle v biochemii některých mořských pláštěnců .
Čistý vanad (sloupec vpravo a kostka) a dva jeho oxidy (sloupce vlevo). Tažný stříbrno-šedý kov.
Krystaly niobu. Lesklý šedý kov pokrytý nažloutlým oxidovým filmem.
krystaly tantalu. Těžký masivní šedý kov.
V bibliografických katalozích |
---|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Periodická tabulka | |
---|---|
Formáty |
|
Seznam položek podle | |
Skupiny | |
Období | |
Rodiny chemických prvků |
|
Blok periodické tabulky | |
jiný | |
|