Химические свойства d-элементов IV группы

Титан, цирконий и гафний представляют очень большой интерес в связи с тем, что их восстановительная активность весьма сильно зависит от температуры. При обычных температурах титан, цирконий и гафний имеют чрезвычайно низкую восстановительную активность и обладают высокой коррозионной устойчивостью в большинстве агрессивных сред. С повышением температуры восстановительная активность металлов растет и у титана при температуре его плавления является одной из самых высоких среди металлов.

Отношение к элементарным веществам. Элементарные вещества по их отношению к титану, цирконию и гафнию разделяют на четыре группы. К первой группе относят галогены и халькогены, образующие с этими металлами соединения ионного или ковалентного характера, не растворимые или ограниченно растворимые в металлах. Ко второй группе относят водород, элементарные вещества группы азота, углерода, бора и большинство металлов li-групп, взаимодействующие с этими металлами с образованием соединений интерметаллидного характера и ограниченных твердых растворов. В третью группу входят металлы — ближайшие соседи титана, циркония и гафния по периодической системе справа, образующие с ними непрерывные твердые растворы, и, наконец, в четвертую — благородные газы, щелочные, щелочноземельные и редкоземельные (кроме скандия) металлы, не взаимодействующие с титаном, цирконием и гафнием.

Со всеми галогенами титан, цирконий и гафний способны реагировать с образованием тетрагалидов, например:

Ti + 2С1₂ = TiCI₄.

При температурах выше 300°С реакции идут энергично. Фтор и хлор с этими металлами начинают взаимодействовать уже на холоде.

На воздухе при обычной температуре титан, цирконий и гафний весьма устойчивы. Взаимодействие с кислородом с образованием диоксидов начинается только при высокой температуре: титан бурно реагирует с кислородом воздуха при 1200—1300°С, а цирконий при 600 – 700⁰С:

2Zr + О₂ = ZrO₂.

Эти реакции сопровождаются ярким свечением. В атмосфере чистого кислорода горение происходит при 400—500⁰С. Очень бурно цирконий и титан взаимодействуют с кислородом воздуха в расплавленном состоянии.

Сера при обычной температуре не действует на металлы. При высокой температуре расплавленная и парообразная сера реагирует с металлами с образованием сульфидов, особенно энергично с расплавленным титаном и цирконием.

При обычной температуре по отношению к азоту титан, цирконий и гафний вполне устойчивы, однако при высоких температурах проявляют исключительную способность реагировать с ним. Достаточно заметить, что титан и цирконий способны гореть в атмосфере азота. Особенно бурно взаимодействуют с азотом расплавленные титан, цирконий и гафний. В результате взаимодействия металлов с азотом образуются нитриды 2Ti + N₂ = 2TiN, которые с металлами дают ряд твердых растворов.

Титан, цирконий и гафний обладают интересным свойством поглощать значительные количества водорода. Так, каждый грамм-атом титана и циркония может поглотить почти 2 грамм-атома водорода. С повышением температуры растворимость водорода в металлах уменьшается.

С углеродом титан, цирконий и гафний реагируют с образованием карбидов.

Отношение к воде. Вода при обычной температуре не действует на титан, цирконий и гафний. Кипящая вода взаимодействует с порошкообразными металлами с выделением водорода:

Me + 4H₂О = Me(OH)₄ + 2Н₂.

При этом на поверхности компактной массы металлов образуется гидроксидная пленка, предотвращающая действие воды на остальную массу металла. При 600—800°С водяные пары разлагаются металлами с выделением водорода и образованием диоксидов:

Me + 2Н₂О = МеО₂ + 2Н₂.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: