Элементы группы V. Получение. Физико-химические свойства простых веществ

Известные изотопы[править | править код]

Основная статья: Изотопы дубния

Изотоп	Масса	Период полураспада^[7]	Тип распада
^255Db	255	1,6−0,4+0,6  с	α-распад в ^251Lr (80 %); спонтанное деление
^256Db	256	1,6−0,3+0,5 с	α-распад в ^252Lr (64 %); β-распад в ^256Rf (36 %); спонтанное деление (0,02 %)
^257Db	257	1,50−0,15+0,19 с	α-распад в ^253Lr
^258Db	258	4,0 ± 1,0 с	α-распад в ^254Lr (67 %); β-распад в ^258Rf
^259Db	259	0,51 ± 0,16 с	α-распад в ^255Lr
^260Db	260	1,52 ± 0,13 с	α-распад в ^256Lr
^261Db	261	1,8 ± 0,4 с	α-распад в ^257Lr
^262Db	262	35 ± 5 с	α-распад в ^258Lr (67 %); спонтанное деление
^263Db	263	27−07+10  с	спонтанное деление (55 %); α-распад в ^259Lr (41 %); β-распад в ^263Rf (3 %)
^267Db	267	73−033+350 мин.	спонтанное деление
^268Db	268	32−07+11  ч.	спонтанное деление

6. Применение тантала, ниобия, ванадия и дубния

В 5 группу (Vb группу по старой классификации) периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева входят 4 элемента: ванадий, ниобий, тантал, дубний (см. таблицу выше). Это металлы, имеющие по 5 валентных электронов.

Самым распространенным в природе элементом 5-й группы является ванадий (0,014% по массе), занимающий 5-е место среди переходных элементов (после железа, титана, марганца, циркония); далее идут ниобий (0,002%) и тантал (0,0017%). Дубний получен искусственным путем в количестве нескольких микрограмм.
Ванадий, ниобий и тантал относятся к рассеянным элементам, поэтому, в природе в чистом виде практически не встречаются, но присутствуют в виде примесей к рудам других металлов.
Ванадий присутствует в титаномагнетитовых, осадочных железных рудах, бокситах, в которых он замещает железо и алюминий вследствие близости ионных радиусов (Fe=0,064 нм; V=0,065 нм). Современной науке известны порядка 90 различных минералов ванадия, важнейшими из которых являются ванадинит (Pb₅(VO₄)₃Cl) и патронит VS₄.
Тантал и ниобий содержатся в пегматитах (щелочных изверженных породах), образуя сложные оксиды с желзом, кальцием, марганцем, титаном. Основными тантал- и ниобий-содержащими рудами являются ферротанталит, манганоколумбит, лопарит.
Примечательно, что ванадий, ниобий и тантал были открыты примерно в одно и то же время. Первым ванадий в мексиканской бурой свинцовой руде открыл ученый-минералог А.М. дель Рио (1801 год), который назвал новый элемент панхромий, позже ванадий получил другое название - эритроний, и только в 1830 году с "легкой руки" шведа Н. Г. Сефстрёма ванадий получил современное название, в честь богини красоты Древней Скандинавии - Ванадис. В виде простого вещества ванадий впервые был получен англичанином Г. Роско в 1869 году - реакция восстановления хлорида водородом.
Примерно в этом же время, в 1801 году англичанин Ч. Хатчет в минерале, найденном в Колумбии, открывает новый элемент, который получает название колумбит. Год спустя, швед А.Г. Экеберг открывает в минералах из Скандинавии элемент, свойства которого очень схожи со свойствами колумбита. Открытый элемент, который было чрезвычайно трудно выделить в чистом виде, получает название тантал в честь героя древнегреческой мифологии Тантала - царя Сипила во Фригии, который был осужден на вечные муки.
Тот факт, что колумбит и тантал являются разными элементами доказал в 1844 году немец Г. Розе, который и назвал колумбит ниобием в честь Ниобы - дочери Тантала.
Дубний был впервые синтезирован в 1967 году советскими учеными из Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Через три года этот же элемент был получен американскими исследователями в Беркли. Изначально советские ученые предложили назвать новый элемент нильсборием в честь Нильса Бора, американцы настаивали на названии ганий, и только летом 1997 года комиссия IUPAC дала название 105-му элементу Периодической таблицы, назвав его дубний.
Ниобий и тантал имеют много общего с цирконием и гафнием по причине близости их ионных и атомных радиусов. У этих элементов близкие значения электроотрицательности, сходные химические свойства, их соединения обладают практически одной и той же растворимостью - все эти факты становятся серьезной проблемой при разделении элементов, в то же время, химия ниобия и тантала очень сильно отличается от химии ванадия. В высших степенях окисления свойства тантала и ниобия сходны со свойствами циркония и гафния, а в низших - с молибдена и вольфрама.
Ванадий может принимать степени окисления от -3 до +5, при этом, наиболее устойчивыми степенями окисления для ванадия являются +4 (кислая среда) и +5 (нейтральная или щелочная среда). Для тантала и ниобия наиболее устойчивыми степенями окисления являются +5.
В ряду ванадий-ниобий-тантал происходит ослабление химической активности элементов, возрастание твердости, температур плавления и кипения, что объясняется увеличением размера d-орбиталей, приводящих к упрочнению d-d перекрывания и упрочнением ковалентной составляющей в металлической связи.
По мере роста степени окисления ванадия его оксиды постепенно меняют оснОвные свойства на амфотерные, а затем - кислотные, при этом их температура плавления снижается - VO является оснОвным оксидом (1830°C), а высший оксид ванадия V₂O₅ (685°C) проявляет кислотные свойства; VF₂ - тугоплавкие кристаллы, а VF₅ - легколетучая жидкость.
В высших степенях окисления в ряду ванадий-ниобий-тантал наблюдается ослабление окислительных свойств соединений металлов - ванадий восстанавливается водородом до степени окисления +2; ниобий - до степени окисления +3; тантал в реакцию не вступает.