План лекции: Международная система единиц Атомно-молекулярное учение Стехиометрия химических реакций

Простые вещества. Ванадий в земной коре более распространен, чем Сu, Zn, Pb, но его соединения редко встречаются в виде крупных месторожде­ний. Ванадий рассеян в различных силикатных и сульфидных рудах. Наиболее важные его минералы патронит VS_2-2,5, сульванит Cu₃VS₄, алаит V₂O₃•H₂O, ванадинит Pb₅(VO₄)₃Cl. Ниобий и тан­тал почти всегда встречаются совместно, чаще всего в составе ниобат-танталатовых минералов состава М²⁺Э₂О₆ (М = Fe, Мn). В случае преобладания тантала минерал М²⁺(ТаО₃)₂ называется танталатом, при преобладании ниобия — колумбитом М(NbО₃)₂.
В виде простых веществ V, Nb и Та — серые тугоплавкие металлы с объемноцентрированной кубической ре­шеткой.
Физико-химические свойства ванадия, ниобия и тантала существен­но зависят от их чистоты. Например, чистые металлы ковки, тогда как примеси (особенно О, Н, N и С) сильно ухудшают пластичность и повышают твердость металлов.
В обычных условиях V и особенно Nb и Та отличаются высокой химической стойкостью. Ванадий на холоду растворяется лишь в царской водке и концентрированной HF, а при нагревании — в HNO₃ и концентрированной H₂SO₄. Ниобий и тантал растворяются лишь в плавиковой кислоте и смеси плавиковой и азотной кислот с образованием отвечающих их высшей степени окисления анионных фторокомплексов:
3Та + 5HNO₃ + 21HF = 3H₂ITaF₇] + 5NO + 10Н₂О.
Ванадий, ниобий и тантал взаимодействуют также при сплавлении со щелочами в присутствии окислителей, т.е. в условиях, способ­ствующих образованию отвечающих их высшей степени окисления анионных оксокомплексов:
4Э+ 5О₂ + 12КОН = 4К₃[ЭО₄] + 6H₂O
сплавление
При нагревании металлы окисляются кислородом до Э₂О₅, фтором — до ЭF₅. При высокой температуре они реагируют также с хлором, азотом, углеродом и др.
Для получения ванадия, ниобия и тантала их природные соеди­нения сначала переводят в оксиды либо в простые или комплексные галиды, которые далее восстанавливают металлотермическим ме­тодом:
Э₂О₅ + 5Са = 5СаО + 2Э;
K₂[ЭF₇] + 5Na = 2KF + 5NaF + Э.
Тантал получают также электролизом Та₂О₅ в расплавленных ком­плексных фторидах K₂[TaF₇].
Вследствие близости свойств ниобия и тантала их отделение друг от друга представляет значительные трудности. Особо чистые металлы получают термическим разложением иодидов. Для техниче­ских целей обычно выплавляют феррованадий, феррониобий и ферротантал.
Основной потребитель ванадия — черная металлургия. Ценные физико-химические свойства V, Nb и Та позволяют использовать их при создании атомных реакторов. Ниобий и в еще большей сте­пени тантал представляют интерес как конструкционные материалы для особо агрессивных сред в химической промышленности.