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

Соединения V (IV), Nb (IV), Та (IV). При обычных условиях сте­пень окисления +4 для ванадия наиболее характерна. Соединения V(III) довольно легко окисляются до производных V(IV) моле­кулярным кислородом, а соединения V(V) восстанавливаются до производных V(IV). Наиболее устойчивое координационное число ванадия (IV) равно 6, а также устойчивы координационные числа 4 и 5.
Из производных V (IV) известны синий VO₂ (VО_1,8-2,17), ко­ричневый VF₄ и красно-бурая жидкость VC1₄, а также оксогалиды типа VOHal₂. Диоксид VO₂ образуется при осторожном восстановлении V₂O₅ водородом, a VC1₄ — при окислении ванадия (или фер­рованадия) хлором или взаимодействием раскаленного V₂O₅ с СС1₄.
Диоксид имеет кристаллическую решетку типа рутила TiO₂. Молекула VC1₄, как и TiCl₄, имеет тетраэдрическую форму.
По сравнению с однотипными производными V (II) и V (III) би­нарные соединения V (IV) кислотные свойства проявляют более от­четливо. Так, нерастворимый в воде VO₂ относительно легко взаимо­действует при нагревании со щелочами. При этом образуются оксованадаты (IV) бурого цвета, чаще всего состава M₂[V₄O₉]:
4VO₂ + 2КОН = K₂[V₄O₉] + Н₂О.
Еще легче VO₂ растворяется в кислотах. При этом образуются не простые аквокомплексы V⁴⁺, а аквопроизводные оксованадила VO²⁺, характеризующиеся светло-синей окраской:
VO₂ + 2Н⁺ + 4Н₂О = [VO(OH₂)₅]²⁺.
Оксованадильная группировка VO²⁺ отличается высокой устойчи­востью, так как связь VO близка к двойной:

Соединения V (V), Nb (V), Та (V). В ряду V (V) - Nb (V) — Та (V) устойчивость соединений возрастает.
Для ванадия (V) известны лишь оксид V₂O₅ и фторид VF₅, тогда как для ниобия (V) и тантала (V) известны и все другие галиды ЭНаl₆. Для Э (V), кроме того, характерны оксогалиды типа ЭОНа1₃. Все ука­занные соединения типично кислотные. Некоторые отвечающие им анионные комплексы приведены ниже:

Оксиды — красный V₂O₅ (т. пл. 670°С), белые Nb₂O₅ (т. пл. 1490°С) и Та₂O₅ (т. пл. 1870°С) — тугоплавкие кристаллические ве­щества. Структурная единица Э₂О₅ — октаэдр ЭО₆.
Оксид ванадия (V) получают термическим разложением NH₄VO₃:
2NH₄VO₃ = V₂O₅ + 2H₃N + H₂O.
Он весьма плохо растворим в воде (~0,007 г/л при 25°С), образует кислый раствор светло-желтого цвета; довольно легко растворяется в щелочах, а в кис­лотах — лишь при длительном нагрева­нии. Оксиды Nb (V) и Та (V) химически неактивны, в воде и кислотах практиче­ски не растворяются, а со щелочами реагируют лишь при сплавлении:
Э₂О₅ + 2КОН = 2КЭО₃ + Н₂О.
Оксованадаты (V), оксониобаты (V) и оксотанталаты (V) — кристаллические вещества сложного состава и строения. Простейшие по составу соединения типа М¹⁺ЭО₃ и М₃¹⁺ЭО₄. В большинстве своем оксо­ванадаты (V) и, в особенности, оксониобаты (V) и оксотанталаты (V) — полимерные соединения. Так, NaNbO₃ кристаллизуется по типу перовскита, a Fe(NbO₃)₂, Мn(ТаО₃)₂ являются сме­шанными оксидами со структурой типа рутила. В воде растворимы лишь производные s-элементов I группы и NH₄⁺. Из ванадатов наибольшее значение имеет NH₄VO₃ — исходное вещество для получения других соединений ванадия.
Пентагалиды ЭНа1₅ имеют островную структуру, поэтому они легкоплавки, летучи, растворяются в органических растворителях, химически активны. Фториды бесцветны, остальные галиды окра­шены.
VF₅ — вязкая жидкость (т. пл, 19,5⁰0), по строению подобен SbF₅. Будучи кислотными соединениями, пентагалиды легко гидролизуются, образуя аморфные осадки гидратированных oксидов:
ЭНа1₅ + 5Н₂О = Э₂О₅ + lOHHal.
Пентафториды, а также пентахлориды Nb и Та, кроме то­го, реагируют с соответствующи­ми основными галидами с обра­зованием анионных комплексов [ЭF₆]^-, а в случае Nb (V) и Та (V), кроме того, [ЭF₇]^2-, [ЭF₈]^3-, [ЭCl₆]^-, например:
KF + VF₅ = K[VF₆],
2KF + TaF₅ = K₂[TaF₆].
Оксогалиды ЭOНа1₃ — обычно твердые вещества, в боль­шинстве летучие, a VOC1₃ — жидкость (т. пл. -77°С, т. кип. 127⁰).
Оксогалиды легко гидролизуются с образованием гидратированных оксидов Э₂О₅•nН₂О и HHal:
2ЭОНа1₃ + 3Н₂О = Э₂О₅ + 6ННа1
и вступают во взаимодействие с основными галидами с образованием анион­ных комплексов состава [VOF₅]^2-, а для Nb (V) и Та (V), кроме того, [ЭOCl₄]^-, [ЭОНа1₅]^2-, [ЭOF₆]^3- (Hal = F, Cl), напри­мер:
2KF + VOF₃ = K₂[VOF₅],
3KF + NbOF₃=K₃[NbOF₆].
Производные ванадия (V) в кислой среде проявляют окислитель­ные свойства, например, окисляют концентрированную соляную кислоту:
V₂O5 + 6HCI = 2VOCl₂ + Сl₂ + 3Н₂О.
Для перевода же ниобия (V) и в особенности тантала (V) в более низ­кие степени окисления требуются энергичные восстановители и на­гревание.
Соединения ванадия используются в химической промышленности в качестве катализаторов (производство серной кислоты), а также применяются в стекольной и других отраслях промышленности.