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

4. Соединения элементов подгруппы титана
Металлические и металлоподобные соединения. Порошки титана, циркония и гафния поглощают водород, кислород и азот. При этом растворенные неметаллы переходят в атомарное состояние и при­нимают участие в образовании химической связи. Наряду с сильно делокализованной (металлической) возникает локализованная (ковалентная) связь. Благодаря этому система приобретает повышенную твердость и хрупкость. Способность Ti, Zr и Hf поглощать газы ис­пользуется для получения глубокого вакуума, удаления газов из сплавов и т.д.
Гидриды Ti, Zr и Hf — хрупкие металлоподобные порошки серого или черного цвета. Их идеализированный состав отвечает формуле ЭН₂, они являются промежуточными между твердыми растворами и солеподобными (ионными) гидридами типа СаН₂.
Разложение гидридов титана, циркония и гафния используется для получения металлов в порошкообразном состоянии и для нане­сения металлов на поверхность соответствующих изделий.
Последовательные стадии окисления титана кислородом можно выразить следующей схемой:
Ti + О₂ → Ti—О → Ti₆O → Ti₃O → TiO → Ti₂O₃ → TiO₂.
твердый раствор
По мере увеличения содержания кислорода доля металлической связи падает, а ковалентной — увеличивается. Ti₆O и Ti₃O — ти­пичные металлические, a TiO₂ — преимущественно ковалентное со­единение.
Карбиды и нитриды подгруппы титана образуются не­посредственным взаимодействием простых веществ при высокой температуре. Соединения ЭN и ЭС (переменного состава) — кри­сталлические вещества, очень твердые, тугоплавкие (3000…4000° С), хорошо проводят электрический ток и химически инертны. Анало­гичными свойствами обладают силициды ЭSi₂, бориды ЭВ, ЭВ₂. Все они, конечно, обладают переменным составом. Со­единения TiC, TiN, TiO, ZrN, ZrC, HfC имеют структуру типа NaCl и друг с другом образуют твердые растворы.
Ценные физико-химические свойства металлоподобных соедине­ний элементов подгруппы титана определяют их большое значение для техники. Например, сплав состава 20% HfC и 80% TiC — один из самых тугоплавких (т. пл. 4400° С).
Введение титана и циркония в сплавы придает им ценные физико-Химические свойства. Так, добавка к стали уже 0,1% Ti придает твердость и эластичность. Подобные стали используются для из­готовления рельсов, вагонных осей, колес и пр. Стали с добавкой циркония отличаются повышенной твердостью и вязкостью и применяются для изготовления бронебойных плит и щитов.