2. Соединения элементов подгруппы ванадия
Металлические и металлоподобные соединения. Порошкообразные V, Nb и Та адсорбируют значительные количества водорода, кислорода, азота, образуя твердые растворы внедрения. При этом неметаллы переходят в атомарное состояние и их электроны участвуют в построении d-зоны металлического кристалла. При нагревании растворимость неметаллов возрастает; вместе с тем изменяются характер химической связи и свойства образуемых соединений. Так, при образовании оксидов постепенное окисление ниобия (как и V и Та) кислородом протекает через следующие стадии:
Nb+О2 → Nb—О → Nb6O → Nb2O → NbO → NbO2 → Nb2O5.
твердый раствор
По свойствам Nb6O и Nb2O — типичные металлические соединения; NbO (серого цвета) — соединение переменного состава (NbO0,98-2,09) с металлическим блеском и металлической проводимостью. Диоксид NbO2 (черного цвета) также переменного состава (NbO1,9-2,09), но уже полупроводник. И, наконец, Nb2O5 имеет более или менее постоянный состав и электронной проводимостью не обладает. Таким образом, по мере увеличения содержания кислорода постепенно уменьшается доля металлической связи и увеличивается доля ковалентной, что обусловливает изменение свойств оксидов.
Гидриды ванадия и его аналогов ЭН — хрупкие металлоподобные порошки серого или черного цвета, имеют переменный состав. Гидриды химически устойчивы, не взаимодействуют с водой и разбавленными кислотами.
Высокой коррозионной стойкостью обладают также нитриды (ЭN, Nb2N, Ta2N), карбиды (ЭС, Э2С), бориды (ЭВ, ЭВ2, Э3В4), ряд других соединений ванадия и его аналогов с неактивными неметаллами.
Ванадий, ниобий и тантал между собой и с металлами, близко расположенными к ним в периодической системе (подгрупп железа, титана и хрома), образуют металлические твердые растворы. По мере увеличения различий в электронном строении взаимодействующих металлов возможность образования твердых растворов уменьшается и возрастает возможность образования интерметаллических соединений, например типа Co3V, Fe3V, Ni3V, Al3V и др.
Интерметаллические соединения ванадия и его аналогов придают сплавам ценные физико-химические свойства. Так, ванадий резко повышает прочность, вязкость и износоустойчивость стали. Ниобий придает сталям повышенную коррозионную стойкость и жаропрочность. В связи с этим большая часть добываемого ванадия и ниобия используется в металлургии для изготовления инструментальной и конструкционной стали.
Большой интерес представляют сплавы на основе карбидов, нитридов, боридов и силицидов ниобия и тантала, отличающиеся исключительной твердостью, химической инертностью и жаростойкостью.
Do'stlaringiz bilan baham: |