8.3. Химия металлов iiib группы

К этой группе относятся: скандий, иттрий, лантан, актиний. Электронное строение: Sc: ….3d¹, 4s²; Y: ….4d¹, 5s²;

La: …5d¹, 6s², Ac…6d¹, 7s² Возможные степени окисления: для Sc: +3; для Y: +3; для La: +2, +3, +4; Ac: +3.

8.3.1. Способы получения

Обычно электролизом расплавов хлоридов или металлотермическая обработка хлоридов и оксидов: Э₂О₃+3Mg 2Э+3MgO; 2ЭCI₃+3Са 2Э+3СаCI₂; AcF₃+3Li Ac+3LiF

8.3.2. Химические свойства

Все металлы – активные, уступая по активности лишь щелочным и щелочноземельным. С основными кислотами реагируют уже на холоде, медленно окисляются на воздухе, активность увеличивается при нагревании. Реакционная активность растет в ряду Sc-Ac. Sc – активен, но пассивируется как алюминий. Лантан активнее скандия: La+H₂O=La(OH)₃+H₂. Не реагируют со щелочами, пассивируют при взаимодействии с HF и со смесью HF+HNO₃.

Э+H₂ ЭH₂, (ЭH₃); Э+Г₂ ЭГ₃; Э+О₂ Э₂О₃;

Э+S ЭS, Э₂S₃; Э+N₂ ЭN; Э+Р ЭР; Э+С ЭС, Э₂С₃, ЭС₂, Э+Me сплавы.

Э+HCI= ЭCI₃+H₂; Э(Sc, Y)+H₂O Э(OH)₃,

Э+H₂SO_4(конц.)=Э₂(SO₄)₃+ SO₂+Н₂О

Э+H₂SO_4(разб.)=Э₂(SO₄)₃+ Н₂

Э+6HNO_3(конц.)=Э(NO₃)₃ +3NO₂+3H₂O

8Э+30HNO_3(разб.)=8Э(NO₃)₃ +3NH₄NO₃+9H₂O

8.3.3. Соединения элементов

Практически во всех соединениях элементы проявляют степень окисления +3, устойчивость их от Sc до Ac растет. Чаще всего это белые кристаллические вещества.

С водородом (гидриды) ЭН₂ (при недостатке водорода) и ЭН₃ (при избытке). Гидриды ЭН₂ легко окисляются кислородом и водой: ЭН₂ +6Н₂О=2Э(ОН)₃+5Н₂

С галогенами (галогениды) ЭГ₃ (CI, Br, J) гидролизуются:

ЭГ₃ +3Н₂О=Э(ОН)₃+3НГ, фториды – нерастворимы в воде.

С кислородом (оксиды) – белые кристаллические вещества, плохо растворимы в воде и щелочах, хорошо в разбавленных кислотах, особенно при нагревании. В ряду Sc₂О₃–Ac₂О₃ усиление основных свойств, с водой реагируют: Э₂О₃+3Н₂О=2Э(ОН)₃

Скандий и его аналоги образуют с бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором, серой тугоплавкие соединения, часто с металлическими свойствами. Cпособны к комплексообразованию: к.ч. Sc=6, La и Sc=7,8. При обработке солей элементов растворами щелочей получают белые студнеобразные гидроксиды, трудно растворимые в воде, но растворимые в минеральных кислотах. Sc(OH)₃ – амфотерный гидроксид, остальные – сильные основания.

Применение. Скандий, иттрий, лантан используются как легирующие добавки при изготовлении специальных сплавов, стойких к высоким температурам и коррозии. Их оксиды применяются в качестве катализаторов в производстве огнеупорной керамике, лазерных материалов.

8.4. Химия металлов ivb группы

К этой группе относятся: титан, цирконий, гафний, курчатовий. Электронное строение: Ti: ….3d², 4s²; Zr: ….4d², 5s²;

Hf: …5d¹, 6s², Ku…6d¹, 7s² Возможные степени окисления: для Ti: +2, +3, +4; Zr: +2, +3, +4; Hf: +2, +3, +4, Ku:+4. Zr- Zr (лантаноидное сжатие), Ti- Ku полные электронные аналоги. Координационные числа 4,6 (Ti); 7,8 (Zr, Hf, Ku).

8.4.1. Способы получения

Ti, Zr, Hf – обычно из оксидов или галогенидов в вакууме или в атмосфере инертных газов с помощью металлотермии:

ЭCI₄+4Na(Mg) Э+4NaCI (MgCI₂)

ЭO₂+2Ca Э+2CaO