Элементы VI б подгруппы

1. Общая характеристика элементов

2. Природные формы и методы получения металлов

3. Простые вещества

4. Соединения элементов

5. Области применения

1. Общая характеристика элементов

Подгруппа хрома является побочной подгруппой VI группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. В подгруппу входят хром Cr, молибден Mo, вольфрам W, и сиборгий Sg. Хром, молибден и вольфрам тугоплавкие, хрупкие, но механически прочные и твердые металлы. Очень чистые металлы достаточно пластичны. Среди всех известных металлов хром – самый твёрдый, а вольфрам – самый тугоплавкий. Химические свойства сиборгия практически не изучены.

Эти элементы относятся также к числу переходных металлов, т.к. у них застраивается d-подуровень предвнешнего слоя. Во внешнем слое атомов этих элементов имеется один (у хрома и молибдена) или два (у вольфрама) электрона. Таким образом, атомы элементов подгруппы хрома имеют шесть валентных электронов, способных участвовать в образовании химической связи.

Для всех элементов подгруппы хрома наиболее типичны соединения, где их степени окисления бывают +2, +3, +6 (хотя есть соединения, где их степени могут быть также +4 и +5, а у хрома и +1). У элементов подгруппы хрома не бывает отрицательной степени окисления, и они не образуют летучих водородных соединений.

Таблица 1.

Основные характеристики элементов VI Б подгруппы

Основные характеристики	Cr	Mo	W
Электронная конфигурация	3d54s1	4d55s1	5d46s2
Атомная масса	51,996	95,94	183,84
Атомный радиус, нм	0,127	0,139	0,140
Ионный радиус Э4+,нм	0,026	0,055	0,056
Потенциал ионизации, эВ	6,77	7,1	8,0
Электроотрицательность, по Полингу	1,66	2,16	1,7
Температура плавления, °C	1875	2620	3420
Температура кипения, °C	2430	4680	5700
Плотность, г/см3	7,19	10,2	19,35
Содержание в земной коре, % (масс.)	3,5 · 10-2	3 · 10-4	2,4 · 10-5
Стандартный потенциал, эВ	Cr2+ –0,913 Cr3+ –0,744	Mo3+ –0,2	W3+ –0,11

Хром, молибден, вольфрам похожи по многим физическим и химическим свойствам: так, в виде простых веществ, все они представляют собой тугоплавкие серебристо-белые металлы, (молибден подобно свинцу на воздухе покрывается тёмной пленкой) обладающие большой твердостью и рядом ценных механических свойств – способностью к прокатыванию, протягиванию и штамповке.

2. Природные формы и методы получения металлов

Самым распространенным минералом хрома является хромит Fe(CrО₂)₂ (хромистый железняк). Восстанавливая этот минерал коксом, получают сплав феррохром:

Fe(CrО₂)₂ + 4С = (Fe ·2Cr) + 4СО

Сплав широко используется в производстве хромовых нержавеющих сталей. Спеканием хромита с карбонатами щелочных металлов в присутствии кислорода получают хроматы:

4 Fe(CrО₂)₂ + 8Na₂CO₃ +7O₂ = 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂,

которые при прокаливании с хлоридом аммония разлагаются до Cr₂О₃ алюмотермией:

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr

Из 17 известных минералов молибдена наибольшее значение имеет внешне очень похожий на графит минерал молебденит MoS₂. Очищенный и тонко измельченный молебденит используют для приготовления твёрдых смазок. В производстве молибдена минерал обжигают, а образующийся триоксид молибдена растворяют в растворе аммиака:

2MoS₂ + 7О₂ = 2MoО₃ + 4SО₂

MoО₃ + 2NH₃ ·Н₂О = (NH₄)₂MoО₄ + Н₂О

Аммиачные растворы очищают от примесей переосаждением молибдатов или экстракцией. Разложением молибдатов при нагревании получают MoО₃, который восстанавливают водородом:

MoО₃ + 3Н₂ = Mo + 3Н₂О

Полученный металл очищают переплавкой в вакуумной печи.

Вольфрам достаточно распространён в природе и встречается в составе «окисленных» минералов – солей вольфрамовой кислоты: шеелита СаWО₄, вольфрамита (Fe, Mn)WO₄ и др. Руды обогащают флотацией и химическими методами. Концентраты спекают с содой при температуре 800 – 1400 °C:

CaWO₄ + Na₂CO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + Na₂WO₄ + CO₂

4FeWO₄ + 4Na₂CO₃ + O₂ = 4Na₂WO₄ + 2Fe₂O₃ + 4CO₂

И вольфрамиты выщелачивают водой. З растворов осаждают малорастворимый вольфрамат кальция и разлагают его соляной кислотой:

Na₂WO₄ + CaCl₂ = CaWO₄ + 2NaCl

CaWO₄ + 2HCl = CaCl₂ + H₂WO₄

Вольфрамовую кислоту прокаливают, а образующийся WО₃ восстанавливают водородом, получая вольфрамовый порошок.