Общая характеристика d-элементов IV группы. Получение, свойства и применение. Оксиды и гидроксиды, способы получения и свойства

В IVВ группу входят четыре элемента, три из которых– титан Ti, цирконий Zr, гафний Hf – существуют в природе в виде минералов, а четвертый – курчатовий Ku – синтезирован искусственно путем ядерных реакций. Эти элементы являются полными электронными аналогами и образуют подгруппу титана.

Титан, цирконий и гафний химически устойчивы во многих агрессивных средах.

В отличие от Zr и Hf титан при нагревании растворяется в соляной кислоте. Мелкораздробленные титан, цирконий и гафний взаимодействуют при нагревании с концентрированной серной кислотой.

Металлические титан, цирконий и гафний в виде губчатой массы получают высокотемпературным восстановлением в инертной атмосфере тетрахлоридов или комплексных фторидов расплавленным металлическим натрием или магнием.

Очень чистые металлы получают термическим разложением тетраиодидов ЭI4 при высокой температуру в вакууме.

Порошки титана, циркония и гафния поглощают водород, кислород. При этом растворенные неметаллы переходят в атомное состояние и принимают участие в образовании химических связей. Система приобретает повышенную твердость и хрупкость.

При нагревании в атмосфере кислорода титан, цирконий и гафний сгорают с образованием диоксидов ЭО2.

Для титана известны и низшие оксиды Ti2O3 и TiO. Первый из них может быть получен восстановлением диоксида водородом

2TiO2 + H2 = Ti2O3 + H2O,

а второй – реакцией конпропорционирования

TiO2 + Ti= 2TiO.

Оксид Ti2O3 напоминает по свойствам Al2O3, а TiO – типичный бертоллид, его состав и свойства сильно зависят от условий получения.

Гидратные формы могут быть получены только косвенным путем, например:

ЭCl4 + 4NaOH= Э(OH)4 + 4NaCl.

Эти гидроксиды амфотерны. Эти соединения имеют переменный состав, зависящий от условий получения. Они представляют собой студенистые осадки. При сплавлении со щелочами образуются два ряда солей.

Соли титанила и титанаты, их получение и свойства. Соединения с галогенами, свойства и способы получения. Применение металлов и их соединений.

Гидроксид Ti (IV) растворим в концентрированных щелочах. При сплавлении со щелочами образуются два ряда солей: орто- и мета- титанаты. Первые являются производными Н4ЭО4, например, K4TiO4. Вторые происходят от гидроксида H2ЭО3, например, Na2TiO3.

При взаимодействии оксидов и гидроксидов титана (IV) с кислотами образуются производные титанил-иона TiO²⁺, например:

Ti(OH)4 + 2HCl= TiOCl2 + 3H2O.

Наиболее типичными галогенидами элементов подгруппы титана являются соединения ЭХ4, отвечающие высшей степени окисления. Они могут быть получены непосредственным взаимодействием металлов при нагревании с галогенами.

Галогениды титана (II) и титана(III) – сильные восстановители.

Применение: Металлические титан и цирконий широко используются в качестве легирующих добавок к сталям, титан является также важным конструкционным материалом в ракето- и самолетостроении, химической технике. Цирконий применяется в качестве конструкционного материала ядерных реакторов. Из гафния делают регулировочные стержни для ядерных реакторов. Из карбидов и нитридов титана и циркония изготавливают резцы, сверла, шлифовальные материалы. Оксид и хлорид титана применяются в качестве катализаторов.