2020-07-12
108Тема занятия «Металлы IV группы побочной подгруппы»
1. Выходим на платформу «Академиа –Медиа 35»
2. Знакомимся с теоретическим материалом по теме урока – глава 19
3. Выполняем задания по теме
Для тех, кто не имеет возможности работать в системе «Академиа – Медиа»
Вопросы и задания
- В чем сходство и в чем различие главной и побочной подгрупп IV группы?
- Как относятся металлы побочной подгруппы IV группы к кислотам?
- Как получают металлы подгруппы в промышленности? Где их применяют?
- При прокаливании металлического циркония на воздухе образуется белый порошок, который растворяется в концентрированной серной кислоте и сплавляется с щелочью. Напишите уравнения реакций.
Справочный материал по теме
К побочной подгруппе IV группы Периодической системы относятся переходные, или d -элементы: титан Ti, цирконий Zr, гафний Hf.
У атомов этих элементов четыре валентных электрона — два d -электрона на предвнешнем уровне и два s -электрона на внешнем. Четырехвалентное состояние характерно для всех элементов подгруппы, однако титан может легко восстанавливаться до низших степеней окисления, для циркони 
я и гафния эти состояния крайне редки и очень неустойчивы. Соединения титана(III) малоустойчивы; соединения титана(II) получают с большим трудом.
|
|
|
По физическим свойствам простые вещества этих элементов являются металлами с высокой плотностью, похожими на сталь, с высокими температурами плавления (от 1 670 до 2 220 °С) и температурами кипения (3 170 — 5 690 °С).
При обычных условиях эти металлы обладают химической стойкостью к атмосферным газам, их поверхность всегда остается блестящей.
При высоких температурах проявляют заметную химическую активность, так как образующаяся при температуре 200 — 250 °С тонкая и плотная оксидная пленка МO2 при температуре 500 — 600 °С теряет защитные свойства.
При взаимодействии металлов с пара́ми воды при температуре выше 800 °С образуются оксиды состава МO2 и выделяется водород; ниже этой температуры образуются оксиды состава МО и гидриды. Все эти металлы обладают определенной устойчивостью по отношению к кислотам. Титан растворяется во фтороводородной кислоте с выделением водорода, в концентрированных соляной и серной кислотах с образованием растворов Ti(III). Цирконий и гафний растворяются только во фтороводородной и кипящей серной кислотах. Кислоты с добавлением фторидов щелочных металлов растворяют цирконий и гафний, но менее энергично, чем титан.
|
|
|
Из оксидов металлов этой подгруппы лучше изучены оксиды титана и циркония. Оксиды состава TiO, Ti2O3 проявляют осно́вные свойства, TiO2, ZrO2 — амфотерные:
При добавлении щелочи к растворам солей выпадает белый осадок состава ZrO2 · n H2O.
Для элементов подгруппы не характерно образование типичных ионных соединений. В большинстве случаев они являются комплексными соединениями, в которых титан, цирконий и гафний могут входить как в сложные катионы, так и в сложные анионы.
Элементы подгруппы сравнительно широко распространены в природе, но промышленные месторождения, особенно для циркония и гафния, встречаются редко, к тому же выделение их в чистом виде является трудоемким. Тем не менее металлы в промышленности получают восстановлением магнием солей, выделенных из природных руд:
HfCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Hf
ZrCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Zr
Металлы подгруппы широко применяют в промышленности: цирконий — для изготовления нержавеющих и жаропрочных сталей; соединения ZrO2 и ZrSiO4 — в производстве огнеупоров и некоторых сортов стекла, строительной керамики, эмалей и глазурей для синтетических изделий и посуды.
Цирконий применяют в зубном протезировании
Техническое применение гафния очень ограничено. Его используют для изготовления регулирующих стержней в ядерных реакторах, специальных нитей в лампах накаливания, рентгеновских и телевизионных трубок, телескопов. Оксид HfO2 применяют для получения специальных жаростойких сталей и твердых сплавов.
