D-Металлы IV группы

D- и f-Металлы III группы

К d-металлам III группы относятся: скандий (Sс), иттрий (Y), лантан (Lа) и актиний (Ас). За лантаном и актинием в периодической таблице находятся по 14 f-элементов, называемых соответственно лантаноидами и актиноидами.

Скандий, иттрий и лантаноиды принято называть редкоземельными металлами. Скандий, иттрий, лантан и лантаноиды, за исключением прометия, имеют устойчивые изотопы. Актиний и актиноиды не имеют устойчивых изотопов. У лантаноидов и актиноидов происходит заполнение третьего снаружи f-слоя, поэтому в данных семействах химические свойства элементов очень близки между собой. У лантаноидов, за исключением европия и иттербия, в отличие от главных подгрупп происходит уменьшение радиусов атомов, называемое лантаноидным сжатием, что приводит к увеличению плотности и уменьшению восстановительной активности. Данное явление присуще также актиноидам и называется соответственно актиноидным сжатием. Основная валентность для данных элементов равна 3. Редкоземельные металлы по значениям электродных потенциалов находятся между Аl и Мg, т.е. являются химически активными металлами. Актиноиды – более сильные восстановители, чем лантаноиды. Данные металлы реагируют с водой и легко растворяются в кислотах.

Скандий близок по свойствам с алюминием, но c температурой плавления примерно на 750 ^оС выше, что делает перспективным его применение в авиа- и ракетостроении. Добавки данных металлов к сплавам в ряде случаев приводят к существенному улучшению их механических и физико-химических характеристик. Лантаноиды – хорошие поглотители кислорода, водорода и других газов. Вследствие близости химических свойств разделение лантаноидов – технически сложная задача, поэтому на практике применяется сплав редкоземельных металлов, называемый мишметеллом. Применение данных металлов разнообразно, но из-за сложности получения ограничено.

К d-металлам IV группы относятся: титан (Тi), цирконий (Zr) и гафний (Нf). Наиболее характерная степень окисления данных элементов +4. Элементы подгруппы титана тугоплавки и устойчивы к действию воды и воздуха.

Титан обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью, на него не действует морская вода, разбавленная и концентрированная азотная кислота и даже царская водка. Титан немного тяжелее алюминия, но в три раза превосходит его по прочности. Но главное свойство титана и его сплавов – высокая жаростойкость и жаропрочность – способность сохранять высокие механические характеристики при повышенных температурах. Из соединений можно отметить: ТiО₂ – титановые белила и титанат бария ВаТiО₃ – соль способная деформироваться под действием электрического поля.

Цирконий также характеризуется высокой коррозионной стойкостью. При производстве стали добавки циркония удаляют кислород, азот и серу. Добавка циркония к меди значительно повышает её прочность, почти не снижая электропроводности. Качество магниевых и алюминиевых сплавов значительно повышается при добавлении к ним циркония.

Гафний в природе сопутствует цирконию. Он активно захватывает нейтроны, поэтому используется в атомной энергетике.