ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.04.2021
Просмотров: 1520
Скачиваний: 2
56
2
КС
NS + I
2
= 2KI + (CNS)
2
тиоциан
или
родан
Применение
Углерод
:
алмаз
–
драгоценный
камень
.
Сажа
–
наполнитель
резины
и
пластмасс
,
в
типографских
красках
,
копировальных
средствах
.
Графит
имеет
важное
значение
в
электротехнической
(
материал
для
изготовления
электро
-
дов
,
трущихся
частей
динамо
-
машин
),
химической
и
атомной
промышленно
-
сти
(
материал
для
изготовления
тиглей
,
замедлитель
нейтронов
и
т
.
д
.).
Ак
-
тивированный
уголь
–
замечательный
адсорбент
. CO
2
используют
для
по
-
лучения
различных
карбонатов
,
в
первую
очередь
соды
,
для
создания
инертной
атмосферы
и
кислой
среды
в
неорганическом
синтезе
,
при
пере
-
работке
бокситов
.
Его
также
используют
при
тушении
пожаров
.
СО
–
высо
-
кокалорийное
топливо
(«
водяной
», «
генераторный
газ
»),
а
также
реагент
в
органическом
синтезе
(
получение
спиртов
,
углеводородов
,
альдегидов
,
кар
-
боновых
кислот
).
В
неорганическом
синтезе
и
в
металлургии
его
использу
-
ют
как
восстановитель
,
а
также
при
синтезе
карбонилов
элементов
-
металлов
. (NH
2
)
2
CO –
мочевина
–
азотсодержащее
удобрение
. HCN
приме
-
няется
для
синтеза
нитрилов
адипиновой
и
акриловой
кислот
при
производ
-
стве
нейлона
.
Кремний
–
основа
производства
полупроводниковых
приборов
;
его
ис
-
пользуют
в
радиоэлектронике
,
телемеханике
,
телеуправлении
,
в
электронных
счётно
-
решающих
устройствах
,
фотоэлементах
,
служащих
для
преобразова
-
ния
световой
энергии
в
электрическую
,
в
выпрямителях
переменного
тока
и
т
.
д
.
Кварц
–
важнейший
строительный
материал
и
сырье
в
многотоннажных
производствах
стекла
,
цемента
.
Силикагель
применяется
для
высушивания
различных
газов
и
очистки
некоторых
жидкостей
(
активно
сорбирует
пары
воды
и
многих
органических
веществ
).
Также
используется
как
сорбент
при
хроматографическом
разделении
и
анализе
смесей
веществ
различной
хими
-
ческой
природы
как
носитель
каталитически
активных
веществ
,
при
разделе
-
нии
смесей
радиоактивных
изотопов
,
для
очистки
промышленных
сточных
вод
от
ионов
различных
элементов
-
металлов
. SiO –
пигмент
масляных
кра
-
сок
и
полирующее
вещество
,
промежуточное
соединение
в
процессе
глубо
-
кой
очистки
при
синтезе
кремния
полупроводниковой
чистоты
.
Раствори
-
мое
стекло
(
силикаты
натрия
и
калия
)
используется
для
укрепления
грунтов
при
строительных
работах
,
изготовления
замазок
и
склеивающих
веществ
,
компонентов
клея
и
дешёвых
стиральных
порошков
. SiC –
абразивный
ма
-
териал
,
компонент
огнеупоров
,
служит
стержнями
сопротивления
(
силит
)
в
электронагревательных
приборах
.
Силициды
используют
для
изготовления
жаростойких
и
кислотоупорных
сплавов
,
в
качестве
высокотемпературных
57
полупроводниковых
материалов
(CrSi
2
, CaSi
2
, ReSi
2
). Si
3
N
4
–
химически
стойкий
и
огнеупорный
материал
,
компонент
коррозионностойких
и
туго
-
плавких
сплавов
и
в
качестве
полупроводника
. CS
2
–
неполярный
раствори
-
тель
неполярных
веществ
–
жиров
,
масел
,
серы
,
фосфора
и
др
.
Германий
применяется
в
качестве
полупроводника
в
электронике
и
радиотехнике
(
транзисторы
).
Тонкие
плёнки
германия
,
нанесённые
на
стек
-
ло
,
используются
в
качестве
сопротивлений
в
радарных
установках
.
Из
мо
-
нокристаллов
германия
изготавливают
линзы
для
приборов
ИК
-
оптики
.
Об
-
ладающие
полупроводниковыми
свойствами
сплавы
германия
с
рядом
ме
-
таллов
применяются
для
изготовления
кристаллических
детекторов
. GeO
2
–
промежуточный
продукт
при
синтезе
германия
,
при
изготовлении
люмино
-
форов
и
специальных
стекол
с
очень
высоким
коэффициентом
преломления
и
большой
плотностью
.
Из
германиевого
стекла
изготавливают
стеклово
-
локно
.
Германаты
–
активаторы
люминофоров
.
Олово
используют
для
лужения
–
для
предохранения
железа
от
ржав
-
ления
.
Широко
используются
сплавы
олова
:
бронза
(Sn + Cu),
баббиты
(Sn
+ Sb
и
Cu),
типографские
сплавы
(Sn + Sb + Pb),
припои
(30 – 70 % Sn; 70 –
30 % Pb).
α
-Sn
и
CdSnAs
2
, SnTe –
полупроводники
.
SnO
2
применяется
для
получения
металлического
олова
,
как
компо
-
нент
белых
красок
,
эмалей
,
глазурей
;
в
качестве
катализатора
органических
реакций
замещения
и
гидролиза
;
как
полировочное
средство
;
в
полупро
-
водниковой
технике
в
виде
тонких
плёнок
. SnO –
чёрный
пигмент
при
про
-
изводстве
рубинового
стекла
,
как
исходное
соединение
при
синтезе
различ
-
ных
солей
Sn
II
.
Галогениды
олова
–
протрава
при
крашении
тканей
. SnCl
4
используется
для
получения
дымовых
завес
и
в
качестве
катализатора
при
хлорировании
.
Области
применения
свинца
:
производство
аккумуляторов
,
изготов
-
ление
реакционных
сосудов
и
камер
в
химической
промышленности
(
из
-
за
коррозионной
стойкости
),
оболочек
для
электрических
кабелей
.
Широко
применяются
сплавы
свинца
–
припои
,
баббиты
,
типографские
и
подшип
-
никовые
сплавы
.
Металлический
свинец
и
свинцовые
стёкла
(
~
80 % Pb)
ис
-
пользуют
для
защиты
от
гамма
-
и
рентгеновских
лучей
.
Тетраэтилсвинец
Pb(C
2
H
5
)
4
–
антидетонатор
,
добавляемый
к
моторному
топливу
.
Азид
свин
-
ца
–
инициирующее
взрывчатое
вещество
. PbO
2
–
окислитель
в
лаборатор
-
ной
практике
и
промышленности
.
Халькогениды
свинца
–
полупроводники
,
используются
в
качестве
выпрямителей
,
транзисторов
,
фотосопротивлений
,
термоэлектрических
устройств
.
Материалы
для
ИК
-
оптики
применяются
при
производстве
экранов
дисплеев
.
58
ГЛАВА
4. IVB-
группа
4.1.
Простые
вещества
Общая
характеристика
Фактически
эта
группа
открывает
химию
переходных
d
-
элементов
,
т
.
к
.
элементы
III
В
-
группы
,
открывающие
d
-
ряды
,
практически
ни
в
одном
со
-
единении
не
содержат
d
-
электронов
[1, 3].
В
состав
этой
группы
входят
Ti,
Zr, Hf
и
Rf –
резерфордий
. Rf – 1-
й
элемент
,
следующий
за
актинидами
,
его
электронная
конфигурация
5
f
14
5
d
2
7
s
2
аналогична
конфигурации
Hf
4
f
14
5
d
2
6
s
2
.
Он
был
получен
в
США
на
циклотроне
,
а
обнаружен
советскими
учеными
в
продуктах
спонтанного
деления
ядер
.
В
основном
состоянии
атомы
элементов
IVB-
группы
имеют
конфигурацию
(
n
–1)
d
2
ns
2
.
Суммарная
энергия
ионизации
при
переходе
от
Ti
к
Zr
снижается
,
что
обусловлено
уменьшением
энергии
связи
ns
-
электронов
с
ядрами
;
затем
существенно
не
меняется
.
Из
всех
элементов
группы
лишь
Ti
проявляет
вы
-
сокую
химическую
активность
.
Атомный
радиус
заметно
растет
при
пере
-
ходе
от
Ti
к
Zr (
увеличение
числа
электронных
слоев
),
а
затем
к
Hf –
прак
-
тически
нет
(
лантанидное
сжатие
).
Для
этих
элементов
наиболее
характерна
степень
окисления
+4,
одна
-
ко
подавляющее
большинство
соединений
,
за
исключением
фторидов
и
ок
-
сидов
ковалентные
,
в
них
отсутствуют
ионы
М
e
4+
.
С
ростом
атомного
ра
-
диуса
степень
ионности
соединений
аналогичного
состава
несколько
уве
-
личивается
,
возрастает
Т
пл
и
Т
кип
,
повышается
устойчивость
к
гидролизу
.
В
ряду
Ti – Zr – Hf
устойчивость
соединения
с
высшей
степенью
окисления
возрастает
.
Так
,
для
Ti
устойчивы
оксиды
TiO, Ti
2
O
3
, TiO
2
и
фториды
TiF
2
,
TiF
3
, TiF
4
,
а
для
Zr
и
Hf –
только
ZrO
2
, HfO
2
и
ZrF
4
, HfF
4
.
Склонность
к
про
-
явлению
низких
степеней
окисления
+2, +3
у
титана
выше
,
чем
у
его
тяже
-
лых
аналогов
.
Так
,
в
кислых
водных
растворах
существуют
акваанионы
Ti(III),
а
аналогичные
соединения
Zr
и
Hf –
нет
,
т
.
к
.
они
легко
окисляются
водой
.
Характерные
координационные
числа
:
у
Ti – 6,
реже
– 4,
у
Zr
и
Hf –
часто
7
и
8.
Нахождение
в
природе
и
получение
Содержание
элементов
в
земной
коре
: Ti – 0,6 %; Zr ~ 10
–2
%,
Hf ~ 3 · 10
–4
%.
Образуемые
минералы
: TiO
2
(
рутил
,
брукит
,
анатаз
), FeTiO
3
и
CaTiO
3
–
ильменит
и
перовскит
.
Цирконий
образует
ZrO
2
—
бадделеит
и
ZrSiO
4
—
циркон
.
Гафний
присутствует
как
примесь
в
циркониевых
мине
-
ралах
.
Способы
получения
.
Титановые
руды
«
вскрывают
»
путём
хлорирова
-
ния
(
в
присутствии
углерода
)
при
температуре
красного
каления
:
2FeTiO
3
+ 6C + 7Cl
2
o
t C
⎯⎯⎯
→
2TiCl
4
↑
+ 2FeCl
3
↑
+ 6CO
TiCl
4
и
FeCl
3
разделяют
методом
фракционного
испарения
.
Затем
:
59
TiCl
4
+
М
g
o
900 C
⎯⎯⎯→
Ti + 2MgCl
2
Титан
«
отмывают
»
от
оставшегося
MgCl
2
водой
,
а
от
неизрасходован
-
ного
Mg
разбавленной
HCl.
Полученные
металлы
очищают
с
помощью
ме
-
тода
иодидного
рафинирования
(
рис
. 37):
2I
2
+
Э
⎯⎯
→
←⎯
⎯
Э
I
4
(
транспортная
реакция
)
Рис
. 37.
Сосуд
для
очистки
методом
йодидного
рафинирования
металлов
IV
группы
:
1 –
место
загрузки
металла
и
йода
; 2 –
место
отпайки
от
вакуумной
системы
;
3 –
вольфрамовая
нить
для
наращивания
очищенного
металла
[1]
Для
отделения
циркония
от
гафния
используется
дробная
кристалли
-
зация
.
Растворимость
комплексов
K
2
[ZrF
6
]
и
K
2
[HfF
6
]
составляет
0,07
и
0,10
моль
/
л
соответственно
,
таким
образом
,
более
растворимый
комплексный
фторид
гафния
переходит
в
раствор
,
а
менее
растовримый
комплекс
цирко
-
ния
сосредоточивается
в
кристаллах
.
Другой
метод
–
экстракция
органиче
-
скими
растворителями
:
цирконий
в
виде
трибутилфосфатного
комплекса
нитрата
цирконила
[ZrO(NO
3
)
2
· 2
ТБФ
]
переходит
в
органическую
фазу
,
а
гафний
остается
в
растворе
.
Свойства
простых
веществ
Важнейшие
свойства
простых
веществ
представлены
в
таблице
5.
Таблица
5
Важнейшие
свойства
простых
веществ
,
образованных
элементами
группы
титана
[1]
Э
Т
пл
,
о
С
Т
кип
,
о
С
Плотность
,
г
/
см
3
Кристаллическая
структура
Е
0
(
ЭО
2+
/
Э
0
),
В
Ti
Zr
Hf
1800
1857
2227
3330
~ 4340
~ 4620
4,505
6,50
13,09
ГПУ
до
882
о
С
,
выше
–
ОЦК
ГПУ
до
863
о
С
,
выше
–
ОЦК
ГПУ
до
1740
о
С
,
выше
–
ОЦК
–0,88
–1,57
–1,70
60
Ti – Zr – Hf
образуют
ряд
непрерывных
твердых
растворов
для
обеих
модификаций
.
Металлы
подгруппы
титана
на
воздухе
коррозионно
-
устойчивы
из
-
за
пленки
оксида
.
Агрессивные
окислители
уплотняют
ок
-
сидную
пленку
(H
2
SO
4
,
конц
. HNO
3
),
а
источники
активных
лигандов
рас
-
творяют
эту
пленку
:
Э
O
2
+ 6HF
→
H
2
[
Э
F
6
] + 2H
2
O
Э
O
2
+ 3H
2
C
2
O
4
→
H
2
[
Э
(C
2
O
4
)
3
] + 2H
2
O
к
.
ч
. = 6
Взаимодействие
с
неметаллами
при
повышенной
температуре
приво
-
дит
к
получению
бинарных
соединений
(
гидридов
,
галогенидов
,
оксидов
,
сульфидов
,
нитридов
,
карбидов
,
силицидов
).
Реакция
с
галогенами
начинает
-
ся
при
слабом
нагревании
,
образуются
галогениды
Э
Hal
4
,
выделяется
боль
-
шое
количество
теплоты
.
С
иодом
взаимодействие
протекает
при
200 º
С
.
С
азотом
и
водородом
–
при
высоких
температурах
(~ 1000 º
С
),
образуются
нитриды
Э
N
и
гидриды
ЭН
х
(
где
х
= 1 – 4).
Взаимодействие
с
другими
металлами
дает
твердые
растворы
заме
-
щения
(
с
V
и
Cr)
или
интерметаллиды
(
с
Fe, Co, Ni, Cu, Zn).
Металлы
легко
реагируют
с
кислотами
,
способны
вытеснять
водород
даже
из
воды
:
Э
+ 2
Н
2
О
=
ЭО
2
+ 2
Н
2
(
выше
800 º
С
)
Также
возможно
протекание
реакции
с
образованием
фтор
-
и
хлор
-
комплексов
:
8Ti + 4HNO
3
+ 18HF
→
3H
2
[TiF
6
] + 4NO
↑
+ 8H
2
O
Реакция
с
HCl
идет
гораздо
энергичнее
,
чем
с
H
2
SO
4
из
-
за
образова
-
ния
хлоридных
комплексов
:
2Ti + 6HCl = 2TiCl
3
+ 3H
2
↑
(
в
отличие
от
Zr
и
Hf)
Титан
растворяется
в
концентрированной
HF:
2Ti + 6HF = [TiF
6
]
2–
+ Ti
2+
+ 3H
2
↑
зеленая
окраска
На
воздухе
раствор
становится
краснобурым
(
образование
Ti(III)),
а
затем
обесцвечивается
(
переход
в
Ti(IV)):
Ti + 6HF + O
2
= H
2
[TiF
6
] + 2H
2
O
Титан
медленно
растворяется
в
разбавленных
и
концентрированных
HNO
3
и
царской
водке
,
взаимодействует
с
олеумом
:
Ti + 4H
2
S
2
O
7
= Ti(SO
4
)
2
+ 2SO
2
↑
+ 4H
2
SO
4
Zr
и
Hf
более
устойчивы
к
окислению
кислотами
,
не
реагируют
ни
с
одной
из
разбавленных
,
кроме
HF:
3
Э
+ 4HNO
3
+ 21HX = 3H
3
[
Э
X
7
] + 4NO
↑
+ 8H
2
O (
где
Э
= Zr, Hf)
Э
+ 7HF = H
3
[
Э
F
7
] + 2H
2
↑
Э
+ 5H
2
SO
4
= H
2
[
Э
(SO
4
)
3
] + 2SO
2
↑
+ 4H
2
O
Мелкодисперсный
титан
взаимодействует
с
концентрированными
растворами
щелочей
:
Ti + 2NaOH + H
2
O = Na
2
TiO
3
+ 2H
2
↑