Længde- og afstandsomformer Masseomformer Omformer af volumenmål for bulkprodukter og fødevarer Arealomformer Omformer af volumen og måleenheder i kulinariske opskrifter Temperaturomformer Omformer af tryk, mekanisk belastning, Youngs modul Omformer af energi og arbejde Omformer af kraft Kraftomformer Konverter af tid Lineær hastighedsomformer Flad vinkel Konverter termisk effektivitet og brændstofeffektivitet Konverter af tal i forskellige talsystemer Konverter af måleenheder for informationsmængde Valutakurser Dametøj og skostørrelser Herretøj og skostørrelser Vinkelhastigheds- og rotationsfrekvensomformer Accelerationsomformer Vinkelaccelerationskonverter Densitetsomformer Specifik volumenkonverter Inertimomentomformer Kraftmomentomformer Momentomformer Specifik forbrændingsvarmekonverter (efter masse) Energitæthed og specifik forbrændingsvarmekonverter (efter volumen) Temperaturforskelkonverter Termisk ekspansionskoefficient Termisk modstandsomformer Termisk ledningsevne konverter Specifik varmekapacitet konverter Energieksponering og termisk stråling effekt konverter Varmeflux densitet konverter Varmeoverførselskoefficient konverter Volume flow rate converter Mass flow rate converter Molar flow rate converter Mass flow density converter Molar Concentration Converter Massekoncentration i opløsning konverter Dynamisk (absolut) viskositetsomformer Kinematisk viskositetsomformer Overfladespændingsomformer Dampgennemtrængelighedsomformer Vanddampstrømtæthedsomformer Lydniveaukonverter Mikrofonfølsomhedsomformer Lydtryksniveau (SPL) Lydtryksniveaukonverter med valgbar referencetryk Luminanskonverter Lysintensitetsomformer Belysningsintensitetsomformer Computergrafik Opløsning og opløsning Bølgelængdekonverter Dioptrieffekt og brændvidde Dioptrieffekt og linseforstørrelse (×) Konverter elektrisk ladning Lineær ladningstæthed konverter Overfladeladningstæthed konverter Volume ladningstæthed konverter Elektrisk strømkonverter Lineær strømtæthed konverter Overfladestrømtæthed konverter Elektrisk feltstyrke konverter Elektrostatisk potentiale og spænding konverter Elektrisk modstandsomformer Elektrisk modstandsomformer Elektrisk ledningsevnekonverter Elektrisk ledningsevnekonverter Elektrisk kapacitans Induktansomformer American Wire Gauge Converter Niveauer i dBm (dBm eller dBm), dBV (dBV), watt mv. enheder Magnetomotiv kraftkonverter Magnetisk feltstyrkekonverter Magnetisk fluxkonverter Magnetisk induktionskonverter Stråling. Ioniserende stråling absorberet dosishastighedsomformer Radioaktivitet. Radioaktivt henfaldskonverter Stråling. Eksponeringsdosiskonverter Stråling. Absorberet dosis konverter Decimalpræfiks konverter Dataoverførsel Typografi og billedbehandlingsenhed konverter Trævolumen enhed konverter Beregning af molmasse D. I. Mendeleevs periodiske system over kemiske grundstoffer

Kemisk formel

Molær masse af VH, vanadium(I)hydrid 51.94944 g/mol

Massefraktioner af grundstoffer i forbindelsen

Brug af Molar Mass Calculator

• Kemiske formler skal indtastes med store og små bogstaver
• Abonnementer indtastes som almindelige tal
• Punktet på midterlinjen (multiplikationstegn), der f.eks. bruges i formlerne for krystallinske hydrater, erstattes af et regulært punkt.
• Eksempel: I stedet for CuSO₄·5H₂O i konverteren bruges stavemåden CuSO4.5H2O for at lette indtastningen.

Kinematisk viskositet

Molar masseberegner

Muldvarp

Alle stoffer er opbygget af atomer og molekyler. I kemi er det vigtigt nøjagtigt at måle massen af ​​stoffer, der reagerer og produceres som et resultat. Per definition er muldvarpen SI-enheden for mængden af ​​et stof. En muldvarp indeholder præcis 6,02214076×10²³ elementarpartikler. Denne værdi er numerisk lig med Avogadros konstant N A, når den udtrykkes i enheder af mol⁻¹ og kaldes Avogadros tal. Mængde af stof (symbol n) af et system er et mål for antallet af strukturelle elementer. Et strukturelt element kan være et atom, molekyle, ion, elektron eller en hvilken som helst partikel eller gruppe af partikler.

Avogadros konstant N A = 6,02214076×10²³ mol⁻¹. Avogadros nummer er 6.02214076×10²³.

Med andre ord er en mol en mængde stof lig med summen af ​​atommasserne af atomer og molekyler af stoffet ganget med Avogadros tal. Et stofs mængdeenhed, muldvarpen, er en af ​​de syv grundlæggende SI-enheder og symboliseres af muldvarpen. Da navnet på enheden og dens symbol er det samme, skal det bemærkes, at symbolet ikke afvises, i modsætning til navnet på enheden, som kan afvises i henhold til de sædvanlige regler for det russiske sprog. Et mol ren kulstof-12 er lig med nøjagtigt 12 g.

Molar masse

Molær masse er en fysisk egenskab ved et stof, defineret som forholdet mellem massen af ​​dette stof og mængden af ​​stof i mol. Med andre ord er dette massen af ​​et mol af et stof. SI-enheden for molær masse er kilogram/mol (kg/mol). Men kemikere er vant til at bruge den mere bekvemme enhed g/mol.

molær masse = g/mol

Molær masse af grundstoffer og forbindelser

Forbindelser er stoffer, der består af forskellige atomer, der er kemisk bundet til hinanden. For eksempel er følgende stoffer, som kan findes i enhver husmors køkken, kemiske forbindelser:

• salt (natriumchlorid) NaCl
• sukker (saccharose) C₁₂H₂₂O11
• eddike (eddikesyreopløsning) CH₃COOH

Molmassen af ​​et kemisk grundstof i gram pr. mol er numerisk den samme som massen af ​​grundstoffets atomer udtrykt i atommasseenheder (eller dalton). Molmassen af ​​forbindelser er lig med summen af ​​molmasserne af de grundstoffer, der udgør forbindelsen, under hensyntagen til antallet af atomer i forbindelsen. For eksempel er den molære masse af vand (H2O) ca. 1 × 2 + 16 = 18 g/mol.

Molekylmasse

Molekylmasse (det gamle navn er molekylvægt) er massen af ​​et molekyle, beregnet som summen af ​​masserne af hvert atom, der udgør molekylet, ganget med antallet af atomer i dette molekyle. Molekylvægt er dimensionsløs en fysisk størrelse numerisk lig med molær masse. Det vil sige, at molekylær masse adskiller sig fra molær masse i dimension. Selvom molekylær masse er dimensionsløs, har den stadig en værdi kaldet atommasseenheden (amu) eller dalton (Da), som er omtrent lig med massen af ​​en proton eller neutron. Atommasseenheden er også numerisk lig med 1 g/mol.

Beregning af molær masse

Molær masse beregnes som følger:

• bestemme grundstoffernes atommasse i henhold til det periodiske system;
• bestemme antallet af atomer af hvert grundstof i forbindelsesformlen;
• bestemme molmassen ved at lægge atommasserne af de grundstoffer, der indgår i forbindelsen, ganget med deres antal.

Lad os for eksempel beregne den molære masse af eddikesyre

Den består af:

• to carbonatomer
• fire brintatomer
• to oxygenatomer

• kulstof C = 2 × 12,0107 g/mol = 24,0214 g/mol
• hydrogen H = 4 × 1,00794 g/mol = 4,03176 g/mol
• oxygen O = 2 × 15,9994 g/mol = 31,9988 g/mol
• molmasse = 24,0214 + 4,03176 + 31,9988 = 60,05196 g/mol

Vores lommeregner udfører præcis denne beregning. Du kan indtaste eddikesyreformlen i den og kontrollere, hvad der sker.

Har du svært ved at oversætte måleenheder fra et sprog til et andet? Kolleger står klar til at hjælpe dig. Stil et spørgsmål i TCTerms og inden for et par minutter vil du modtage et svar.

De molekylære konstanter, der bruges til at beregne de termodynamiske VH-funktioner, er præsenteret.

Symmetrien af ​​grundtilstanden VH, vibrations- og rotationskonstanter er ikke blevet eksperimentelt bestemt. Kvantemekaniske beregninger af molekylet [74SCO/RIC, 75HEN/DAS, 81DAS, 83WAL/BAU, 86CHO/LAN, 96FUJ/IWA, 97BAR/ADA, 2004KOS/ISH, 2006FUR]/8GOE, 20MAS0 på 5 Δ, ligevægtsinternuklear afstand i området 1,677 – 1,79 Å, værdier af vibrationskonstanten i området 1550 – 1659 cm -1.

For at beregne termodynamiske funktioner skal de gennemsnitlige værdier af w e og r e baseret på resultaterne af kvantemekaniske beregninger. Konstanter B e, w e x e, D e og a 1 beregnes yderligere ved hjælp af henholdsvis formlerne 1,38, 1,67, 1,68 og 1,69. I tabel V.D1 grundtilstandskonstanter er givet mod den nederste Ω-komponent x 5 Δ 0 . Energi af spin-kredsløbskomponenter x 5 Δ beregnet i [2004KOS/ISH], i tabel. V.D1 giver gennemsnitsværdier for to beregningsmuligheder [2004KOS/ISH].

Exciterede tilstande VH blev beregnet i [74SCO/RIC, 75HEN/DAS, 81DAS, 83WAL/BAU, 96FUJ/IWA, 2004KOS/ISH, 2008GOE/MAS]. De opnåede energier fra kvintettilstandene har en mærkbar spredning: 5 Π (753 – 2260 cm -1), 5 Σ – (1694 – 4762 cm -1), 5 Φ (2629 – 5816 cm -1). I tabel V.D1 viser de afrundede gennemsnitsværdier af energierne i disse tre tilstande. Energierne af lavtliggende triplettilstande blev beregnet i [75HEN/DAS, 2004KOS/ISH, 2008GOE/MAS]. Resultaterne af [75HEN/DAS, 2004KOS/ISH] ligger tæt på hinanden, mens beregningen af ​​[2008GOE/MAS] giver en væsentlig lavere energi for den nedre triplettilstand. I tabel V.D1, energierne af triplettilstande tages baseret på grafen over potentielle kurver [2004KOS/ISH].

Beregningen af ​​termodynamiske funktioner omfattede: a) grundtilstand x 5A0; b) andre komponenter i spin-orbit-opdeling x 5 Δ, som separate Ω-tilstande; c) lavtliggende kvintet- og triplettilstande opnået i kvantemekaniske beregninger; d) syntetiske (estimerede) tilstande, der kombinerer andre exciterede tilstande af molekylet med en estimeret energi på op til 40.000 cm -1.

De statistiske vægte af de syntetiske tilstande estimeres ved hjælp af den V + H - ioniske model. Molekylets nedre kvintettilstande svarer til spaltningskomponenterne i hovedleddet for ionen V + 5 D(3d 4) (5 Δ, 5 Π, 5 Σ +) og det første exciterede led 5 F(3d 3 4s) (5 Φ, 5 Δ, 5 Π, 5 Σ –), dog kan de relative positioner af termer af forskellige konfigurationer ændre sig i ligandfeltet. Ved kvantemekaniske beregninger af molekylet blev der opnået kvintetlavtliggende tilstande 5 Φ, 5 Δ, 5 Π, 5 Σ –, hvoraf 5 Φ og 5 Σ – bestemt kan henføres til udtrykket 5 F(3d 3 4s) . Energiforskellen 5 Φ og 5 Σ karakteriserer størrelsen af ​​spaltningen af ​​5 F(3d 3 4s)-leddet i ligandfeltet. Tilstandene 5 Δ og 5 Π falder ikke ind i intervallet mellem 5 Φ og 5 Σ - på grund af frastødning med det andet par af tilstande 5 Δ og 5 Π, relateret til udtrykket 5 D(3d 4). Den uforstyrrede komponent af spaltningen af ​​5 D(3d 4)-leddet er 5 Σ +-tilstanden, hvis energi er estimeret til 5000 cm -1 (den første syntetiske tilstand i tabel V.E1). Det andet par af tilstande 5 Δ og 5 Π er inkluderet i (danner) den syntetiske tilstand 10000 cm -1. De lavtliggende triplettilstande 3 Φ, 3 Δ, 3 Π, 3 Σ opnået i kvantemekaniske beregninger kan fortolkes som komponenter i opdelingen af ​​3 F(3d 3 4s)-leddet. Andre led i 3d 4 og 3d 3 4s konfigurationerne giver højere liggende tilstande, deres statistiske vægte er fordelt mellem de syntetiske tilstande i overensstemmelse med energien af ​​termerne i [71MOO] ionen plus en korrektion for energien af ​​det lavere konfigurationsled i molekylet. Korrektionen for 5 D(3d 4) er estimeret til 5500 cm -1 (~ energi 5 Σ + plus halvdelen af ​​den forventede værdi af udtrykket opsplitning) og for 5 F(3d 3 4s) ved 4000 cm -1 (gennemsnitlig energi af tilstande 5 Φ, 5 Σ –). Syntetiske tilstande 20000 cm -1 og højere inkluderer også statistisk vægtning af termer i 3d 3 4p-konfigurationen. De nedre tilstande af denne konfiguration er placeret i området 21000 cm-1 i overensstemmelse med den formodede fortolkning af VH-absorptionsspektret observeret i [73SMI].

Termodynamiske funktioner VH(g) blev beregnet ved hjælp af ligningerne (1,3) - (1,6), (1,9), (1,10), (1,93) - (1,95). Værdier Q int og dets derivater blev beregnet ved hjælp af ligningerne (1,90) - (1,92) under hensyntagen til nitten exciterede tilstande under den antagelse, at Q kol.vr ( jeg) = (pi/p X) Q kol.vr ( x). Statens vibrations-roterende skillevægsfunktion x 5 Δ 0 og dets derivater blev beregnet ved hjælp af ligningerne (1,70) - (1,75) ved direkte summering over energiniveauer. Beregningerne tog højde for alle energiniveauer med værdier J< J max,v, hvor J max,v blev fundet ud fra betingelser (1,81). Vibrations-rotationsniveauer i staten x 5 Δ 0 blev beregnet ved hjælp af ligninger (1,65), værdierne af koefficienterne Y kl i disse ligninger blev beregnet ved hjælp af relationer (1.66) for den isotopiske modifikation svarende til den naturlige blanding af vanadium- og hydrogenisotoper ud fra molekylekonstanterne 51 V 1 H angivet i tabel V.E1. Koefficientværdier Y kl , samt mængderne v max og J lim er angivet i tabel V.D2.

Ved stuetemperatur blev følgende værdier opnået:

C p o (298,15 K) = 32,256 ± 3,02 J × K -1 × mol -1

S o (298,15 K) = 215,030 ± 1,67 J× K‑1 × mol‑1

H o (298,15 K)- H o (0) = 9,832 ± 0,346 kJ× mol ‑1

Hovedbidraget til fejlen af ​​de beregnede termodynamiske funktioner VH(r) over hele temperaturområdet kommer fra usikkerheden af ​​energierne i lavtliggende elektroniske tilstande. I fejl Φº( T) et sammenligneligt bidrag ydes også af unøjagtigheden af ​​rotations- og vibrationskonstanter. Ved 3000 og 6000 K, et væsentligt bidrag til fejlen i funktioner (i C p o allerede ved 1000 K) introducerer beregningsmetoden. Fejl i værdierne af Φº( T) kl T= 298,15, 1000, 3000 og 6000 K er estimeret til at være henholdsvis 0,7, 1,6, 1,2 og 1,2 J×K‑1×mol‑1.

Andre beregninger af de termodynamiske funktioner VH(r) blev ikke fundet i litteraturen.

Termokemiske mængder for VH(g).

Ligevægtskonstanten for reaktionen VH(g)=V(g)+H(g) blev beregnet ud fra den accepterede værdi af dissociationsenergien

D° 0 (VH) = 182 ± 23 kJ × mol -1 = 15200 ± 1900 cm-1.

Vanadium har et kropscentreret kubisk gitter med en periode a=3,0282A. I sin rene tilstand er vanadium formbart og kan nemt bearbejdes ved tryk. Densitet 6,11 g/cm3; smeltetemperatur 1900 ° С, kogetemperatur 3400 ° С; specifik varmekapacitet (ved 20-100°C) 0,120 cal/g grader; termisk lineær ekspansionskoefficient (ved 20-1000°C) 10,6·10-6 grader-1; elektrisk resistivitet ved 20°C 24,8·10-8 ohm·m (24,8·10-6 ohm·cm); Under 4,5 K går vanadium i en tilstand af superledning. Mekaniske egenskaber af højrent vanadium efter udglødning: elasticitetsmodul 135,25 n/m2 (13520 kgf/mm2), trækstyrke 120 mn/m2 (12 kgf/mm2), forlængelse 17%, Brinell hårdhed 700 mn/m 2 (70 kgf/) mm 2). Gasurenheder reducerer kraftigt duktiliteten af ​​vanadium og øger dets hårdhed og skrøbelighed.

1. Vanadiums kemiske egenskaber

Vanadium ændrer sig ikke i luften, det er modstandsdygtigt over for vand, opløsninger af mineralsalte og alkalier. De eneste syrer, der virker på det, er dem, der også er oxidationsmidler. I kulden påvirker fortyndet salpeter- og svovlsyre det ikke. Tilsyneladende er der dannet en tynd oxidfilm på overfladen af ​​metallet, hvilket forhindrer yderligere oxidation af metallet. For at få vanadium til at reagere intenst, skal det opvarmes. Ved 600-700°C sker der en intens oxidation af det kompakte metal, og i fint knust tilstand går det i reaktioner ved lavere temperatur.

Ved direkte vekselvirkning af grundstoffer ved opvarmning kan sulfider, carbider, nitrider, arsenider og silicider opnås. For teknologien er gul-bronzenitrid VN (t pl = 2050°C), modstandsdygtig over for vand og syrer, samt højhårdhed VC-carbid (t pl = 2800°C) vigtige.

Vanadium er meget følsomt over for gasurenheder (O 2, N 2, H 2), som dramatisk ændrer dets egenskaber, selvom det er til stede i de mindste mængder. Derfor kan du allerede nu finde forskellige smeltepunkter for vanadium i forskellige opslagsbøger. Forurenet vanadium, afhængigt af renheden og metoden til opnåelse af metallet, kan smelte i området fra 1700 til 1900 ° C. Med en renhed på 99,8 - 99,9% er dens massefylde 6,11 g/cm3 ved 20°C, smeltepunktet er 1919°C, og kogepunktet er 3400°C.

Metallet er usædvanligt modstandsdygtigt i både organiske og mest uorganiske aggressive miljøer. Med hensyn til modstandsdygtighed over for HC1, HBr og kold svovlsyre er den betydeligt overlegen i forhold til titanium og rustfrit stål. Det danner ikke forbindelser med halogener, med undtagelse af den mest aggressive af dem - fluor. Med fluor giver det VF 5 krystaller, farveløse, sublimerende uden at blive til væske ved 111°C. En atmosfære af kuldioxid har en meget svagere virkning på metallisk vanadium end på dets analoger - niobium og tantal. Det er meget modstandsdygtigt over for smeltede metaller, så det kan bruges i atomreaktordesign, hvor smeltede metaller bruges som kølemidler. Vanadium ruster ikke i hverken fersk- eller havvand eller i alkaliske opløsninger.

Af syrerne er det påvirket af koncentrerede svovl- og salpetersyrer, flussyrer og blandinger deraf.

Et særligt træk ved vanadium er dets høje opløselighed af brint. Som et resultat af denne interaktion dannes der faste opløsninger og hydrider. Den mest sandsynlige form for eksistens af hydrider er metalliske forbindelser med elektronisk ledningsevne. De kan ganske let gå ind i en tilstand af superledning. Vanadiumhydrider kan danne opløsninger med nogle faste eller flydende metaller, hvor opløseligheden af ​​brint øges.

Vanadiumcarbider er af uafhængig interesse, da deres kvaliteter giver et materiale med meget værdifulde egenskaber for moderne teknologi. De er usædvanlig hårde, ildfaste og har god elektrisk ledningsevne. Vanadium er endda i stand til at fortrænge andre metaller fra deres carbider for at danne dets carbider:

3V + Fe3С = V 3 С + 3Fe

En række vanadiumforbindelser med kulstof er kendt:

V3C; V2C; V.C.; V3C2; V 4 C 3

Med de fleste medlemmer af hovedundergruppen producerer Vanadium både binære forbindelser (dvs. bestående af kun to elementer) og mere komplekse sammensætninger. Nitrider dannes ved interaktion af metalpulver eller dets oxider med ammoniakgas:

6V + 2NН 3 = 2V 3 N + 3Н 2

V 2 O 2 + 2NH 3 = 2VN + 2H 2 O + H 2

Til halvlederteknologi er phosphiderne V 3 P, V 2 P, VP, VP 2 og arseniderne V 3 As, VA'er af interesse.

Vanadiums kompleksdannende egenskaber manifesteres i dannelsen af ​​forbindelser med kompleks sammensætning, såsom phosphor-vanadinsyre H 7 PV 12 O 36 eller H 7 [P(V 2 O 6) 6].

Vanadium er mere almindeligt i jordskorpen end Cu, Zr, Pb, men dets forbindelser findes sjældent i form af store aflejringer. Vanadium er dispergeret i forskellige silikat- og sulfidmalme. Dens vigtigste mineraler patroniserer VS 2-2,5, sulvanit Cu 3 VS 4, Alait V2O3×H2O, vanadinit Pb 5 (VO 4) 3 Cl. Niob og tantal findes næsten altid sammen, oftest i sammensætningen af ​​niobat-tantalatmineraler af sammensætningen M + 2 E 2 O 6 (M = Fe, Mn). Ved overvægt af tantal kaldes mineralet M +2 (TaO 3) 2 tantalate, med en overvægt af niobium columbite M(NbO3) 2.

Simple stoffer. I form af simple stoffer V, Nb og Ta er grå ildfaste metaller med et kropscentreret kubisk gitter. Nogle af deres konstanter er angivet nedenfor:

De fysisk-kemiske egenskaber af vanadium, niobium og tantal afhænger væsentligt af deres renhed. For eksempel er rene metaller smedbare, mens urenheder (især O, H, N og C) i høj grad forringer duktiliteten og øger metallernes hårdhed.

Under normale forhold er V og især Nb og Ta karakteriseret ved høj kemisk resistens. Vanadium i kulden opløses kun i aqua regia og koncentreret HF, og ved opvarmning i HNO 3 og koncentreret H 2 SO 4. Niobium og tantal opløses kun i flussyre og en blanding af flussyre og salpetersyre med dannelse af anioniske fluorkomplekser svarende til deres højeste oxidationstilstand:

3Ta0 + 5HNO3 + 2IНF = 3H2 [Ta +5 F7] + 5NO + 10H2O

Vanadium, niobium og tantal interagerer også, når de legeres med alkalier i nærvær af oxidationsmidler, dvs. under forhold, der fremmer dannelsen af ​​anioniske oxokomplekser svarende til deres højeste oxidationstilstand:

4E 0 + 5O 2 + 12KON ===== 4K 3 [E +5 O 4 ] + 6H 2 O

c smeltning

Ved opvarmning oxideres metaller af oxygen til E 2 O 5 og af fluor til EF 5. Ved høje temperaturer reagerer de også med klor, nitrogen, kulstof osv.

For at opnå vanadium, niobium og tantal omdannes deres naturlige forbindelser først til oxider eller til simple eller komplekse halogenider, som derefter reduceres ved den metallotermiske metode

E205 + 5Ca = 5CaO + 2E

K2 [EF7] + 5Na = 2KF + 5NaF + E

Tantal opnås også ved elektrolyse af Ta 2 O 5 i smeltede komplekse fluorider K 2 [TaF 7 ].

På grund af de lignende egenskaber af niobium og tantal giver deres adskillelse fra hinanden betydelige vanskeligheder. Særligt rene metaller opnås ved termisk nedbrydning af iodider. Til tekniske formål smeltes det normalt ferrovanadium, ferroniob Og ferrotantalum.

Den største forbruger af vanadium er jernmetallurgi. De værdifulde fysisk-kemiske egenskaber af V, Nb og Ta gør det muligt at bruge dem til at skabe atomreaktorer. Niobium og i endnu højere grad tantal er interessante som konstruktionsmaterialer til særligt aggressive miljøer i den kemiske industri.

Forbindelser af grundstoffer i vanadium-undergruppen

Metal og metallignende forbindelser. Pulveriseret V, Nb og Ta adsorberer betydelige mængder brint, oxygen og nitrogen og danner interstitielle faste opløsninger. I dette tilfælde går ikke-metaller ind i atomtilstanden, og deres elektroner deltager i konstruktionen d-zoner af metalkrystallen. Ved opvarmning øges opløseligheden af ​​ikke-metaller; Samtidig ændres karakteren af ​​den kemiske binding og egenskaberne af de dannede forbindelser. Under dannelsen af ​​oxider fortsætter den gradvise oxidation af niobium (såvel som V og Ta) med oxygen gennem følgende trin:

Nb + О ® Nb-О ® Nb 6 O ® Nb 2 O ® NbO ® NbО 2 ® Nb 2 О 5

fast opløsning

Med hensyn til egenskaber er Nb 6 O og Nb 2 O typiske metalforbindelser; NbO (grå) er en forbindelse med variabel sammensætning (NbO 0,94-1,04) med en metallisk glans og metallisk ledningsevne. NbO 2 dioxid (sort) har også en variabel sammensætning (NbO 0,19-2,09), men er allerede en halvleder. Og endelig har Nb 2 O 5 en mere eller mindre konstant sammensætning og har ikke elektronisk ledningsevne. Efterhånden som oxygenindholdet stiger, falder andelen af ​​metalbindinger gradvist, og andelen af ​​kovalente bindinger stiger, hvilket medfører en ændring i oxidernes egenskaber.

Vanadiumhydrider og dets analoger EN– skøre metallignende pulvere af grå eller sort farve, har en variabel sammensætning. Hydrider er kemisk stabile og interagerer ikke med vand og fortyndede syrer.

De har også høj korrosionsbestandighed nitrider(EN, Nb2N, Ta2N), karbider(ES, E2S), borider(EV, EV 2, E 3 V 4), en række andre forbindelser af vanadium og dets analoger med inaktive ikke-metaller.

Vanadium, niobium og tantal danner metalliske faste opløsninger indbyrdes og med metaller tæt på dem i det periodiske system (undergrupper af jern, titanium og krom). Efterhånden som forskellene i den elektroniske struktur af interagerende metaller øges, falder muligheden for dannelse af faste opløsninger og muligheden for dannelse af intermetalliske forbindelser, for eksempel, såsom Co 3 V, Fe 3 V, Ni 3 V, Al 3 V osv. stiger.

Intermetalliske forbindelser af vanadium og dets analoger giver værdifulde fysisk-kemiske egenskaber til legeringer. Således øger vanadium dramatisk stålets styrke, sejhed og slidstyrke. Niobium giver stål øget korrosionsbestandighed og varmebestandighed. I denne henseende bruges det meste af det udvundne vanadium og niobium i metallurgi til produktion af værktøj og konstruktionsstål.

Af stor interesse er legeringer baseret på carbider, nitrider, borider og silicider af niobium og tantal, karakteriseret ved enestående hårdhed, kemisk inerthed og varmebestandighed.

Forbindelser V (II), Nb (II), Ta (II). Af de derivater, hvori elementer i vanadium-undergruppen udviser en oxidationstilstand på +2, er vanadiumforbindelser relativt mere stabile. Koordinationstallet for vanadium (II) er 6, hvilket svarer til den oktaedriske struktur af dets komplekser (strukturelle enheder) i forbindelser.

Vanadium(P)oxid VO (UO 0,9 -VO 1,3) har et krystalgitter af NaCl-typen. Den er sort i farven, har en metallisk glans og relativt høj elektrisk ledningsevne. VO opnås ved reduktion af V 2 O 5 i en strøm af hydrogen. VO reagerer ikke med vand, men som en basisk forbindelse reagerer den ret let med fortyndede syrer:

VO + 2OH3+ + 3H2O = 2+

2+ ionen er lilla. Krystalhydrater har samme farve, for eksempel M +1 2 SO 4 × VSO 4 × 6H 2 O, VSO 4 × 7H 2 O, VСl 2 × 6H 2 O.

Forbindelser V (II) er stærke reduktionsmidler. Violette opløsninger af 2+ derivater oxideres ret let til 3+ og deres farve bliver grøn. I fravær af oxidationsmidler (for eksempel atmosfærisk oxygen) nedbryder opløsninger af V(II)-forbindelser gradvist jævnt vand og frigiver brint.

Derivater Nb (II) og Ta (II) tilhører klyngetype forbindelser.

Forbindelser V (III), Nb (III), Ta (III). Koordinationstallet for vanadium (III) er 6. Strukturen af ​​forbindelser V (III) svarer til lignende derivater Al (IP). Sort vanadium(III)oxid V 2 O 3 har et krystalgitter af korundtypen a-A1 2 O 3; dens sammensætning er variabel VO 1,60-1,80. Fra alkaliske opløsninger af forbindelser V (III) frigives grønt hydroxid V(OH) 3 med variabel sammensætning V 2 O×nH 2 O Disse forbindelser er amfotere, men med en overvægt af basiske egenskaber. Således opløses V 2 O 3 og V 2 O 3 × nH 2 O i syrer:

V2O3 + 6OH3+ + 3H2O = 23+

De resulterende 3+ aqua-komplekser og krystalhydraterne VСl 3 × 6H 2 O og VI 3 × 6H 2 O fremstillet af dem er grønne i farven. Vanadiumalun M +1 × 12H 2 O har en lilla farve, som ved opløsning giver grønne opløsninger.

Vanadiumtrihalogenider VHal 3 er krystallinske stoffer. VСl 3 trichlorid har en lagdelt struktur. Med de tilsvarende basiske halogenider VHal 3 danner de halogenidvanadater - derivater af 3- og 3-ioner:

3KF + VF3 = K3; EXl + 2VСl 3 = K 3

Vanadium (III) derivater er stærke reduktionsmidler i opløsninger, de oxideres ret let af atmosfærisk oxygen til V (IV) derivater. Ved opvarmning er trihalogenider ude af proportioner:

2VСl 3 (t) = VСl 2 (t) + VСl 4 (g)

Denne reaktion er endoterm, og dens forekomst skyldes entropifaktoren (på grund af dannelsen af ​​flygtig VСl 4).

Derivater af Nb (PI) og Ta (III) tilhører hovedsageligt forbindelser af klyngetype.

Forbindelser V (IV), Nb (IV), Ta (IV). Under normale forhold, oxidationstilstanden +4 er mest typisk for vanadium. V(III)-forbindelser oxideres ret let til V(IV)-derivater af molekylært oxygen, og V(V)-forbindelser reduceres til V(IV)-derivater. Det mest stabile koordinationstal for vanadium (IV) er 6, og koordinationstal 4 og 5 er også stabile.

Af V (IV) derivaterne kendes blå VO 2 (VO 1,8-2,17), brun VF 4 og rødbrun flydende VСl 4, samt oxohalider såsom VОНal 2. VO-dioxid dannes under omhyggelig reduktion af V 2 O 5 med brint og VСl 4 under oxidation af vanadium (eller ferrovanadium) med klor eller interaktionen af ​​varm V 2 O 5 med CCl 4.

Dioxidet har et krystalgitter af rutil TiO 2-typen. VСl 4-molekylet har ligesom TiСl 4 en tetraedrisk form.

Sammenlignet med lignende derivater V (II) og V (IP), udviser binære forbindelser V (IV) sure egenskaber mere tydeligt. Således reagerer VO2, som er uopløseligt i vand, relativt let med alkalier ved opvarmning. I dette tilfælde dannes brune oxovanadater (IV), oftest af sammensætning M2:

4VO 2 + 2KON = K 2 + H 2 O

VO 2 opløses endnu nemmere i syrer. I dette tilfælde dannes der ikke simple aqua-komplekser V 4+, men aqua-derivater oxovanadyl VO 2+, karakteriseret ved en lyseblå farve: VO 2 + 2H + + 4H 2 O = 2+

Oxovanadylgruppen VO 2+ er meget stabil, da VO-bindingen er tæt på det dobbelte:

Den interatomiske afstand d VO i vanadylgruppen er 0,167 nm, mens afstanden d V - OH 2 = 0,23 nm.

VO 2+-gruppen forbliver uændret under forskellige reaktioner; afhængigt af arten af ​​liganderne kan det være en del af både kationiske eller anioniske komplekser og neutrale molekyler.

Interaktionen mellem VHal 4 og basiske halogenider er ikke typisk, men derivater af anioniske oxovanadylkomplekser af typen K 2, (NH 4) 3 er meget typiske for V (IV).

Vanadiumtetrahalogenider hydrolyseres let. Så i vand bliver VСl 4 øjeblikkeligt til VOСl 2 (vanadyldichlorid):

VCI4 + H2O = VOCI2 + 2HCl

For niobium og tantal er dioxiderne EO 2, tetrahalogenider ENAl4, oxodihalogenider EOAl 2 kendte. Det antages, at disse forbindelser udviser en metal-metal-binding, dvs. de tilhører klynger.

Den karakteristiske tendens for niobium og tantal til at bruge alle deres valenselektroner i dannelsen af ​​en kemisk binding opnås normalt gennem deres overgang til den højeste oxidationstilstand +5. Ved lave oxidationstilstande opstår denne tendens på grund af dannelsen af ​​M-M-bindinger.

Forbindelser V (V), Nb (V), Ta (V). I serierne V (V) - Nb (V) - Ta (V) øges stabiliteten af ​​forbindelserne. Dette fremgår især af en sammenligning af Gibbs-energierne til dannelse af forbindelser af samme type, for eksempel:

For vanadium (V) kendes kun oxid V 2 O 5 og fluorid VF 5, mens for niob (V) og tantal (V) kendes alle andre halogenider EHal 5, for E (V) desuden oxohalider af EONal. type er karakteristisk 3. Alle disse forbindelser er typisk sure. Nogle tilsvarende anioniske komplekser er givet nedenfor:

For V (V) er de mest typiske koordinationstal 4 og 6, og for Nb (V) og Ta (V) 6 og 7. Derudover er der forbindelser, hvori koordinationstallet for Nb (V) og Ta ( V) når 8.

Oxider rød V 2 O 5 (T smp. 670 ° C), hvid Nb 2 O 5 (T smeltepunkt 1490 ° C) og Ta 2 O 5 (T smeltepunkt 1870 ° C) er ildfaste krystallinske stoffer. Den strukturelle enhed af E 2 O 5 er oktaederet EO 6 . (I tilfældet med V 2 O 5 er VO 6-oktaederet meget forvrænget - næsten en trigonal bipyramide med et ekstra oxygenatom fjernet.) Oxider har høj varme og Gibbs dannelsesenergier. På grund af lanthanidkompression er værdierne af DH 0 f og DG o f for Nb 2 O 5 og Ta 2 O 5 desuden tæt på og mærkbart forskellige fra værdierne for V 2 O 5 .

Vanadium(V)oxid opnås ved termisk nedbrydning af NH 4 VO 3:

NH4VO3 = V2O5 + 2H3N + H2O

Det er meget dårligt opløseligt i vand (~0,007 g/l ved 25°C), danner en lysegul sur opløsning; Det opløses ret let i alkalier, og i syrer kun ved langvarig opvarmning. Oxiderne Nb (V) og Ta (V) er kemisk inaktive, praktisk talt uopløselige i vand og syrer og reagerer kun med alkalier ved fusion:

E2O5 + 2KON = 2KEO5 + H2O

Oxovanadater (V), oxoniobater (V) og oxotantalater (V) er krystallinske forbindelser med kompleks sammensætning og struktur. Deres mangfoldighed og kompleksitet af sammensætning kan bedømmes ud fra arten af ​​de tilsvarende fusionsdiagrammer (for eksempel fig. 2). De enkleste forbindelser i sammensætningen er M +1 EO 3 og M +1 3 EO 4. For det meste er oxovanadater (V) og især oxoniobater (V) og oxotantalat (V) polymere forbindelser.

Syrer, der virker på opløsninger af oxovanadater, forårsager polymerisation af vanadationer indtil dannelsen af ​​et bundfald af hydratiseret oxid V 2 O 5 × nH 2 O. Ændringen i sammensætningen af ​​vanadat-ioner er ledsaget af en ændring i farve fra næsten farveløs VO 4 3- til orange V 2 O 5 × nH 2 O.

Pentagalider ENAl 5 har en ø-struktur, så de er smeltelige, flygtige, opløselige i organiske opløsningsmidler og kemisk aktive. Fluorider er farveløse, de resterende halogenider er farvede.

Krystaller af NbF 5 (T pl. 80 ° C, T b. 235 ° C) og TaF 5 (T pl. 95 ° C, T b. 229 ° C) består af tetramere molekyler (EF 5) 4 og ESl 5 og EVr 5 (T pl. og T koger. ca. 200-300 ° C) - fra dimere molekyler (ENAl 5) 2:

VF 5 er en tyktflydende væske (T pl. 19,5 ° C), der i struktur ligner SbF 5. Da de er sure forbindelser, hydrolyserer pentahalider let og danner amorfe bundfald af hydrerede oxider:

2ENAl5 + 5H2O = E2O5 + 10HHal

Pentafluorider samt Nb- og Ta-pentachlorider reagerer desuden med de tilsvarende basiske halogenider til dannelse af anioniske komplekser [EF 6 ] - og i tilfælde af Nb (V) og Ta (V) desuden [EF 7 ] 2-, [EF 8] 3- og [ESl 6] -, for eksempel:

KF + VF 5 = K

2KF + TaF 5 = K 2 [TaF 7]

Oxohalogenider EONal 3 er normalt faste stoffer, for det meste flygtige, og VOCl 3 er en væske (smeltetemperatur - 77 o C, kogetemperatur 127 o C).

VOCl 3-molekylet har form som et forvrænget tetraeder med et vanadiumatom i midten:

I NbOCl 3-gitteret er de Nb 2 Cl 6-dimere grupper forbundet gennem Nb-O-Nb-broer, der danner endeløse kæder af NbO 2 Cl 4-octaedre.

Oxohalogenider hydrolyseres let for at danne hydrerede oxider E 2 O 5 × nH 2 O og HHal

2EONal3 + 3H2O = E2O5 + 6HNal

og interagerer med basiske halogenider for at danne anioniske komplekser af sammensætning 2-, og for NB (V) og Ta (V) desuden [EOCl 4] -, [EONal 5 I 2-, [EOF 6] 3- ( Нl = F, Cl), for eksempel:

2KF + VOF 3 = K 2

3КF + NbОF 3 = К 3

Ved vekselvirkning med vandige opløsninger indeholdende KF og HF giver Nb 2 O 5 K 2, og Ta 2 O 5 danner K 2 [TaF 7]:

Nb 2 O 5 + 4КF + 6НF = 2К 2 + 3Н 2 O

Ta 2 O 5 + 4КF + 10НF = 2К 2 [ТаF 7 ] + 5Н 2 O

En af metoderne til at adskille niobium og tantal er baseret på forskellen i opløselighed af K 2 [TaF 7 ] og K 2.

Vanadium (V) og dets analoger er karakteriseret ved peroxokomplekser såsom gul 3-, blå-violet 3- og farveløs 3- og [Ta(O 2) 4] 3-. Strukturen af ​​[E(O 2) 4 ] 3- er et dodekaeder.

Peroxovanadater, peroxoniobater og peroxotantalater dannes ved indvirkning af hydrogenperoxid og de tilsvarende forbindelser E (M) i et alkalisk miljø. For eksempel:

I fast tilstand er disse forbindelser stabile, når de udsættes for syrer, nedbrydes peroxovanadater, og peroxoniobater og peroxotantalater omdannes til de tilsvarende peroxosyrer i sammensætningen NEO 4.

Vanadium (V) derivater udviser oxiderende egenskaber i et surt miljø, for eksempel oxiderer de koncentreret saltsyre:

For at omdanne niobium (V) og især tantal (V) til lavere oxidationstilstande kræves energiske reduktionsmidler og opvarmning.

Vanadiumforbindelser bruges i den kemiske industri som katalysatorer (produktion af svovlsyre), og bruges også i glas- og andre industrier.