8.4. Элементы vв подгруппы (подгруппа ванадия)

Подгруппа VB включает следующие элементы: ванадий - V, ниобий - Nb, тантал - Ta. Общая электронная формула: (n-1)d³ns². У ниобия наблюдается провал электрона с образованием конфигурации 4d⁴5s¹. Ванадий распространенный элемент, его кларк равен 0,006 мол.%. Основные минералы: патронит VS_2-2,5, алаит V₂O₃·H₂O, сульванит Cu₃VS₄, ванадинит Pb₅(VO₄)₃Cl. Ниобий и тантал - редкие и рассеянные элементы, обычно встречаются вместе, образуя минерал состава M⁺²(ЭО₃)₂, где M⁺² – Fe⁺² или Mn⁺². При преобладающем содержании ниобия минерал называется колумбит, при большем содержании тантала - танталат.

В виде простых веществ ванадий, ниобий и тантал - серые тугоплавкие металлы. Получают ванадий, ниобий и тантал металлотермическим способом из оксидов или комплексных фторидов:

Nb₂O₅ + 5Ca = 5CaO + 2Nb;

K₂[TaF₇] + 5Na = 2KF + 5NaF + Ta

Для технических целей обычно выплавляют феррованадий, феррониобий и ферротантал. Основной потребитель ванадия – черная металлургия, кроме того металлы используются при создании атомных реакторов. Ниобий и тантал представляют интерес как конструкционные материалы для особо агрессивных сред в химической промышленности.

Химические свойства. Ванадий, ниобий и тантал химически весьма инертны. При нагревании окисляются кислородом, фтором, хлором, азотом, углеродом:

4V + 5O₂ = 2V₂O₅; 2V + 5F₂ = 2VF₅; 2Nb + 5Cl₂ = 2NbCl₅

Ванадий при обычных условиях растворим в царской водке и концентрированной плавиковой кислоте. При нагревании реагирует с азотной и концентрированной серной кислотой. Ниобий и тантал растворяются лишь в смеси плавиковой и азотной кислоты с образованием анионных фторидных комплексов в высшей степени окисления:

3Ta + 5HNO₃ + 21HF = 3H₂[TaF₇] + 5NO + 10H₂O

В присутствии окислителей ванадий, ниобий и тантал растворяются в щелочах. Например:

4Nb + 5O₂ + 12KOH = 4K₃NbO₄ + 6H₂O

ниобат калия