Anorganická chemie/5. skupina

5. skupina obsahuje prvky vanad, niob, tantal a dubnium.

Charakteristika skupiny editovat

Vanad Niob Tantal
Elektronová konfigurace 3d3 4s2 4d4 5s1 4f14 5d3 6s2
Počet stabilních izotopů 2 1 2
Tv [°C] 3407 4744 5458
Tt [°C] 1910 2477 3017
Rok objevu 1831 1801 1802
Vzhled modrostříbrný
 
šedý
 
šedomodrý
 

Dubnium je umělý prvek s protonovým číslem 105, značka Db. Poprvé byl připraven roku 1968 v Dubně, po tomto městě je i pojmenován.[1] Příprava byla založena ostřelování terče z americia ionty neonu:[2]

 243
95
 Am +  10
22
 Ne →  261
105
 Db + 4 n
 243
95
 Am +  10
22
 Ne →  260
105
 Db + 5 n

Nejstabilnějším izotopem je 268Db s poločasem rozpadu 30,8 hodin.

Fyzikální vlastnosti editovat

Krystalují v kubické, plošně centrované mřížce (FCC). V čistém stavu jsou měkké a tažné, nečistoty zvyšují tvrdost a křehkost.

Chemické vlastnosti editovat

Vlastnostmi jsou podobné prvkům 4. skupiny. Na vzduchu se pasivují, rozpouštějí se v oleu, kyselině fluorovodíkové a směsi HF/HNO3. Niob a tantal se rozpouštějí i v dalších minerálních kyselinách.

Vytvářejí sloučeniny v oxidačních číslech −III až V. Koordinační číslo může dosahovat až hodnoty 8.

Výskyt a výroba editovat

Vanad editovat

Vanad patří mezi rozšířené prvky, koncentrace v zemské kůře je okolo 136 ppm, čímž se řadí mezi zirkonium a chlor. V přírodě se ale vyskytuje vzácně a v malých nalezištích. Vanad se získává jako vedlejší produkt při zpracování bauxitu (výroba hliníku) a také z popílků po zpracování ropy. V roce 2017 bylo vyrobeno 71 miliónů tun vanadu.[3] Největším producentem vanadu je Čína.

Známe zhruba 200 minerálů obsahujících vanad,[4] nejdůležitějšími jsou patronit (VS4),[5] vanadit (Pb5(VO4)3Cl)[6] a karnotit (K2(UO2)2(VO4)3·3H2O).[7]

Kovový vanad se vyrábí pražením rudy s chloridem nebo uhličitanem sodným za vzniku metavanadičnanu sodného (NaVO3). Ten se extrahuje do vody a okyselením se převede na polyvandičnan, který se následně praží za vzniku oxidu vanadičného. Protože se velká část vanadu používá jako přísada do ocelí, redukuje se oxid zpravidla železem. Tím získáme tzv. ferrovanad, který se přímo používá pro výrobu vanadiových ocelí.

Redukcí uhlíkem vzniká velmi stabilní karbid, proto se tato metoda již nevyužívá, pokud je cílem příprava čistého vanadu, redukuje se VCl5 vodíkem nebo hořčíkem, příp. se oxid redukuje vápníkem.

V2O5 + 5 Ca → 2 V + 5 CaO

Surový vanad se čistí van Arkelovým procesem, ten je založen na reakci vanadu s jódem v evakuované křemenné nádobě při teplotě 800 °C. Reakcí dochází ke vzniku těkavého jodidu vanaditého (VI3), který je zaveden na wolframové vlákno žhavené na teplotu 1000 °C, kde se rozloží na kovový vanad a jód. Čistota takto připraveného vanadu je více než 99,95 %.[8]

2 V + 3 I2 ⇌ 2 VI3

Chemické vlastnosti editovat

Vanad editovat

Vanad je chemicky podobný titanu. V kovovém stavu má silné redukční vlastnosti, ale na povrchu se pasivuje tvorbou oxidu.

V2+ + 2 e- ⇌ V    E0 = −1,18 V

V neoxidujících kyselinách se nerozpouští, jedinou výjimkou je HF. Rozpouští se v HNO3 a lučavce královské. Vytváří sloučeniny v oxidačních číslech II až V, je také známo několik komplexů, kde má oxidační číslo 0, například hexakarbonyl vanadu, [V(CO)6].[9]

Odkazy editovat

Reference editovat

  1. Names and symbols of transfermium elements (IUPAC Recommendations 1997)
  2. Chemical Identification of a Long-Lived Isotope of Dubnium, a Descendant of Element 115
  3. Vanadium Statistics and Information
  4. The mineralogy of Vanadium
  5. Patrónite
  6. Vanadinit
  7. Carnotite
  8. Preparation of High‐Purity Vanadium Metal by the Iodide Refining Process
  9. Transition Metal Carbonyl Compounds