Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Группа 5 в периодической таблице
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанаВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийВестиВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумНихонийФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
группа 4 ←   → группа 6
Номер группы ИЮПАК5
Имя по элементугруппа ванадия
Номер группы CAS
(США, образец ABA)
VB
старый номер IUPAC
(Европа, образец AB)
VA
↓  Период
4
Ванадий (V)
23 Переходный металл
5
Ниобий (Nb)
41 Переходный металл
6
Тантал (Ta)
73 Переходный металл
7Дубний (Дб)
105 Переходный металл

Легенда

изначальный элемент
синтетический элемент
Цвет атомного номера:
черный = сплошной
  • v
  • т
  • е

Группа 5 (по IUPAC стилю) представляет собой группу элементов в периодической таблице . Группа 5 содержит ванадий (V), ниобий (Nb), тантал (Ta) и дубний (Db). Эта группа находится в d-блоке периодической таблицы. Сама группа не получила банального названия ; он принадлежит к более широкой группе переходных металлов .

Три более легких элемента Группы 5 встречаются в природе и обладают схожими свойствами; все три являются твердыми тугоплавкими металлами при стандартных условиях. Четвертый элемент, дубний , был синтезирован в лабораториях, но не обнаружен в природе, так как период полураспада наиболее стабильного изотопа, дубния-268, составляет всего 29 часов, а другие изотопы еще более радиоактивны . На сегодняшний день не проводились эксперименты на суперколлайдере по синтезу следующего члена группы, будь то unpentseptium (Ups) или unpentennium (Upe). Поскольку unpentseptium и unpentennium являются элементами позднего периода 8 , маловероятно, что эти элементы будут синтезированы в ближайшем будущем.

Химия [ править ]

Как и другие группы, члены этого семейства демонстрируют закономерности в своей электронной конфигурации , особенно на самых внешних оболочках, хотя ниобий, как ни странно, не следует этой тенденции:

ZЭлементКол-во электронов / оболочка
23ванадий2, 8, 11, 2
41 годниобий2, 8, 18, 12, 1
73тантал2, 8, 18, 32, 11, 2
105дубний2, 8, 18, 32, 32, 11, 2

Большая часть химии наблюдалась только для первых трех членов группы, химия дубния не очень хорошо известна, и поэтому остальная часть раздела касается только ванадия, ниобия и тантала. Все элементы группы являются химически активными металлами с высокими температурами плавления (1910 ° C, 2477 ° C, 3017 ° C). Реакционная способность не всегда очевидна из-за быстрого образования стабильного оксидного слоя, который предотвращает дальнейшие реакции, аналогично тенденциям в Группе 3 или Группе 4. Металлы образуют разные оксиды: ванадий образует оксид ванадия (II) , ванадий (III). оксид , оксид ванадия (IV) и ванадия (V) , оксид , ниобий формы оксида ниобия (II) , ниобий (IV) оксид иоксид ниобия (V) , но из оксидов тантала охарактеризован только оксид тантала (V) . Оксиды металлов (V) обычно неактивны и действуют как кислоты, а не основания, но низшие оксиды менее стабильны. Однако они обладают некоторыми необычными для оксидов свойствами, такими как высокая электропроводность. [1]

Все три элемента образуют различные неорганические соединения , обычно в степени окисления +5. Также известны более низкие степени окисления, но они менее стабильны, их стабильность снижается с увеличением атомной массы.

История [ править ]

Ванадий был открыт Андресом Мануэлем дель Рио , мексиканским минералогом испанского происхождения, в 1801 году в минерале ванадинит . После того, как другие химики отклонили его открытие эритрония, он отказался от своих претензий. [2]

Ниобий был открыт английским химиком Чарльзом Хэтчеттом в 1801 г. [3]

Тантал был впервые открыт в 1802 году Андерсом Густавом Экебергом . Однако считалось, что он идентичен ниобию до 1846 года, когда Генрих Роуз доказал, что эти два элемента различны. Чистый тантал производился только в 1903 г. [4]

Дубний был впервые произведен в 1968 году в Объединенном институте ядерных исследований путем бомбардировки америция-243 неоном-22 и снова был произведен в лаборатории Лоуренса Беркли в 1970 году. Для элемента были предложены названия «neilsbohrium» и «joliotium», но В 1997 году ИЮПАК решил назвать этот элемент дубнием. [4]

Этимологии [ править ]

Ванадий назван в честь Ванадис , скандинавской богини любви. Ниобий назван в честь Ниобы , персонажа из греческой мифологии . Тантал назван в честь Тантала , персонажа из греческой мифологии. Дубний назван в честь Дубны, Россия , где он был обнаружен. [4]

Происшествие [ править ]

В земной коре содержится 160 частей на миллион ванадия, что делает его 19-м по содержанию элементом. Почва содержит в среднем 100 частей на миллион ванадия, а морская вода - 1,5 части на миллиард ванадия. Типичный человек содержит 285 частей на миллиард ванадия. Известно более 60 ванадиевых руд, включая ванадинит , патронит и карнотит . [4]

В земной коре содержится 20 частей на миллион ниобия, что делает его 33-м по численности элементом в земной коре. Почва содержит в среднем 24 части на миллион ниобия, а морская вода - 900 частей на квадриллион ниобия. Типичный человек содержит 21 часть на миллиард ниобия. Ниобий входит в состав минералов колумбит и пирохлор . [4]

В земной коре содержится 2 части тантала на миллион, что делает его 51-м наиболее распространенным элементом. Почва содержит в среднем 1-2 части тантала на миллиард, а морская вода содержит 2 части тантала на триллион. Типичный человек содержит 2,9 частей тантала на миллиард. Тантал содержится в минералах танталит и пирохлор. [4]

Производство [ править ]

Ежегодно производится около 70000 тонн ванадиевой руды, из которых 25000 тонн ванадиевой руды производится в России, 24000 тонн в Южной Африке , 19000 тонн в Китае и 1000 тонн в Казахстане . Ежегодно производится 7000 т металлического ванадия. Нагрев руды с углеродом получить ванадий невозможно. Вместо этого ванадий получают путем нагревания оксида ванадия с кальцием в сосуде высокого давления . Ванадий очень высокой чистоты получают в результате реакции трихлорида ванадия с магнием. [4]

Ежегодно производится 230 000 т ниобиевой руды, в Бразилии - 210 000 т, в Канаде - 10 000 т, а в Австралии - 1000 т. Ежегодно производится 60000 т чистого ниобия. [4]

Ежегодно добывается 70000 т танталовой руды. Бразилия производит 90% танталовой руды, а Канада, Австралия, Китай и Руанда также производят этот элемент. Спрос на тантал составляет около 1200 т в год. [4]

Дубний получают синтетическим путем путем бомбардировки актинидов более легкими элементами. [4]

Приложения [ править ]

Основное применение ванадия - это сплавы, такие как ванадиевая сталь . Сплавы ванадия используются в пружинах , инструментах , реактивных двигателях , броне и ядерных реакторах . Оксид ванадия придает керамике золотистый цвет, а другие соединения ванадия используются в качестве катализаторов для производства полимеров . [4]

В нержавеющую сталь добавляют небольшое количество ниобия для улучшения ее качества. Сплавы ниобия также используются в соплах ракет из-за высокой коррозионной стойкости ниобия . [4]

У тантала есть четыре основных типа применения. Тантал добавляют в предметы, подвергающиеся воздействию высоких температур, в электронные устройства , хирургические имплантаты и для работы с едкими веществами. [4]

Токсичность [ править ]

Чистый ванадий не токсичен. Однако пятиокись ванадия вызывает сильное раздражение глаз, носа и горла. [4]

Считается, что ниобий и его соединения слабо токсичны, но отравление ниобием не известно. Ниобиевая пыль может вызвать раздражение глаз и кожи. [4]

Тантал и его соединения редко вызывают травмы, и, когда они случаются, обычно возникают высыпания. [4]

Биологические явления [ править ]

Основная статья: Ванадий § Биологическая роль

Из элементов группы 5 только ванадий был определен как играющий роль в биологической химии живых систем, но даже он играет очень ограниченную роль в биологии и более важен в окружающей среде океана, чем на суше.

Ванадий, необходимы асцидиям и оболочникам как vanabins , было известно в клетках крови из асцидии (асцидии) с 1911 года, [5] [6] в концентрации ванадия в крови более чем в 100 раз выше , чем концентрация ванадия в морская вода вокруг них. Некоторые виды макрогрибов накапливают ванадий (до 500 мг / кг в сухом весе). [7] Ванадий-зависимые bromoperoxidase генерируют броморганические соединения в ряде видов морских водорослей . [8]

Также известно, что крысы и куры нуждаются в ванадии в очень малых количествах, и его дефицит приводит к замедлению роста и ухудшению воспроизводства . [9] Ванадий - относительно противоречивая пищевая добавка , в первую очередь для повышения чувствительности к инсулину [10] и бодибилдинга . Ванадилсульфат может улучшить контроль глюкозы у людей с диабетом 2 типа . [11] Кроме того, декаванадат и оксованадаты - это виды, которые потенциально обладают многими биологическими активностями и успешно используются в качестве инструментов для понимания некоторых биохимических процессов.[12]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Холлеман, Арнольд Ф .; Виберг, Эгон; Виберг, Нильс (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на немецком языке) (91–100 изд.). Вальтер де Грюйтер. ISBN 3-11-007511-3.
  2. ^ Cintas, Педро (2004). «Дорога к химическим названиям и эпонимам: открытие, приоритет и кредит». Angewandte Chemie International Edition . 43 (44): 5888–94. DOI : 10.1002 / anie.200330074 . PMID 15376297 . 
  3. ^ Хэтчетт, Чарльз (1802). "Eigenschaften und chemisches Verhalten des von Charlesw Hatchett entdeckten neuen Metalls, Columbium" . Annalen der Physik (на немецком языке). 11 (5): 120–122. Bibcode : 1802AnP .... 11..120H . DOI : 10.1002 / andp.18020110507 .
  4. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы .
  5. ^ Хенце, М. (1911). "Untersuchungen über das Blut der Ascidien. I. Mitteilung. Die Vanadiumverbindung der Blutkörperchen" . Hoppe-Seyler's Zeitschrift für Physiologische Chemie (на немецком языке). 72 (5–6): 494–501. DOI : 10.1515 / bchm2.1911.72.5-6.494 .
  6. ^ Мичибата Н, Uyama Т, Т Уэки, Канамори К (2002). «Ванадоциты, клетки являются ключом к разрешению высокоселективного накопления и восстановления ванадия в асцидиях» (PDF) . Микроскопические исследования и техника . 56 (6): 421–434. DOI : 10.1002 / jemt.10042 . PMID 11921344 .  
  7. ^ Кнайфель, Гельмут; Байер, Эрнст (1997). «Определение структуры соединения ванадия, амавадина, из мухомора». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 12 (6): 508. DOI : 10.1002 / anie.197305081 . ISSN 1521-3773 . 
  8. ^ Батлер, Элисон; Картер-Франклин, Джейм Н. (2004). «Роль ванадийбромопероксидазы в биосинтезе галогенированных морских природных продуктов». Отчеты о натуральных продуктах . 21 (1): 180–8. DOI : 10.1039 / b302337k . PMID 15039842 . 
  9. ^ Шварц, Клаус; Милн, Дэвид Б. (1971). «Эффекты роста ванадия у крысы». Наука . 174 (4007): 426–428. Bibcode : 1971Sci ... 174..426S . DOI : 10.1126 / science.174.4007.426 . JSTOR 1731776 . PMID 5112000 .  
  10. ^ Ага, Глория Й .; Айзенберг, Дэвид М .; Капчук, Тед Дж .; Филлипс, Рассел С. (2003). «Систематический обзор трав и пищевых добавок для контроля гликемии при диабете» . Уход за диабетом . 26 (4): 1277–1294. DOI : 10.2337 / diacare.26.4.1277 . PMID 12663610 . 
  11. ^ Бадмаев, В .; Пракаш, Суббалакшми; Маджид, Мухаммед (1999). «Ванадий: обзор его потенциальной роли в борьбе с диабетом». Журнал альтернативной и дополнительной медицины . 5 (3): 273–291. DOI : 10,1089 / acm.1999.5.273 . PMID 10381252 . 
  12. ^ Аурелиано, Мануэль; Кранс, Дебби С. (2009). «Декаванадат и оксованадаты: оксометаллаты со многими биологическими активностями». Журнал неорганической биохимии . 103 : 536–546. DOI : 10.1016 / j.jinorgbio.2008.11.010 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гринвуд, Н. (2003). «Ванадий к дубнию: от путаницы через ясность к сложности». Катализ сегодня . 78 (1–4): 5–11. DOI : 10.1016 / S0920-5861 (02) 00318-8 .