Просмотр кода страницы Подгруппа ванадия

{| style="float: right; border: 1px solid #ccc; margin: 0.5em 0pt 0.8em 1.4em; padding: 3px !important; width: 75px;"
! [[Группа периодической системы|Группа]] →!! 5
|-
! ↓ [[Период периодической системы|Период]]
!
|
|-
! 4
| {{Элемент периодической системы|view=center|rubber=1|number=23|fontsize=80%}}
|-
! 5
| {{Элемент периодической системы|view=center|rubber=1|number=41|fontsize=80%}}
|-
! 6
| {{Элемент периодической системы|view=center|rubber=1|number=73|fontsize=80%}}
|-
! 7
| {{Элемент периодической системы|view=center|rubber=1|number=105|fontsize=80%}}
|}

'''Подгру́ппа вана́дия''' — химические элементы 5-й группы [[Периодическая система элементов|периодической таблицы химических элементов]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — элементы побочной подгруппы V группы)<ref>[http://www.iupac.org/reports/periodic_table Таблица Менделеева] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080517165041/http://www.iupac.org/reports/periodic_table/ |date=2008-05-17 }} на сайте [[ИЮПАК]]</ref>.
В группу входят ''[[ванадий]]'' V, ''[[ниобий]]'' Nb и ''[[Тантал (элемент)|тантал]]'' Ta<ref>[www.xumuk.ru/nekrasov/ix-06.html Подгруппа ванадия]</ref>. На основании электронной конфигурации атома к этой же группе относится и элемент ''[[дубний]]'' Db, искусственно синтезированный в [[наукоград]]е [[Дубна|Дубне]] в [[1970]] г. группой [[Флёров, Георгий Николаевич|Г. Н. Флёрова]] путём бомбардировки ядер [[Америций-243|<sup>243</sup>Am]] ионами [[Неон-22|<sup>22</sup>Ne]]<ref name="fl1970">{{статья
|автор = G. N. Flerov et al.
|заглавие = On the synthesis of element 105
|оригинал =
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1016/0375-9474(70)90182-X
|издание = [http://www.sciencedirect.com/science/journal/03759474 Nuclear Physics A]
|тип =
|место =
|год = 1970
|том = 160
|номер = 1
|страницы = 181—192}}</ref> и независимо в Беркли ([[США]]) в реакции [[Калифорний-249|<sup>249</sup>Cf]]+[[Азот-15|<sup>15</sup>N]]→<sup>260</sup>Db+4n<ref name="gh1970">{{статья
|автор = Albert Ghiorso et al.
|заглавие = New Element Hahnium, Atomic Number 105
|оригинал =
|ссылка = http://link.aps.org/abstract/PRL/v24/p1498
|издание = [http://prl.aps.org/ Physical Review Letters]
|тип =
|место =
|год = 1970
|том = 24
|номер = 26
|страницы = 1498—1503}}</ref>.


== Свойства ==
Как и в других группах, члены этого семейства элементов проявляют закономерности [[Электронная конфигурация|электронной конфигурации]], особенно внешних оболочек, хотя, как ни странно, ниобий не следует этому тренду. Тем не менее, у элементов этой группы тоже проявляется сходство физических свойств и химического поведения:

<center>
'''Некоторые свойства элементов 5 группы'''
{| class="standard"
|-
!Атомный <br> номер !! Химический <br> элемент !! Электронная <br> оболочка !! Атомный <br> радиус, <br> нм
! p, <br> г/см³ !! t<sub>пл</sub>, <br> °C !! t<sub>кип</sub>, <br> °C !! ЭО
|-
| 23 || ванадий || 2, 8, 11, 2 || 0,134 || 6,11 || 1920 || 3400 || 1,63
|-
| 41 || ниобий || 2, 8, 18, 12, 1 || 0,146 || 8,57 || 2500 || 4800 || 1,6
|-
| 73 || тантал || 2, 8, 18, 32, 11, 2 || 0,149 || 16,654 || 3000 || 5300 || 1,5
|-
| 105 || дубний || 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 || || || || ||
|}
</center>

=== Ванадий ===
[[Ванадий]] является 20-м наиболее распространённым элементом в земной коре<ref>{{книга |ссылка=https://books.google.com/?id=WV5EAAAAYAAJ&q=vanadium+20th+most+common+element+in+Earth's+crust&dq=vanadium+20th+most+common+element+in+Earth's+crust |заглавие=Proceedings |издательство=National Cotton Council of America |язык=en |год=1991}}</ref>. Он относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Содержание ванадия в земной коре 1,6{{e|−2}}% по массе, в воде океанов 3{{e|−7}}%. Наиболее высокие средние содержания ванадия в [[Магматические горные породы|магматических породах]] отмечаются в [[габбро]] и [[базальт]]ах (230—290 г/т). В [[Осадочные горные породы|осадочных породах]] значительное накопление ванадия происходит в биолитах (асфальтитах, углях, битуминозных фосфатах), битуминозных сланцах, [[боксит]]ах, а также в [[оолит]]овых и кремнистых [[Железная руда|железных рудах]]. Близость ионных радиусов ванадия и широко распространённых в магматических породах [[железо|железа]] и [[Титан (элемент)|титана]] приводит к тому, что ванадий в гипогенных процессах целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Его носителями являются многочисленные минералы титана (титаномагнетит, [[Титанит|сфен]], [[рутил]], [[ильменит]]), [[слюды]], [[пироксены]] и [[Гранат (минерал)|гранаты]], обладающие повышенной изоморфной ёмкостью по отношению к ванадию. Важнейшие минералы: [[патронит]] V(S<sub>2</sub>)<sub>2</sub>, [[ванадинит]] Pb<sub>5</sub>(VO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

Химически ванадий довольно инертен. Он имеет хорошую стойкость к коррозии, стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей<ref name="HollemanAF">{{книга |издательство=[[Walter de Gruyter]] |издание=91–100 |страницы=1071—1075 |isbn=978-3-11-007511-3 |заглавие=Lehrbuch der Anorganischen Chemie |часть=Vanadium |язык=de |ref=Holleman |автор=Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils |год=1985}}</ref>. С кислородом ванадий образует несколько {{D-l|Оксид ванадия|оксидов}}: VO, V<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, VO<sub>2</sub>,V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>. Оранжевый V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> — кислотный оксид, тёмно-синий VO<sub>2</sub> — амфотерный, остальные оксиды ванадия — основные. {{iw|Ванадил ион|||Vanadyl ion}} (VO<sup>2+</sup>) в изобилии находится в морской воде, имеющий среднюю концентрацию 30 [[Молярная концентрация|нМа]]<ref name=Dieter>{{книга |заглавие=Bioinorganic Vanadium Chemistry |ссылка=https://archive.org/details/bioinorganicvana0000rehd/page/5 |издательство=[[John Wiley & Sons|John Wiley & Sons, Ltd]] |место=Hamburg, Germany |isbn=9780470065099 |страницы=5 & 9—10 |издание=1st |doi=10.1002/9780470994429 |серия=Inorganic Chemistry |язык=und |автор=Rehder, Dieter |год=2008}}</ref>. Некоторые источники минеральной воды также содержат ион в высоких концентрациях. Например, источники около горы Фудзи содержат до 54 мкг на литр<ref name=Dieter/>.

Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX<sub>2</sub> (X = [[фтор|F]], [[хлор|Cl]], [[бром|Br]], [[иод|I]]), VX<sub>3</sub>, VX<sub>4</sub> (X = [[фтор|F]], [[хлор|Cl]], [[бром|Br]]), VF<sub>5</sub> и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl<sub>2</sub>, VOF<sub>3</sub> и др.). Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 — сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (t<sub>пл</sub>=2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V<sub>2</sub>S<sub>5</sub>, силицид ванадия V<sub>3</sub>Si и другие соединения ванадия. При взаимодействии V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> с осно́вными оксидами образуются {{нп5|ванадаты||de|vanadate}} — соли ванадиевой кислоты вероятного состава HVO<sub>3</sub>.

=== Ниобий ===
[[Кларковое число|Кларк]] ниобия — 18 г/т. Содержание ниобия увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т Nb) к кислым породам (24 г/т Nb). Ниобию всегда сопутствует тантал. Близкие химические свойства ниобия и тантала обусловливают совместное их нахождение в одних и тех же минералах и участие в общих геологических процессах. Ниобий способен замещать титан в ряде титансодержащих минералов ([[сфен]], [[ортит]], [[перовскит]], [[биотит]]). Форма нахождения ниобия в природе может быть разной: рассеянной (в породообразующих и акцессорных минералах магматических пород) и минеральной. В общей сложности известно более ста минералов, содержащих ниобий. Из них промышленное значение имеют лишь некоторые: [[Колумбит|колумбит-танталит]] (Fe, Mn)(Nb, Ta)<sub>2</sub>O<sub>6</sub>, [[пирохлор]] (Na, Ca, TR, U)<sub>2</sub>(Nb, Ta, Ti)<sub>2</sub>O<sub>6</sub>(OH, F) (Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0 — 63 %), [[лопарит]] (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O<sub>3</sub> ((Nb, Ta)<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 8 — 10 %), иногда используются эвксенит, торолит, ильменорутил, а также минералы, содержащие ниобий в виде примесей ([[ильменит]], [[касситерит]], [[вольфрамит]]). В щелочных — ультраосновных породах ниобий рассеивается в минералах типа перовскита и в эвдиалите. В экзогенных процессах минералы ниобия и тантала, являясь устойчивыми, могут накапливаться в делювиально-аллювиальных россыпях (колумбитовые россыпи), иногда в бокситах коры выветривания. Концентрация ниобия в [[морская вода|морской воде]] 1{{e|−5}} мг/л<ref>J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965</ref>.

Химически ниобий довольно устойчив, но уступает в этом отношении [[тантал (элемент)|танталу]]. На него практически не действуют [[соляная кислота|соляная]], [[ортофосфорная кислота|ортофосфорная]], разбавленная [[серная кислота|серная]], [[азотная кислота|азотная]] кислоты. Металл растворяется в плавиковой кислоте [[плавиковая кислота|HF]], смеси [[плавиковая кислота|HF]] и [[азотная кислота|HNO<sub>3</sub>]], концентрированных растворах [[щелочи|едких щелочей]], а также в концентрированной [[серная кислота|серной кислоте]] при нагревании свыше 150 °C. При прокаливании на воздухе окисляется до Nb<sub>2</sub>О<sub>5</sub>. Для этого [[оксид]]а описано около 10 кристаллических модификаций. При обычном давлении стабильна β-форма Nb<sub>2</sub>О<sub>5</sub>.

=== Тантал ===
Тантал — редкий металл, в земной коре на его долю приходится 0,0002 %. Известно около {{num|20|собственных}} [[минерал]]ов тантала — серия [[колумбит-танталит]], [[воджинит]], [[лопарит]], [[манганотанталит]] и другие, а также более {{num|60|минералов}}, содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным [[минералообразование]]м. В минералах тантал всегда находится совместно с [[Ниобий|ниобием]] вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоённым интрузиям.

Тантал обладает высокой [[Температура плавления|температурой плавления]] — {{num|3290|[[Кельвин|K]]}} ({{num|3017|°C}}); [[Кипение|кипит]] при {{num|5731|[[Кельвин|K]]}} ({{num|5458|°C}}). Плотность тантала — {{num|16.65|г/см³}}. Несмотря на твёрдость, [[Пластичность (физика)|пластичен]], как [[золото]]. Чистый тантал хорошо поддаётся механической обработке, легко штампуется, раскатывается в проволоку и тончайшие листы толщиной в сотые доли миллиметра. Тантал является отличным [[Геттер (газопоглотитель)|геттером]] (газопоглотителем), при {{num|800|°C}} он способен поглотить {{num|740|объёмов}} газа. [[Кристаллическая решётка]] — кубическая, объёмноцентрированная. Обладает [[Парамагнетики|парамагнитными]] свойствами. При температуре ниже {{num|4.45|К}} переходит в [[Сверхпроводимость|сверхпроводящее]] состояние.

При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше {{num|280|°C}}, покрываясь оксидной плёнкой Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>; с [[галогены|галогенами]] реагирует при температуре свыше {{num|250|°C}}. При нагревании реагирует с С, В, Si, P, Se, Те, Н<sub>2</sub>О, СО, СО<sub>2</sub>, NO, HCl, H<sub>2</sub>S. Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких [[щелочные металлы|щелочных металлов]], большинства неорганических и органических кислот, а также многих других агрессивных сред (за исключением расплавленных щелочей).

В отношении химической устойчивости к реагентам, тантал подобен стеклу. Тантал нерастворим в кислотах и их смесях, кроме смеси [[Плавиковая кислота|плавиковой]] и [[Азотная кислота|азотной]] кислот; его не растворяет даже [[царская водка]]. Реакция с плавиковой кислотой идёт только с пылью металла и сопровождается [[взрыв]]ом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой концентрации и температуры (при {{num|200|°C}} металл корродирует в кислоте лишь на {{num|0.006|миллиметра}} в год)<ref>{{книга |автор={{nobr|Венецкий С. И.}} |часть=Рождённый в муках |заглавие=Рассказы о металлах |место=М. |издательство=Металлургия |год=1979 |страницы=167 |страниц=240 |тираж=60000}}</ref>, устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах и их перегретых пара́х (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

=== Дубний ===
Дубний — искусственный радиоактивный химический элемент, относится к трансактиноидам, предположительно серебристо-белый металл. Стабильных изотопов не имеет, в весовых количествах не получен. Известны радиоизотопы с массовыми числами 255—268, наиболее долгоживущий 268Db (Т1/2 16 ч, спонтанное деление). Конфигурация (расчётная) внешних электронных оболочек атома 5f<sup>14</sup> 6d<sup>3</sup> 7s<sup>2</sup>, степень окисления +5<ref>{{БРЭ |статья= Дубний|автор= Мясоедов Б. Ф.|том=9 |страницы=385|ссылка= https://old.bigenc.ru/chemistry/text/1969523|архив= https://web.archive.org/web/20230103215834/https://bigenc.ru/chemistry/text/1969523|архив дата= 2023-01-03}}</ref>.

== История ==
Открытие элементов 5 группы связано со значительными противоречиями и трудностями для химиков. Проверка вновь открытых элементов была затруднительной из-за сходства ванадия и элемента [[6 группа элементов|6 группы]] хрома, химического сходства ниобия и тантала и сложности установок, которые были необходимы для производства нескольких атомов дубния.

Элементы 5 группы похожи друг на друга не только по своим свойствам, но и «родственники» по названиям. Во-первых, наименования всех трёх относятся к области мифологии. Во-вторых, в названиях указана прямая родственная связь: в древнегреческой мифологии Ниобея является дочерью Тантала.

Ванадий назван в честь богини красоты древних скандинавов — легендарной Фреи Ванадис. Это имя элементу дал в 1831 г. Гавриил Сефстрём, профессор Горного института в Стокгольме.

Тантал открыт в 1802 г. шведским химиком [[Экеберг, Андерс Густав|Экебергом]] в двух минералах, найденных в Финляндии и Швеции.

Ниобий открыт в 1801 г. английским учёным Ч. Хатчетом в [[минерал]]е ([[колумбит]]е), найденном в бассейне р. Колумбии, и потому получил название «колумбий». В 1844 году немецкий химик [[Розе, Генрих|Генрих Розе]] переименовал его в «ниобий» в честь дочери Тантала [[Ниоба|Ниобы]], чем подчеркнул сходство между ниобием и [[Тантал (элемент)|танталом]]. Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — колумбий, и только в 1950 году решением Международного союза теоретической и прикладной химии ([[ИЮПАК]]) элементу окончательно было присвоено название ниобий.

== Распространение в природе и биосфере ==
Ванадий довольно широко распространён в природе и составляет около 0,005 % от общего числа атомов земной коры. Однако богатые месторождения его минералов встречаются весьма редко. Помимо подобных месторождений, важным источником сырья для промышленного получения ванадия являются некоторые железные руды, содержащие примеси соединений этого элемента.

Содержание ниобия (2{{e|−4}} %) и тантала (2{{e|−5}} %) в земной коре значительно меньше, чем ванадия. Встречаются они главным образом в виде минералов колумбита Fe<sup>2+</sup>Nb<sub>2</sub>O<sub>6</sub> и танталита Fe<sup>2+</sup>Ta<sub>2</sub>O<sub>6</sub>, которые обычно смешаны друг с другом.

Из элементов 5 группы только ванадий был идентифицирован как играющий роль в биохимии живых систем: он участвует в некоторых [[Ферменты|ферментах]] высших организмов, а также, что необычно, в биохимии некоторых морских [[Оболочники|оболочников]].

== Фотографии ==
<gallery>
Изображение:Vanadium_crystal_bar_and_1cm3_cube.jpg|Чистый ванадий (брусок справа и куб) и два его оксида (бруски слева). Пластичный металл серебристо-серого цвета.
Изображение:Niobium_crystals_and_1cm3_cube.jpg|Кристаллы ниобия. Блестящий металл серого цвета, покрывается желтоватой оксидной плёнкой.
Изображение:Tantalum_single_crystal_and_1cm3_cube.jpg|Кристаллы тантала. Тяжёлый твёрдый металл серого цвета.
</gallery>

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга|автор = [[Ахметов, Наиль Сибгатович|Ахметов Н. С.]] |часть = |заглавие = Общая и неорганическая химия |оригинал = |ссылка = |ответственный = |издание = |место = М. |издательство = Высшая школа|год = 2001 |том = |страницы = |страниц = |серия = |isbn = 5-06-003363-5 |тираж = }}
* {{книга|автор = [[Лидин, Ростислав Александрович|Лидин Р. А.]] |часть = |заглавие = Справочник по общей и неорганической химии |оригинал = |ссылка = |ответственный = |издание = |место = М. |издательство = КолосС |год = 2008 |том = |страницы = |страниц = |серия = |isbn = 978-5-9532-0465-1 |тираж = }}
* {{книга|автор = [[Некрасов, Борис Владимирович|Некрасов Б. В.]] |часть = |заглавие = Основы общей химии|оригинал = |ссылка = |ответственный = |издание = |место = М. |издательство = Лань |год = 2004 |том = |страницы = |страниц = |серия = |isbn = 5-8114-0501-4 |тираж = }}
* {{книга|автор = [[Спицын, Виктор Иванович|Спицын В. И.]], [[Мартыненко, Лариса Ивановна|Мартыненко Л. И.]] |часть = |заглавие = Неорганическая химия |оригинал = |ссылка = |ответственный = |издание = |место = М. |издательство = МГУ |год = 1991, 1994 |том = |страницы = |страниц = |серия = |isbn = |тираж = }}
* {{книга|автор = [[Турова, Наталия Яковлевна|Турова Н. Я.]] |часть = |заглавие = Неорганическая химия в таблицах. Учебное пособие |оригинал = |ссылка = |ответственный = |издание = |место = М. |издательство = ЧеРо |год = 2002 |том = |страницы = |страниц = |серия = |isbn = 5-88711-168-2 |тираж = }}
* Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9
* F. Albert Cotton, Carlos A. Murillo, and Manfred Bochmann, (1999), Advanced inorganic chemistry. (6th ed.), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
* Housecroft, C. E. Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3rd ed.). Prentice Hall, ISBN 978-0-13-175553-6

== Ссылки ==
{{Внешние ссылки}}
{{Периодическая система элементов}}
{{Группы химических элементов}}

[[Категория:Подгруппы периодической системы]]

{{спам-ссылки|1=
* www.xumuk.ru
}}