Оксид ниобия 5 с водой

III.3. Оксиды ниобия, кислоты и их соли

Число соединений с кислородом у ниобия невелико, значительно меньше, чем у ванадия. Объясняется это тем, что в соединениях, соответствующих степени окис­ления +4, +3 и +2, ниобий крайне неустойчив. Если атом этого элемента начал отдавать электроны, то он стремится отдавать все пять, чтобы обнажить стабиль­ную электронную конфигурацию.

Если сравнивать ионы одной и той же степени окис­ления двух соседей по группе — ванадия и ниобия, то обнаруживается усиление свойств в сторону металлов. Кислотный характер оксида Nb₂O₅заметно слабее, чем у оксида ванадия (V). Кислоту при растворении он не образует. Лишь при сплавлении со щелочами или карбо­натами проявляются его кислотные свойства:

Эта соль — ортониобат натрия — похожа на такие же соли ортофосфорной и ортованадиевой кислот. Однако у фосфора и мышьяка ортоформа самая устойчивая, а по­пытка получить ортониобат в чистом виде не удается. При обработке сплава водой выделяется не соль Nа₃NbO₄, а метаниобат NaNbO₃. Это бесцветный труднорастворимый в холодной воде мелкокристаллический порошок. Следовательно, у ниобия в высшей степени окисления более устойчива не орто- , а мета-форма со­единений.

Из других соединений оксида ниобия (V) с основны­ми оксидами известны диниобаты K₄Nb₂O₇, напоминающие о пирокислотах, и полиниобаты (как тень полифос­форных и поливанадиевых кислот) с примерными форму­лами K₇Nb₅O₁₆ . nH₂O и K₈Nb₆O₁₉ . mH₂O. Упомянутые со­ли, отвечающие высшему оксиду ниобия, содержат этот элемент в составе аниона. Форма этих солей позволяет считать их производными ниобиевых. кислот. В чистом виде эти кислоты получить нельзя, так как их скорее можно рассматривать как оксиды, имеющие связь с мо­лекулами воды. Например, мета-форма — это Nb₂O₅ . H₂O, а орго-форма Nb₂O₅ . 3H₂O. Наряду с такого рода соеди­нениями у ниобия есть и другие, где он уже входит в состав катиона. Ниобий не образует простых солей типа сульфатов, нитратов и т. д. При взаимодействии с гидро­сульфатом натрия NaHSО₄ или с оксидом азота N₂О₄ появляются вещества со сложным катионом: Nb₂О₂(SО₄)₃. Катионы в этих солях напо­минают катион ванадия с той лишь разницей, что здесь ион пятизарядный, а у ванадия степень окисления в ионе ванадила равна четырем. Такой же катион NbO 3+ вхо­дит, в состав некоторых комплексных солей. Оксид Nb₂O₅ довольно легко растворяется в водной фтористоводородной кислоте. Из таких растворов можно выделить комп­лексную соль K₂[NbOF₆] . H₂O.

На основании рассмотренных реакций можно сделать вывод, что ниобий в своей высшей степени окисления может входить как в состав анионов, так и в состав катиона. Это значит, что пятивалентный ниобий амфотерен, но все же со значительным преобладанием кислотных свойств.

Существует несколько способов получения Nb₂O₅. Во-первых, взаимодействие ниобия с кислородом при нагревании. Во-вторых, прокаливание на воздухе солей ниобия: сульфида, нитрида или карбида. В-третьих — наиболее обычный метод — обезвоживание гидратов. Из водных растворов солей концентрированными кислотами осаждается гидратированный оксид Nb₂O₅ . xH₂O. Затем при разбавлении растворов происходит выпадение бело­го осадка оксида. Обезвоживание осадка Nb₂O₅ . xH₂O со­провождается выделением теплоты. Вся масса накаляется. Происходит это из-за превращения аморфного окси­да в кристаллическую форму. Оксид ниобия может быть двух цветов. В обычных условиях белый, но при нагрева­нии приобретает желтую окраску. Стоит, однако, охла­дить оксид, как цвет исчезает. Оксид тугоплавок (t_пл =1460°С) и нелетуч.

Более низким степеням окисления ниобия соответствуют NbО₂ и NbО. Первый из этих двух представляет со­бой черный с голубым отливом порошок. Получают NbO₂ из Nb₂O₅, отбирая кислород магнием или водоро­дом при температуре около тысячи градусов:

На воздухе это соединение легко переходит обратно в высший оксид Nb₂O₅. Характер его довольно скрытный, так как оксид нерастворим ни в воде, ни в кислотах. Все же ему приписывают кислотный характер на осно­вании взаимодействия с горячей водной щелочью; при этом, однако, идет окисление до пятизарядного иона.

Казалось бы, разница в один электрон не так уж ве­лика, но в отличие от Nb₂O₅, оксид NbO₂ проводит элект­рический ток. Очевидно, в этом соединении существует связь металл — металл. Если воспользоваться этим каче­ством, то при нагревании сильным переменным током можно заставить NbO₂ отдать свой кислород.

При потере кислорода NbO₂ переходит в оксид NbO, в дальнейшем довольно быстро отщепляется и весь кис­лород. О низшем оксиде ниобия NbО известно немного. Он имеет металлический блеск и по виду схож с метал­лом. Прекрасно проводит электрический ток. Словом, ведет себя так, будто кислорода в его составе вовсе и нет. Даже, подобно типичному металлу, бурно реагирует с хлором при нагревании и превращается в оксихлорид:

Из соляной кислоты вытесняет водород (будто и не ок­сид он вовсе, а металл вроде цинка):

Получить в чистом виде NbО можно прокаливанием уже упоминавшейся комплексной соли K₂[NbOF₅] с метал­лическим натрием:

К₂[NbOF₅] + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

Оксид NbO имеет самую высокую из всех ниобиевых оксидов температуру плавления 1935°С. Чтобы очистить ниобий от кислорода, температуру повышают до 2300 — 2350°С, тогда одновременно с испарением происходит распад NbO на кислород и металл. Происходит рафинирование (очистка) металла.

III .4. Соединения ниобия

Рассказ об элементе был бы не полным без упоминания о его соединениях с галогенами, карбидами и нитри­дами. Это важно по двум причинам. Во-первых, благода­ря фторидным комплексам удается отделить ниобий от его вечного спутника тантала. Во-вторых, эти соединения приоткрывают нам качества ниобия как металла.

Взаимодействие галогенов с металлическим ниобием:

2Nb + 5Cl₂ = 2NbCl₅ могут быть получены, все возможные пентагалогениды ниобия.

Пентафторид NbF₅ (t_пл = 76 °С) в жидком состоя­нии и в парах бесцветен. Подобно пятифтористому вана­дию, в жидком состоянии он полимерен. Атомы ниобия соединены друг с другом через атомы фтора. В твердом виде имеет структуру, состоящую из четырех молекул (рис. 2).

Рис. 2. Структура NbF ₅ и TaF ₅ в твердом виде состоит из четырех молекул.

Растворы в фтористоводбродной кислоте H₂F₂ содержат различные комплексные ионы:

Калиевая соль K₂[NbOF₅] . H₂O важна для отделения ниобия от тантала, так как в отличие от соли тантала она хорошо растворима.

Остальные пентагалогениды ниобия ярко окрашены: NbCl₅ желтый, NbBr₅ пурпурно-красный, NbI₂ коричневый. Все они возгоняются без разложения в атмосфере соответствующего галогена; в паре они мономеры. Тем­пературы их плавления и кипения возрастают при пе­реходе от хлора к брому и иоду. Некоторые из способов получения пентагалогенидов таковы:

2Nb+5I₂ 2NbI₅;

Nb₂O₅+5C+5Cl₂ 2NbCl₅+5CO;.

2NbCl₅+5F₂ 2NbF₅+5Cl₂

Пентагалогениды хорошо растворяются в органических растворителях: эфире, хлороформе, спирте. Водой, одна­ко, полностью разлагаются -гидролизуются. В результате гидролиза получаются две кислоты -галогеноводородная и ниобиевая. Например,

Когда гидролиз нежелателен, то вводят какую-либо силь­ную кислоту и равновесие написанного выше процесса смещается в сторону NbCl₅. В таком случае пентагалогенид растворяется, не подвергаясь гидролизу,

Особую признательность у металлургов заслужил карбид ниобия. В любой стали, есть углерод; ниобий, связывая его в карбид, повышает качества легированной стали. Обычно при сварке нержавеющей стали, шов имеет меньшую прочность. Введение ниобия в количестве 200 г на тонну помогает исправить этот недостаток. При на­гревании ниобий раньше всех других металлов стали образует соединение с углеродом — карбид. Это соедине­ние достаточно пластичное и в то же время способно выдерживать температуру до 3500°С. Слоя карбида толщиной всего в полмиллиметра достаточно, чтобы оградить от коррозии металлы и, что особенно ценно, графит. Карбид может получаться при нагревании металла или оксид ниобия (V) с углеродом или углеродсодержащими газами (СН₄, СО).

Нитрид ниобия — соединение, на которое не действуют никакие кислоты и даже «царская водка» при кипячении; устойчив по отношению к воде. Единственное, с чем его можно заставить вступить во взаимодействие, — кипящая щелочь. В этом случае он разлагается с выделением аммиака.

Нитрид NbN светло-серый с желтоватым оттенком. Он тугоплавок (тем. пл. 2300°С), имеет замечательную особенность — при температуре, близкой к абсолютному нулю (15,6 К, или -267,4 °С), обладает сверхпроводимостью.

Из соединений, содержащих ниобий в более низкой степени окисления, более всего известны галогениды. Все низшие галогениды — твердые кристаллические вещества темного цвета (от темно-красного до черного). Устойчивость их уменьшается по мере понижения степени окисления металла.

Глава IV. Тантал

В честь древнего героя Тантала назван металл, зна­чение которого в наши дни неизменно растет. С каждым годом расширяется круг его применений, а вместе с этим и потребность в нем. Однако руды его редки и со­держание в них тантала невысокое.

Одним из сырьевых источников тантала являются шлаки оловянных концентратов. Промышленность поис­тине испытывает «танталовы муки» по поводу нехватки тантала.

Источник

Оксид ниобия(V)

Оксид ниобия(V)
Общие
Систематическое наименование	Оксид ниобия(V)
Традиционные названия	Оксись ниобия
Химическая формула	Nb2O5
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	белые кристаллы
Молярная масса	265,81 г/моль
Плотность	4,47-5,29 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	1490-1500; 1521 °C
Молярная теплоёмкость (ст. усл.)	132,1 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования (ст. усл.)	-1898 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	1313-96-8
Рег. номер PubChem	123105
SMILES	O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O

Оксид ниобия(V) — неорганическое соединение, оксид металла ниобия с формулой Nb₂O₅, белые тугоплавкие кристаллы, термически устойчивые, не растворимые в воде.

Содержание

Получение

• Сжигание ниобия в кислороде:

• Гидролиз фторида ниобия(V) или хлорида ниобия(V):

Физические свойства

Оксид ниобия(V) образует белые кристаллы нескольких (не менее 10) кристаллических модификаций:

При нормальных условиях стабильна форма β-Nb₂O₅.

Из раствора осаждается в виде гидрата Nb₂O₅•n H₂O, который более реакционноспособный. После прокаливания (выше 500°С) становится химически пассивным.

Не растворяется в воде, р ПР = 20,14.

Химические свойства

• Разлагается при сильном нагревании в вакууме, превращаясь в тёмно-синий оксид нестехиометрического состава:

• Реагирует с концентрированной плавиковой кислотой:

• С фторидом калия в разбавленной плавиковой кислотой:

• Реагирует с растворами щелочей:

• Реагирует с карбонатами щелочных металлов при спекании:

• Восстанавливается водородом:

• Реагирует с хлором в присутствии восстановителей:

Применение

• Промежуточный продукт при получении ниобия.
• Компонент огнеупоров, керамик, специальных стёкол.

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М .: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л. : Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
• Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М .: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М .: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Оксид ниобия(V)» в других словарях:

Оксид ниобия(II) — Общие Систематическое наименование Оксид ниобия(II) Традиционные названия Окись ниобия Химическая формула NbO Физические свойства Состояние ( … Википедия

Оксид ниобия(IV) — Общие Систематическое наименование Оксид ниобия(IV) Традиционные названия Окись ниобия Химическая формула NbO2 Физические свойства Состояние ( … Википедия

Оксид ниобия(III) — Общие Систематическое наименование Оксид ниобия(III) Традиционные названия Окись ниобия Химическая формула Nb2O3 Физические свойства Сос … Википедия

НИОБИЯ ОКСИДЫ — Наиб. известны монооксид NbO, диоксид NbO2, оксид Nb(V) (пентаоксид диниобия) Nb2O5 с узкими областями гомогенности. Кроме того, существует неск. метастабильных оксидов (их св ва мало изучены) NbOx> (x 1/6 Ч1/2), к рые образуются в виде пленок на … Химическая энциклопедия

Фторид ниобия(V) — О … Википедия

Окситрихлорид ниобия(V) — Общие Систематическое наименование Окситрихлорид ниобия(V) Традиционные названия Хлорокись ниобия Химическая формула NbOCl3 Физические свойства … Википедия

Диоксифторид ниобия(V) — Общие Систематическое наименование Диоксифторид ниобия(V) Традиционные названия Фторокись ниобия Химическая формула NbO2F Физические свойства … Википедия

Диоксихлорид ниобия(V) — Общие Систематическое наименование Диоксихлорид ниобия(V) Традиционные названия Хлорокись ниобия Химическая формула NbO2Cl Физические свойства … Википедия

Окситрифторид ниобия(V) — Общие Систематическое наименование Окситрифторид ниобия(V) Традиционные названия Фторокись ниобия Химическая формула NbOF3 Физические свойства … Википедия

Фторид ниобия(III) — Общие Систематическое наименование Фторид ниобия(III) Традиционные названия Фтористый ниобий Химическая формула NbF3 Физические свойства Состояние … Википедия

Источник