Tư liệu nhóm VB (File word)

Tư liệu nhóm VB
Gồm: V, Nb, Ta Db

I/ Đơn chất
1.

TÍNH CHẤT VẬT LÝ

V, Nb, Ta có màu trắng, xám, rất khó nóng chảy và rất khó sơi.
Những hằng số vật lý cao đó được giải thích bằng độ bền của liên kết kim loại
trong tinh thể kim loại gây nên bởi số e độc thân tham gia tạo thành liên kết cộng
hóa trị.
Nb và Ta có cấu hình electron và bán kính ngun tử giống nhau nhưng nhiệt độ
nóng chảy khác nhau rất nhiều. Lý do là những obital 4f điền đủ e đã làm thay đổi
kiến trúc e của nguyên tử các nguyên tố sau lantanoit.
Cả 3 kim loại khi tinh khiết có những tính chất cơ lý tốt, nhưng khi chứa các tạp
chất (O, N, C, B, H…) trở nên giịn do tạo hợp chất có thành phần biến đổi.
Tinh thể kim loại có mạng lập phương tâm khối.
2.ĐIỀU CHẾ
-Để điều chế V, Nb, Ta đầu tiên người ta chuyển các hợp chất thiên nhiên của
chúng thành oxit hoặc halogenua đơn giản:
X2O5 + 5Ca = 5CaO + 2X
K2[XF7] + 5Na = 2KF + 5NaF + X
*Điều chế Nb và Ta
-Nb và Ta kim loại thu được từ tinh quặng quặng sử dụng công nghệ phức tạp
trong ba giai đoạn:
1.
2.

3.

Đầm quặng, sản xuất tập trung
Tách niobi và tantan và thu được các hợp chất hóa học tinh khiết của chúng.
-Do tính chất rất gần nhau nên việc tách Nb ra khỏi Ta gặp rất nhiều khó
khăn. Để tách riêng chúng người ta có thể chiết lọc hỗn hợp florua bằng
tribenzylamin hay cupferon trong clorofom hoặc dùng phương pháp trao đổi
ion.
Thu hồi và tinh chế kim loại và hợp kim của nó


-1907 Bonton đã điều chế các kim loại tinh khiết Nb, Ta khi dùng Na khử
floroniobat và florotantalat. Bên cạnh đó Nb, Ta có thể điều chế theo phương pháp
Aken-Đơbơe. Ngồi ra Nb, Ta cịn được điều chế bằng cách dùng những kim loại:
Na, Ca khử pentaoxit, pentaclorua hay muối phức cloro của niobi và tantan:
Ví dụ:

Nb2O5 + 5Ca = 5CaO + 2Nb
K2[TaF7] + 5Na = 2KF + 5NaF + Ta

-Ta còn điều chế bằng cách điện phân Ta2O5 trong K2[TaF7] nóng chảy.
*Điều chế V:
-Nguyên liệu để sản xuất V là: quặng sắt có chứa V.
Quặng sau khi tuyển được đưa vào lò cao để luyện gang với V. Khi luyện
thép từ gang chứa V thu được xỉ có chứa FeVO 4. Nung xỉ với NaCl khi
có mặt oxi ở 900°C ta có:
4FeVO4 + 4NaCl + O2 = 4NaVO3 + 2Fe2O3 + 2Cl2
2. Chế hóa Natrimetavanadat (NaVO3) với axit để thu V2O5.
NaVO3 + HCl → NaCl + V2O5 + H2O
3. Dùng Al khử V2O5 sẽ được V
10Al + 3V2O5 → 6V + 5Al2O3
Nhưng để có được V rất tinh khiết ta điều chế bằng cách nhiệt phân VI 2 theo

phương pháp Aken-Đơbơe.
Để có hợp kim ferovanadi (V<30%) người ta khử V2O5 bằng ferosilic:
2V2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4V.
1.

3/ Hóa tính
Ở nhiệt độ thường cả ba kim loại khá trơ về mặ hóa học do có màng oxit mỏng và
bền bảo vệ bề mặt kim loại.
Khi đun nóng, các kim loại tác dụng với O2 và F2 tạo thành E2O5 và florua EF5 (E
là V, Nb,Ta).
Ở nhiệt độ cao chúng td với Clo lưu huỳnh, Cacbon, Silic,...tạo nên một số hợp
chất kiểu xâm nhập và có thành phần biến đổi giống như các nguyên tố nhóm IVB.
NbC và TaC có độ cứng và nhiệt độ nóng chảy 3350->3800°C khơng thua kém
kim cương Ở dạng bột Nb và Ta td với hơi nước giải phóng H2


Vanadi ở đk thường chỉ tan trong dd HF đặc tạo VF3 và tan tring nước cường thủy
tạo VCl4, khi đun nóng totng HNO3 tạo VO2NO3 và trong H2SO4 đặc tạo nên
VOSO4 Niobi và Tantan chỉ td chậm với đ HF và tan dễ dàng trong hỗn hợp HF và
HNO3.
3Ta +5HNO3+ 21HF= 3H2[TaF7] + 5NO +10H2O
Cả ba KL td với kiềm nóng chảy khi có mặt chất oxh
4E +12KOH + 5O2= 4K3[EO4]+ 6H2O

II/ Hợp chất
1.

Hợp chất Vanadi
1.1/ Amoni metavanadat (NH4VO3)

Có thể tác dụng với kẽm tạo ra các màu khác nhau của vanađi ở bốn trạng thái ơxy
hóa phổ biến. Các trạng thái ơxy hóa thấp hơn ở dạng hợp chất
như V2O (+1), V(CO)6 (0), V(CO)6- (-1) và các dẫn xuất bị thay thế.
Pin khử vanađi kết hợp các trạng thái ơxy hóa này; sự chuyển đổi của các trạng
thái ôxy hóa này được minh họa bởi sự khử của các dung dịch axit mạnh của hợp
chất vanađi(V) với bột kẽm. Đặc điểm màu vàng ban đầu của ion vanadat, VO3−4,
bị thay thế bằng màu xanh dương của [VO(H2O)5]2+, sau đó là màu lục của
[V(H2O)6]3+ và sau cùng là màu tím của [V(H2O)6]2+.
1.2/Vanađi(V) oxít
Hợp chất thương mại quan trọng nhất, được dùng làm chất xúc tác trong sản xuất
axit sunfuric. Hợp chất này ơxy hóa lưu huỳnh đioxit (SO2) tạo thành trioxit (SO3).
V2O5 + 2SO2 → V2O3 + 2SO3
Chất xúc tác được tạo thành bằng cách ơxy hóa vanađi trong khơng khí:
V2O3 + O2 (xúc tác:V2O5)→ V2O5
2. Hợp chất Niobi
Các hợp chất chứa niobi là tương đối hiếm gặp, nhưng một số trong chúng có
độc tính và cần cẩn thận khi tiếp xúc.
3. Hợp chất Tantan
3.1.Ta2O5
Ta2O5 (Tantan pentoxit) còn được gọi dưới một cái tên khác là tantan(V) oxit, là
một hợp chất vơ cơ có thành phần gồm hai ngun tố tantan và oxy. Về vẻ bề
ngoài, hợp chất này là một chất rắn màu trắng, nhiệt độ nóng cháy là 1500C, không
tan trong tất cả các dung môi, trừ các bazơ mạnh và axit hidro floric HF. Ta2O5 là


một vật liệu trơ với chỉ số khúc xạ cao và hấp thụ thấp (khơng màu), làm cho nó có
ứng dụng to lớn trong việc chế tạo các lớp phủ. Hợp chất này cũng được sử dụng
rộng rãi trong sản xuất tụ điện, do hằng số điện trở cao của nó.
Ta2O5 + 2KOH = 2KTaO3 + H2O
Tantalat được tạo nên khi nấu chảy Ta2O5 trong cacbonat kim loại kiềm, tan trong

nước tạo hexantantalat.
Ta2O5 + K2CO3 = K3TaO4 + CO2
6K3TaO4 + 5H2O = K8Ta6O19 + 10KOH
Peoxitantalat được tạo nên khi các hợp chất của Ta(V) tác dụng với dung dịch
H2O2.
Ta2O5 + 8H2O2 + 6KOH = 2KTa(O2) + 11H2O
TaO2 là bột màu đen, trơ với dung dịch axit và kiềm, được tạo nên khi khử Ta2O5
ở nhiệt độ cao 1700C.
Ta2O5 + C = 2TaO2 + CO.
3.2.TaCl5
Tantali (V) clorua , còn được gọi là tantali pentachlorua , là một hợp chất vô cơ với
cơng thức TaCl 5 . Nó có dạng bột màu trắng. Nó dễ dàng thủy phân để tạo thành
tantali (V) oxyclorua (TaOCl3) và cuối cùng là tantali pentoxit (Ta 2 O 5 ); điều này
địi hỏi nó phải được tổng hợp và xử lý trong điều kiện khan, sử dụng các kỹ thuật
khơng có khơng khí.
3.2.1 Tính chất vật lý.
Độ tan của tantali pentachlorua tăng nhẹ đối với dãy hiđrocacbon thơm sau:
benzen < toluen < m -xylen < mesitylen
Điều này thể hiện ở việc màu sắc của dung dịch đậm dần từ vàng nhạt đến da
cam. Tantali pentachlorua ít hịa tan trong xyclohexan và cacbon tetraclorua hơn
trong hydrocacbon thơm. Các dung dịch tantali pentachlorua như vậy cũng được
biết đến là chất dẫn điện kém, cho thấy ít ion hóa.


3.2.2 Tổng Hợp

Tantali pentachlorua có thể được điều chế bằng cách cho tantali kim loại phản
ứng với khí clo ở nhiệt độ từ 170 đến 250 ° C. Phản ứng này cũng có thể được thực
hiện bằng cách sử dụng HCl ở 400 ° C.
2 Ta + 5 Cl 2 → 2 TaCl 5

2 Ta + 10 HCl → 2 TaCl 5 + 5 H 2
Nó cũng có thể được điều chế bằng phản ứng giữa tantali pentoxit và thionyl
clorua ở 240 ° C
Ta 2 O 5 + 5 SOCl 2 → 2 TaCl 5 + 5 SO 2
Tantali pentachlorua có bán trên thị trường, tuy nhiên các mẫu có thể bị nhiễm
tantali (V) oxychloride (TaOCl 3 ), được hình thành bằng cách thủy phân.

3.2.3 Một số phản ứng của TaCl5
TaCl 5 tạo phức bền với ete :
TaCl 5 + R 2 O → TaCl 5 (HOẶC 2 ) (R = Me, Et)
TaCl 5 cũng phản ứng với photpho pentachlorua và photpho oxyclorua , chất trước
đóng vai trị là chất cho clorua và chất sau đóng vai trị là phối tử, liên kết thông
qua oxy:
TaCl 5 + PCl 5 → [ PCl+4] [ TaCl-6]
TaCl 5 + OPCl 3 → [TaCl 5 (OPCl 3 )]
Tantali pentachlorua phản ứng với các amin bậc ba để tạo ra các sản phẩm kết tinh.
TaCl 5 + 2 R 3 N → [TaCl 5 (NR 3 )]


Các phản ứng chuyển vị clorua
Tantali pentachlorua phản ứng ở nhiệt độ phòng với lượng dư triphenylphosphine
oxit để tạo ra oxychloride:
TaCl 5 + 3 OPPh 3 → [TaOCl 3 (OPPh 3 )] x ...