bài giảng nhóm IIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn

CHƯƠNG NHÓM IIIB;IVB
CHƯƠNG NHÓM IIIB;IVB


Các nguyên tố nhóm IIIB

Nhóm IIIB gồm các nguyên tố: Scandi (Sc),Ytri (Y), Lantan (La) và Actini (Ac)

cấu hình electron của lớp hoá trị (n-1)d
1
ns
2
. Chúng là những nguyên tố đầu tiên
của các dãy chuyển tiếp d (3d, 4d, 5d, 6d) và mới chỉ có 1 electron ở phân nhóm d
nên kém bền.

chỉ có thể hiện 1 số OXH duy nhất là +3

các nguyên tố nhóm IIIB ít khả năng tạo phức

Các nguyên tố nhóm IVB

Nhóm IVB gồm các nguyên tố: Titan (Ti), Ziconi (Zr), Hafni (Hf)

cấu hình lớp hoá trị (n-1)d
2
ns
2
.


thể hiện các số OXH +2, +3, và +4. Số OXH thấp +2, và +3 xuất hiên rõ nét ở Ti
song kém đặc trưng Zr và Hf. Số OXH +4 đặc trưng cho cả ba nguyên tố trong
nhóm, tính bền của số OXH này tăng lên từ Ti đến Hf

NỘI DUNG
NỘI DUNG
1. ĐƠN CHẤT
1. Tính chất lý học
2. Tính chất hóa học
3. Ứng dụng
4. Trạng thái tự nhiên, điều chế
2. HỢP CHẤT

Đơn chất Ti, Zr , Hf

Ở nhiệt độ thường bền với không khí và nước

Ở nhiệt độ cao tác dụng được với cả phi kim điển hình lẫn không điển hình như
Halogen, Oxi, Nitơ, lưu huỳnh, Cacbon, Silic, Bo

2Ti + 6HCl = 2TiCl3 + 3H2

E + 6HF = H2(EF6) (E=Ti, Zr, Hf)

Ti tác dụng với H
2
SO
4
đặc, Zr tác dụng với dung
dịch cường thuỷ, cả ba kim loại đều tác dụng với hỗn

hợp dung dịch HNO
3
và HF
2Ti + 6H2SO4đặc = Ti2(SO4)3 + 3SO2 + 6 H2O
3Zr + 4HNO3 + 18 HCl = 3H2[ZrCl6] + 4NO + 8H2O
3E + 4HNO3 + 18HF = 3H2[EF6] + 4NO + 8H2O
(E=Ti,Zr,H7)


Với kiềm cả ba kim loại đều bền ở nhiệt độ thường, song Ti có thể tác
dụng với kiềm nóng chảy.

Ti + 4NaOH = Na4TiO4 + 2H2

Hợp chất nhóm IVB

Hợp chất các số OXH +2

Ti(ii) có tính khử mạnh
2TiO + 3H2SO4 = Ti2(SO4)3 + H2 + 2H2O
2Ti(OH)2 + 2H2O = 2Ti(OH)3 + H2
2TiCl2 = Ti + TiCl4


Hợp chất có số OXH +3
Mới tìm thấy ở Ti như Ti2O3, Ti(OH)3, TiCl3, Ti2(SO4)3,
Ti(NO3)2… Ti(III) có tính khử mạnh, ví dụ
4Ti(OH)3 + O2 = 4H2TiO3 + 2H2O
4TiCl3 + O2 + 2H2O = 4TiOCl2 + 4HCl
2TiCl3 = TiCl2 + TiCl4

Hợp chất OXH +4

Xuất hiện ở cả 3 nguyên tố trong nhóm có độ bền cao và độ bền văng
lên từ Ti đến Hf

TiO
2
TiO
2
nH
2
O

ZrO
2
ZrO
2
nH
2
O HfO
2
HfO
2
nH
2
O

H
s

-944 -1095 -114KJ/mol
TiS
2
ZrS
2
HfS
2
TiO
3
2−
, TiO
4
−
ZrO
4
4−
HfO
4
4−
Ti(SO
4
)
2
,
[Ti(SO
4
)
3
]
2−

Zr(SO
4
)
2
, [Zr(SO
4
)
3
]
2−
Hf(SO
4
)
2
, [Hf(SO
4
)
3
]
2−
TiX
4
, Ti[X
6
]
2−
ZrX
4
, ZrX
6

2−
, ZrX
7
3−
,
ZrX
8
4−
HfX
4
, HfX
6
2−
, HfX
7
3−
,
HfX
8
4−

CHƯƠNG NHÓM VB
CHƯƠNG NHÓM VB


Vanadi (V), Niobi (Nb), Tantan (Ta)

ứng với cấu hình lớp hóa trị (n-1)d
3
ns

2
hoặc (n-1)d
4
ns
1
.

Trong các tương tác hóa học các kim loại VB có khả năng thể hiện các số oxh +1,
+2,+3,+4, và +5 Vanadi thể hiện cả 4 số oxh thể hiện ở cả 3 kim loại.

Tính bền của hợp chất +5 tăng lên từ V đến Ta.

Các đơn chất V, Nb, Ta

Các kim loại V, Nb, Ta tạo ra nhiều hợp kim với Fe, Cr, Ti, Mo, W….
nên chúng được sử dụng nhiều làm chất cho thêm vào các loại thép tạo
ra những hợp kim có tính năng đặc biệt.


Ở nhiệt độ thường cả 3 kim loại khá trơ về mặt hóa học, nhất là Nb và
Ta.

Khi đun nóng các kim loại tác dụng với oxi và flo tạo ra oxit E2O5 và
florua EF5 (E = V, Nb, Ta).

Ở nhiệt độ cao chúng tác dụng được với Clo, Nitơ, lưu huỳnh, cacbon,
silic


Với dung dịch HF đặc Vanadi tác dụng dễ dàng tạo ra VF3, còn Nb, Ta

tác dụng chậm trong HF đặc, song tan nhanh trong hỗn hợp HNO3 và
HF.

3Ta + 5HNO3 + 21HF = 3H2 [TaF7] + 5NO + 10H2O


Vanadi tác dụng với HNO3 đặc nóng tạo ra VO2NO3, tác dụng với
H2SO4 đặc tạo ra VOSO4 và tan ra trong cường thủy tạo ra VCl4

Cả ba kim loại đều tác dụng với kiềm nóng chảy khi có mặt chất oxi hóa
4E + 12KOH + 5O2 = 4K3[EO4] + 6H2O

Hợp chất của V, Nb, Ta

Hợp chất có oxi hóa +2,+3
Số Oxi hóa +2, +3 xuất hiện nhiều ở Vanadi, rất ít ở Niobi và chưa tìm thấy ở Ta, ví dụ: VO, VCl2,
VCl2.6H2O, VSO4, VSO4.6H2O….
V2O3, V2O3.nH2O, VCl3, VI3.6H2O, M
+
[V(SO4)2]12H2O, VX6
3-
, V(CN)6
3-
….
Nb2O3, Nb2O3.n H2O.
V(II) và V(III), cũng như Nb(III) đều mang tính khử
VCl2 + SnCl2 + H2O = Sn + VOCl2 + 2HCl
2VCl3 = VCl2 + VCl4

Hợp chất có số OXH +4


Đối với Vanadi, số OXH +4 bền hơn +3 và +5

Số oxh +4 xuất hiện nhiều ở Vanadi, tương đối ít ở Zr và Hf, ví dụ
VO2, VO(OH)2, [VO(H2O)5]
2+
, VOF2, VOCl2 VOBr2 , VOSO4, [VOX4]
2-
,
[VO(SO4)2]
2-
, [VO(C2O4)2]
2-
, [VO(NCS)4]
2-
,…
NbO2, NbCl4, TaO2, TaCl4, …


Vanadi dioxit VO2 tan được trong axit và trong kiềm tạo ra muối
vanadyl và vanadit
VO2 + 2HCl = VOCl2 + H2O
VO2 + 4KOH = K4VO4 + 2H2O

VO
2+
bền, trong dung dịch nằm ở dạng phức VO(H2O)5]
2+

Hợp chất có số OXH +5


Số OXH +5 xuất hiện trong các hợp chất của cả 3 kim loại. độ bền của
số OXH +5 tăng lên từ V  Ta
V2O5 Nb2O5 Ta2O5
Gtt KJ/mol -1427 -1776 - 1908

V2O5 là một chất lưỡng tính,
tính axit > tính bazơ
V2O5 + 2HCl = 2VO2Cl + H2O
V2O5 + 6KOH = 2K3VO4 + 3H2O


Trong dung dịch axit đặc, V2O5 tan tạo ra ion dioxovanadi (VO2
+
) như
VO2X, VO2NO3, (VO2)2SO4…

V2O5 có tính oxy hóa rõ rệt, tác dụng với HCl đặc giải phóng Clo, trái
lại Ta2O5 không tác dụng

V2O5 + 6HCl= 2VO2Cl + CL2 + 3H2O