Элемент группы 5 - Group 5 element

Группа 5 в периодической таблице
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийСвинецВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБеркелиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумNihoniumФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
группа 4 ←    → группа 6
Номер группы ИЮПАК5
Имя по элементугруппа ванадия
Номер группы CAS
(США, образец A-B-A)
VB
старый номер ИЮПАК
(Европа, схема А-Б)
VA
↓ Период
4
Изображение: Ванадий травленый
Ванадий (V)
23 Переходный металл
5
Изображение: кристаллы ниобия
Ниобий (Nb)
41 Переходный металл
6
Изображение: Тантал, монокристалл
Тантал (Та)
73 Переходный металл
7Дубний (Дб)
105 Переходный металл

Легенда

изначальный элемент
синтетический элемент
Цвет атомного номера:
черный = сплошной

Группа 5 (к ИЮПАК style) - это группа элементы в периодическая таблица. Группа 5 содержит ванадий (V), ниобий (Nb), тантал (Ta) и дубний (Дб). Эта группа находится в d-блок таблицы Менделеева. Сама группа не приобрела банальное имя; он принадлежит к более широкой группе переходные металлы.

Три более легких элемента Группы 5 встречаются в природе и обладают схожими свойствами; все трое тяжелые тугоплавкие металлы в 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 других изотопов - даже больше. радиоактивный. На сегодняшний день экспериментов в суперколлайдер были проведены синтезировать следующий член группы, unpentseptium (Ups) или unpentennium (Upe). Поскольку unpentseptium и unpentennium опаздывают период 8 элементов маловероятно, что эти элементы будут синтезированы в ближайшее время.

Химия

Как и другие группы, члены этого семейства демонстрируют закономерности в своем электронная конфигурация, особенно крайние оболочки, хотя ниобий, как ни странно, не следует тенденции:

ZЭлементКоличество электронов / оболочка
23ванадий2, 8, 11, 2
41ниобий2, 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: формы ванадия оксид ванадия (II), оксид ванадия (III), оксид ванадия (IV) и оксид ванадия (V), формы ниобия оксид ниобия (II), оксид ниобия (IV) и оксид ниобия (V), но только из оксидов тантала оксид тантала (V) характеризуется. 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 разные неорганические соединения, как правило, в степени окисления +5. Также известны более низкие степени окисления, но они менее стабильны, их стабильность снижается с увеличением атомной массы.

История

Ванадий был открыт Андрес Мануэль дель Рио, мексиканский минералог испанского происхождения, в 1801 г. ванадинит. После того, как другие химики отвергли его открытие эритроний он отозвал свой иск.[2]

Ниобий был обнаруженный английским химиком Чарльз Хэтчетт в 1801 г.[3]

Тантал был впервые открыт в 1802 г. Андерс Густав Экеберг. Однако считалось, что он идентичен ниобию до 1846 года, когда Генрих Роуз доказал, что эти два элемента были разными. Чистый тантал производился только в 1903 году.[4]

Дубний впервые был произведен в 1968 г. Объединенный институт ядерных исследований бомбардировкой америций-243 с неоном-22 и снова производился на Лаборатория Лоуренса Беркли в 1970 г. Для элемента были предложены названия «neilsbohrium» и «joliotium», но в 1997 г. ИЮПАК решил назвать элемент дубний.[4]

Этимологии

Ванадий назван в честь Ванадис, скандинавская богиня любви. Ниобий назван в честь Ниоба, фигура из Греческая мифология. Тантал назван в честь Тантал, фигура из греческой мифологии. Дубний назван в честь Дубна, Россия, где это было обнаружено.[4]

Вхождение

В земной коре содержится 160 частей на миллион ванадия, что делает его 19-м по численности элементом. Почва содержит в среднем 100 частей на миллион ванадия, и морская вода содержит 1,5 частей на миллиард ванадия. Типичный человек содержит 285 частей на миллиард ванадия. Известно более 60 ванадиевых руд, в том числе 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 миллион. квадриллион ниобия. Типичный человек содержит 21 часть на миллиард ниобия. Ниобий находится в минералах 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 - 2 части на триллион тантала. Типичный человек содержит 2,9 частей тантала на миллиард. Тантал содержится в минералах танталит и пирохлор.[4]

Производство

Приблизительно 70000 тонны ванадиевой руды добывается ежегодно, из них 25000 т ванадиевой руды производится в России, 24000 т - Южная Африка, 19000 в Китае и 1000 в Казахстан. Ежегодно производится 7000 т металлического ванадия. Получить ванадий путем нагревания его руды с углеродом невозможно. Вместо этого ванадий производится путем нагревания оксид ванадия с кальцием в сосуд под давлением. Ванадий очень высокой чистоты получают в результате реакции трихлорид ванадия с магнием.[4]

Ежегодно добывается 230000 т ниобиевой руды, Бразилия добыча 210 000 т, Канада производство 10000 т, и Австралия производя 1000 т. Ежегодно производится 60000 т чистого ниобия.[4]

Ежегодно добывается 70000 т танталовой руды. Бразилия производит 90% танталовой руды, с Канадой, Австралией, Китаем и Руанда также производящий элемент. Спрос на тантал составляет около 1200 т в год.[4]

Дубний производится синтетически путем бомбардировки актиниды с более легкими элементами.[4]

Приложения

Основное применение ванадия - это сплавы, такие как ванадиевая сталь. Ванадиевые сплавы используются в пружины, инструменты, реактивные двигатели, броня покрытие, и ядерные реакторы. Оксид ванадия придает керамике золотистый цвет, а другие соединения ванадия используются в качестве катализаторы производить полимеры.[4]

В небольшое количество ниобия добавляют нержавеющая сталь улучшить его качество. Сплавы ниобия также используются в соплах ракет из-за высокого содержания ниобия. коррозия сопротивление.[4]

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

Токсичность

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

Считается, что ниобий и его соединения слабо токсичны, но об отравлении ниобием не известно. Ниобиевая пыль может раздражать глаза и кожу.[4]

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

Биологические явления

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 биохимии живых систем. биология, и это более важно в океанской среде, чем на суше.

Ванадий, необходимый для асцидии и оболочки так как ванабины, был известен в клетки крови из Ascidiacea (морские брызги) с 1911 года,[5][6] по концентрации ванадия в их крови более чем в 100 раз выше, чем концентрация ванадия в морской воде вокруг них. Некоторые виды макрогрибов накапливают ванадий (до 500 мг / кг в сухом весе).[7] Ванадий-зависимый бромпероксидаза образует броморганические соединения у ряда видов морских водоросли.[8]

Крысы и куры также известно, что ванадий требуется в очень малых количествах, а недостаток приводит к замедлению роста и ухудшению воспроизведение.[9] Ванадий - относительно противоречивый пищевая добавка, в первую очередь для увеличения инсулин чувствительность[10] и бодибилдинг. Ванадил сульфат может улучшить контроль глюкозы у людей с диабет 2 типа.[11] Кроме того, декаванадат и оксованадаты - это виды, которые потенциально обладают многими биологическими активностями и успешно используются в качестве инструментов для понимания нескольких биохимических процессов.[12]

Рекомендации

  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. ^ Синтас, Педро (2004). «Дорога к химическим названиям и эпонимам: открытие, приоритет и кредит». Angewandte Chemie International Edition. 43 (44): 5888–94. Дои: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). 11 (5): 120–122. Bibcode:1802AnP .... 11..120H. Дои:10.1002 / andp.18020110507.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п 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). 72 (5–6): 494–501. Дои:10.1515 / bchm2.1911.72.5-6.494.
  6. ^ Мичибата Х., Уяма Т., Уэки Т., Канамори К. (2002). «Ванадоциты, клетки - ключ к решению высокоселективного накопления и восстановления ванадия в асцидиях» (PDF). Микроскопические исследования и техника. 56 (6): 421–434. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1039 / b302337k. PMID  15039842.
  9. ^ Шварц, Клаус; Милн, Дэвид Б. (1971). «Эффекты роста ванадия у крысы». Наука. 174 (4007): 426–428. Bibcode:1971 г. наук ... 174..426С. Дои: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. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1016 / j.jinorgbio.2008.11.010.

дальнейшее чтение

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