Skupina vanadu - Vanad, niob a tantal jsou prvky 5. A skupiny - Je sem přiřazován také protaktinium (aktinoid) a uměle syntetizovaný prvek o atomovém čísle 105 - Elektronová konfigurace valenční sféry: ns^2(n-1)d^3 - Formální ztrátou všech pěti elektronů valenční vrstvy získávají elektronovou konfiguraci vzácných plynů a nabývají maximálního oxidačního čísla V - Nejstabilnější oxidační stav: V - Vanad, niob i tantal jsou poměrně ušlechtilé, ale navíc se jejich povrch při styku s vodou a s roztoky pasivuje (tvorba ochranné vrstvy na povrchu kovu, zabraňující korozi a narušení povrchu) - Všechny tři prvky jsou odolné vůči oxidujícím kyselinám. Vanad - Elektronová konfigurace valenční vrstvy: 4s^23d^3 - Atomy vanadu mohou nabývat hodnot V, IV, III, II, I, 0 a -I - Stabilní oxidační stav: V - tvrdý, šedo-bílý, kujný kov - Atomy vanadu v oxidační stavu V mohou mít tetraedickou (VOCl[3], VO[4]^3-), trigonálně bipyramidální (VF[5]), oktaedrickou ([VF[6]]^ -) a dodekaedrickou ([V(O[2])[4]]^3-) koordinaci. - Sloučeniny V^V jsou diamagnetické (vložením do magnetického pole dojde k mírnému zeslabení vnějšího magnetického pole) - Sloučeniny s nižším oxidačním číslem vykazují paramagnetické chování a barevnost. - Využit vanadu: ocelářství. - Objev: A. M. del Rio v roce 1801 ve vzorku mexické olověné rudy, ale pod vlivem nesprávných názorů od svého objevu upustil. Znovu byl vanad objeven v roce 1830 N.G. Sefströmem ve švédských železných rudách. Název má podle skandinávské bohyně krásy Vanadis. Čistý kov izoloval v roce 1867 H. E. Roscoe redukcí VCl[5] vodíkem. - Teplota tání: 1915 °C - Teplota varu: 3350 °C Elementární vanad - Odolný vůči působení kyselin a vodných roztoků hydroxidů - Snadno se rozpouští v HF - Rozpouští jej pouze koncentrované oxidující kyseliny (ale jen za tepla) - V taveninách hydroxidů alkalických kovů se vanad rozpouští za vývoje vodíku a vzniku vanadičnanů Oxidy vanadu: V[2]O[5], VO[2], V[2]O[3], VO. - V[2]O[5] - oxid kovalentního charakteru s kyselými vlastnostmi, čistý je žlutooranžově zbarven - VO - oxid iontový a bazický - VO[2], V[2]O[3] tvoří přechod mezi oběma extrémy Příprava V[2]O[5] (NH[4])[4]V[4]O[12] == 2V[2]O[5] +4 NH[3] + 2 H[2]O - vzniká také spalováním vanadu v kyslíku - Ostatní oxidy se získávají redukcí V[2]O[5] oxidem siřičitým, vodíkem nebo kovovým vanadem. - Chemická individua: HVO[3], H[2]V[4]O[11] Ve vodných roztocích vanadičnanů nastává v závislosti na pH roztoků kondenzace na polyvanadičnany: 2 VO[3]^4- + 2H[3]O^+ == V[2]O[7]^4- + 3 H[2]O 2 V[2]O[7]^4- + 4 H[3]O^+ == H[2]V[4]O[13]^4- + 5 H[2]O 2 H[2]V[4]O[13]^-4 + 2 H[3]O^+ == H[4]V[8]O[25]^6- + 3 H[2]O - Stabilita halogenidů vadanu: - Fluor dokáže svou velkou elektronegativitou stabilizovat vanad především v jeho nejvyšších oxidačních stavech (VF[3], VF[4], VF[5]). - VF[5] – bezbarvý, teplota tání 99,5°C, teplota varu 48,3°C - Jod stabilizuje nízké oxidační stavy atomů vanadu (VI[3],VI[2]). - Halogenidy vanadu v oxidačním stavu V, IV, III ve vodě hydrolyzují. - Vanadité soli hydrolyzují jen nepatrně. - Halogenidy vanadnaté, stejně jako ostatní vanadnaté soli, jsou schopny redoxní reakce s protony ve vodných roztocích. Jejich redukčním působením vzniká vodík a vanad se oxiduje na vyšší oxidační stav. - Stálé sloučeniny vanadu: síran vanaditý, podvojné sírany vanadité, sulfidy a polysulfidy vanadu v různých oxidačních stavech, karbidy a nitridy (velmi tvrdé a netěkavé). Niob, Tantal - Podle výstavbového principu by atomy těchto prvků měly mít elektronovou konfiguraci valenčních sfér 5s^2 4d^3 a 6s^2 5d^3. - V atomech niobu je tato konfigurace přesmyknuta na energeticky výhodnější uspořádání 5s^1 4d^4, ale chování niobu tím není ovlivněno. - Oba prvky nejsnáze nabývají oxidačního stavu V, nižší oxidační stavy jsou málo obvyklé a nestálé. - Elementární niob a tantal jsou velmi odolné k působení kyselin. - Koncentrované kyseliny je ani za horka nerozpouštějí. - Odolávají i působení lučavky královské. - Jenom HF je rozpouští za vzniku vysoce stálých fluorokomplexních aniontů. Reagují s roztavenými hydroxidy alkalických kovů. - Bezvodý oxid niobičný a oxid tantaličný lze připravit dehydratací hydrátů těchto oxidů nebo spalováním kovů v proudu kyslíku. - Jsou amfoterní a vodou se pouze hydratují. - Niob i tantal v oxidačním stavu V se ochotně stávají středovými atomy fluorokomplexů a oxidokomplexů. - Halogenidy niobičné a tantaličné jsou velmi stálé látky (dosahují nejvyššího oxidačního stavu). - Nižší oxidační stavy mají niob a tantal v poměrně stálých oxidech NbO[2]. NbO, TaO[2] - připravují se redukcí Nb[2]O[5] resp. Ta[2]O[5] vodíkem nebo hořčíkem. - Významné sloučeniny niobu a tantalu jsou karbidy NbC a TaC. Ty jsou používané v obráběcí technice pro svou velkou tvrdost a tepelnou stálost. Zdroje: Chemie prvků. Edited by N.N Greenwood - A. Earnshaw, Translated by F. Jursík. Praha: Informatorium, 1993. 793 s. ISBN 80-85427-38-9. Obecná a anorganická chemie [Klikorka, 1985]. KLIKORKA, Jiří, Bohumil HÁJEK a Jiří VOTINSKÝ. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1985. 591 s