V группа. Побочная подгруппа

ВАНАДИЙ
НИОБИЙ
ТАНТАЛ

Все элементы побочной подгруппы относятся к редким и рассеянным, практически не имеют собственных руд, встречаются в виде полиметаллов, чаше всего с железом Fe(NbO3)2, Fe(TaO3)2. Получают электролизом расплавов соответствующих солей.
Физические свойства резко зависят от чистоты металла, так чистый ниобий имеет температуру плавления 1700оС, а с примесью углерода 2200оС. Тоже относится к пластичности и твердости.

ВАНАДИЙ

Впервые ванадий был фактически открыт в 1781 г. профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для него название "панхромий" из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем на "эритроний". Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.
В 1830 году ванадий был открыт заново шведским химиком Нильсом Сефстрёмом в железной руде. Новому элементу название дали Берцелиус и Сефстрём. Ванадий образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини красоты Ванадис.

НИОБИЙ

Нио́бий был открыт в 1801 г. английским учёным Ч. Хатчетом в минерале (колумбите), найденном в бассейне р. Колумбии, и потому получил название «колумбий».
В 1844 г. немецкий химик Генрих Розе переименовал его в «ниобий» в честь дочери Тантала Ниобы, чем подчеркнул сходство между ниобием и танталом. Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — колумбий, и только в 1950г. решением Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC) элементу окончательно было присвоено название ниобий.

Колумбит

ТАНТАЛ

Тантал открыт в 1802 г. шведским химиком А. Г. Экебергом в двух минералах, найденных в Финляндии и Швеции. В последующем тантал и колумбий считали тождественными. Лишь в 1844 г. немецкий химик Розе доказал, что минерал колумбит содержит два различных элемента — ниобий и тантал.
Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Больтеном в 1903 г.
Элемент назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала, из-за трудностей его получения в чистом виде.

Химические свойства
Довольно инертные в химическом отношении элементы, взаимодействуют в виде порошков при высоких температурах с кислородом, серой, углеродом, галогенами:
4V + 5O2 = 2V2O5
2Ta + 5Cl2 = 2TaCl5
2V + 3S = V2S3
Nb + C = NbC
В расплавленном состоянии хорошо адсорбируют водород и азот.

Очень устойчивы к агрессивным средам. Ванадий растворяется в концентрированной азотной кислоте и царской водке, а на ниобий и тантал действует только смесь азотной и плавиковой кислот при длительном нагревании:
V + 5HNO3 = HVO3 + 5NO2 + 2H2O
3Nb + 5HNO3 + 18HF = 3H[NbF6] + 5NO + 10H2O
В щелочах не растворяются, но при окислительном сплавлении можно получить соли анионного типа:
2Nb + Na2CO3 + 5NaNO3 =
2NaNbO3 + CO2 + 5NaNO2

С кислородом образуют ряд оксидов следующих составов: VO, V2O3 - основного характера,VO2 - амфотерный, V2O5, Nb2O5, Ta2O5 - кислотного характера.
Металлический ниобий можно получить восстановлением его соединений, например хлорида ниобия или фтор-ниобата калия, при высокой температуре:
K2NbF7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF
Соли ниобиевых кислот называют ниобатами. Их получают в результате обменных реакций после сплавления пятиокиси ниобия с содой:
Nb2O5 + 3Na2CO3 → 2Na3NbО4 + 3CO2

Довольно хорошо изучены соли нескольких ниобиевых кислот, в первую очередь метаниобиевой HNbO3, а также диниобаты и пентаниобаты (K4Nb2O7, К7Nb5О16 · mH2O). А соли, в которых элемент №41 выступает как катион, обычно получают прямым взаимодействием простых веществ, например
2Nb + 5Cl2 → 2NbCl5
Ярко окрашенные игольчатые кристаллы пентагалогенидов ниобия (NbCl5 – желтого цвета, NbBr5 – пурпурно-красного) легко растворяются в органических растворителях – хлороформе, эфире, спирте. Но при растворении в воде эти соединения полностью разлагаются, гидролизуются с образованием ниобатов:
NbCl5 + 4Н2О → 5HCl + Н3NbO4
Гидролиз можно предотвратить, если в водный раствор добавить какую-либо сильную кислоту.

Применение эти элементы находят как легирующие добавки к высококачественным сталям. Тантал успешно заменяет золото при изготовлении агрессивно стойкой химической посуды, в медицине.
Ниобиевые нити не вызывают раздражения живой ткани и хорошо сращиваются с ней. Восстановительная хирургия успешно использует такие нити для сшивания порванных сухожилий, кровеносных сосудов и даже нервов.