Elementi Vb grupe PSE

U Vb grupu spadaju prelazni metali vanadijum, niobijum i tantal, kao i visoko radioaktivni dubnijum. Manje su reaktivni od metala IVb grupe. Reaktivniost im blago raste porastom atomske težine.

Vanadijum

• atomski broj: 23
• A_r: 92,906
• grupa: 5b
• perioda: N
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 3680 K
• T.T: 2183 K
• gustina: 6g/cm³
• elektronegativnost: 1,6
• otkriće: Nils Sefstrom, 1830.
• lat. naziv: vanadium
• oksidaciona stanja: +1 do +5, -3
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 11, 2
• elektronska konfiguracija: [Ar]3d³4s²
• brzina zvuka (m s^-1): 4560
• atomski poluprečnik: 135 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • V -> V⁺, 650
  • V⁺ -> V²⁺, 1414
  • V²⁺ -> V³⁺, 2828
  • V³⁺ -> V⁴⁺, 4507
  • V⁴⁺ -> V⁵⁺, 6294
• izotopi:
  1. V-50
     • zastupljenost u prirodi: 0,25%
     • raspad: zarobljavanje elektrona i beta^-
     • vreme poluraspada: 10¹⁷ godina
     • raspada se na: Ti-50, Cr-49
  2. V-51
     • zastupljenost u prirodi: 99,75%
     • raspad: stabilan
  3. Sintetisani su izotopi V atomskih masa 48 i 49.

Niobijum

• atomski broj: 41
• A_r: 92,9
• grupa: 5b
• perioda: O
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 5017 K
• T.T: 2750 K
• gustina: 8,57g/cm³
• elektronegativnost: 1,6
• otkriće: Charles Hatchet, 1801.
• lat. naziv: niobium
• oksidaciona stanja: +1 do +5
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 12, 1
• elektronska konfiguracija: [Kr]4d⁴5s¹
• brzina zvuka (m s^-1): 3480
• atomski poluprečnik: 145 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Nb -> Nb⁺, 664
  • Nb⁺ -> Nb²⁺, 1382
  • Nb²⁺ -> Nb³⁺, 2416
  • Nb³⁺ -> Nb⁴⁺, 3695
  • Nb⁴⁺ -> Nb⁵⁺, 4877
• izotopi:
  1. Nb-93
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Sintetisani su izotopi Nb atomskih masa 91, 92, 94 i 95.

Tantal

• atomski broj: 73
• A_r: 180,95
• grupa: 5b
• perioda: P
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 5731 K
• T.T: 3290 K
• gustina: 16,69g/cm³
• elektronegativnost: 1,5
• otkriće: Andreas, 1802.
• lat. naziv: tantalum
• oksidaciona stanja: +1 do +5
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 11, 2
• elektronska konfiguracija: [Xe]4f¹⁴5d³6s²
• brzina zvuka (m s^-1): 3400
• atomski poluprečnik: 145 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Ta -> Ta⁺, 761
  • Ta⁺ -> Ta²⁺, 1500
  • Ta²⁺ -> Ta³⁺, 2100
  • Ta³⁺ -> Ta⁴⁺, 3200
  • Ta⁴⁺ -> Ta⁵⁺, 4300
• izotopi:
  1. Ta-180
     • zastupljenost u prirodi: 0,012%
     • raspad: zarobljavanje elektrona i beta^-
     • vreme poluraspada: 1,2*10¹⁵ godina
     • raspada se na: Hf-180, W-180
  2. Ta-181
     • zastupljenost u prirodi: 99,988%
     • raspad: stabilan
  3. Sintetisani su izotopi Ta atomskih masa 177, 178, 178, 179, 182 i 183.

Dubnijum

• atomski broj: 105
• A_r: 261
• grupa: 5b
• perioda: Q
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: ? K
• T.T: ? K
• gustina: ?g/cm³
• elektronegativnost: ?
• otkriće: Dubna, 1970.
• lat. naziv: dubnium
• oksidaciona stanja: +5
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
• elektronska konfiguracija: [Rn]5f¹⁴6d³7s²
• atomski poluprečnik: ? pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Db -> Db⁺, 640
• izotopi:
  1. Dubnijum je veštački element sa najstabilnijim izotopom Db-268 koji ima vreme poluraspada preko 30h.

Dobijanje

Elementi Vb grupe u prirodi dolaze u obliku ruda. Najvažnije rude vanadijuma su patronit (VS₄), vanadinit (Pb₅(VO₄)₃Cl) i karnotit (K₂(UO₂)₂(VO₄)₂*3H₂O). Niobijum uvek prati tantal u rudama. Najpoznatije rude tantala i niobijuma su kolumbit ((FeMn)(NbTa)₂O₆), pirohlor ((Na,Ca)₂Nb₂O₆OH,F) i tantalit ((Fe, Mn)Ta₂O₆). vanadijum se iz ruda izdvaja tretiranjem sa najtrijum-hloridom ili sodom. Nastaje NaVO₃ koji se tretira kiselinama do V₂O₅ ili VCl₅. Oksid se redukuje kalcijumom, a hlorid magnezijumom.

V₂O₅ + 5Ca -> 5CaO + 2V

2VCl₅ + 5Mg -> 5MgCl₂ + 2V

Tantal i niobijum se odvajaju elektrolizom, a često se korisi redukcija kalijum-fluorotantalata (dobija se delovanjem na rudu prvo alkalije, a zatim HF) natrijumom:

K₂TaF₆ + 4Na -> 2KF + 4NaF +Ta

kao i reakcija oksida i karbida.

5TaC + Ta₂O₅ -> 5CO + 7Ta

Reakcije

Metali Vb grupe slabo su reaktivni. Ne reaguju ni sa vodom ni sa kiseonikom iz vazduha jer su zaštićeni tankim slojem oksida. Sa halogenima regauju pri zagrevanju:

2Nb + 5Cl₂ -> 2NbCl₅

U većini neorganskih kiselina se ne rastvaraju. Reaguju sa HF (v. elemente IVb grupe) gradeći komplekse. Reaguju i sa rastopljenim alkalijama.

V + 2KOH + 10H₂O -> 2KV(OH)₆ + 5H₂

Primena

Kao tehnički metali, metali Vb grupe ne koriste se mnogo. Vanadijumova najznačajnija legura je ferovanadijum. Odlikuje se velikom čvrstoćom. Niobijum se koristi superlegure (feroniobijum, legure sa niklom, kobaltom). Ove legure koriste se za specijalne delove aviona, raketa... Tantal nalazi primenu kao jedan od sastojaka legura sa izuzetno visokom tačkom topljenja. Koristi se i za hirurška pomagala jer je otporan na dejstva telesnih tečnosti.

Jedinjenja

Metali pete grupe grade okside i soli, kao i nestabilne hidrokside. Njihova najvažnija jedinjenja su karbidi i oksidi. Imaju sposobnost izgradnje komplekasa.

Literatura:

• Mini Periodic Table
• Periodni sistem elemenata sa Sveta hemije
• wikipedia.org