Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Сульфиды, как и оксиды, обладают значительной широтой области гомогенности.
Нитрид ы ё-металлов IV группы образуются при непосредственном взаимодействии с молекулярным азотом, несмотря на очень большую устойчивость молекул Ы2. В нитридах титана и циркония доминирует металлическая связь; образуются они со значительным выделением энергии, тугоплавки 'и обладают высокой твердостью. Металлическая электрическая проводимость нитридов титана и циркония ярко выражена, и они могут переходить в состояние сверхпроводимости. Некоторые свойства нитридов титана и циркония приведены в табл. 12.14.
Таблица 12.14. Некоторые физико-химические свойства нитридов титана и циркония
Нитрил Кристаллическая система Плотность, г/см:1 Температура нлаиленин, К - л//11,
кДж/моль Удельное соиротпнле-ление, мкОм • см Температура перехода а состояние
снерхпронодн-мисти, К
тій*
7лН Кубическая » 5,43 7,09 3478 3253 334 344 25,0 21,1 4,9—5,6
8,9—9,05
* Существует также нитрид Т|;,Ы.
Нитриды титана и циркония нашли значительное применение в машиностроении благодаря их высокой температуре плавления (бескислородные огнеупоры) и твердости. В окислительной среде нитриды окисляются:
2Т1Ы +20а-*2ТЮи+.Г>|1!|
Карбиды ^-металлов IV группы обладают высокой устойчивостью, так как при их образовании выделяется значительное количество энергии. Карбиды титана и циркония — металлообразные соединения, проявляющие металлическую электрическую проводимость. Они тугоплавки и по твердости приближаются к алмазу.
Некоторые физико-химические свойства карбидов Л и 2г приведены в табл. 12.15.
Карбиды титана и циркония употребляются в нагревательных устройствах (сопротивления) и как огнеупоры. Главное применение карбида титана в машиностроении — это изготовление режущего и абразивного инструмента. Для изготовления режущего инструмента применяют пластинки «твердого сплава» ТК-6; по существу,
331
Табл и ца 12.15. Некоторые свойства карбидов титдна и циркония
Кристалличе- Плотность, Температура -~ \нп, Удельное Температура
Карбид ская система г/см3 плавления, К к Дж / моль соп рот II в ле ¦ перехода в
пне, состояние
мкОм•см сверхпроводи-
мости, к
ТЇС Кубическая 4,93 3420 183 52,5 1,2
» 6,73 3803 200 50,0 1,2
однако, это не сплав, а металлокерамика. Для приготовления фасонных пластинок делают смесь из "ПС и чистого кобальта [6% (мае.)] и затем спекают, доводя температуру до начала плавления кобальта (1725К), причем карбид титана остается, конечно, в твердом состоянии (см. табл. 12.15). Резцы, снабженные такими пластинками, могут обрабатывать металл при больших скоростях, не изменяясь от высоких температур в зоне резания, как это происходит с резцами из алмаза или карбида вольфрама.
Бориды и силициды ^-металлов IV группы также представляют собой металлообразные соединения, обладают большой прочностью и устойчивы к ,высоким температурам. Так, бориды и силициды титана стабилизируют жаропрочные сплавы, сохраняющие необходимые механические свойства при 1373—1473 К. Свойства некоторых боридов и силицидов представлены в табл. 12.16.
Табл и ц а 12.16. Некоторые свойства боридов и силицидов титана и циркония
Кристаллическая Плотность, Температура л//:'. Удельное Температура
Соединение система г/см3 плавлення, К к Д ж/моль сопротивление, мкОм • см ИереХПДП І)
состояние сверхпроводимости, к
ТІВ Ромбическая 5,09 40,0 1,28.
ТіВ„ Гексагональная 4,50 3253 293,0 14,4 1,28
таГ Ромбическая 4,21 2193 164,0 63,0 1,20
ТіБі, » 4,39 1773 206,0 16,9 1,20
Ті55ій Гексагональная 4,32 2393 — 55,0 1,20
2тВ Кубическая 5,70 — 163,0 3,30
2гВ„ Гексагональная 6,17 3313 326,0 16,6 1,80
Ромбическая 5,56 2423 148,0 49,4 1,20
» 4,88 1973 149,0 75,8 1,20
Металлообразный характер соединений обусловлен близостью электроотрицательностей Т1 (1,5) и 1г (1,4), с одной стороны, и электроотрицательностей В (2,04) и Б1 (1,9), с другой.
Взаимодействие титана, циркония и гафния с водой, кислотами л щелочами. Титан, цирконий и гафний разлагают воду при повышенных температурах,'образуя при этом оксиды и гидриды:
32г + 2Н„0-^гО,, + 22гН„
332
Этим свойством пользуются для химической очистки газов, пред--назначенных для создания инертных сред (Ar, Не): при пропускании этих газов, содержащих пары воды, через нагретую титановую стружку вода целиком поглощается.
Все эти металлы выделяют водород из соединений, в которых он находится в состоянии иона Н30+ или Н+:
3H,S04 + 2Ti -ь Ti2 {S04);i + ЗН2 f
• Наличие оксидных и нитридных слоев на поверхности этих металлов пассивирует их и реакции с кислотами замедляются. Они легче происходят со смесями HF + HN03; HCl + HN03 или в присутствии пероксидов щелочных металлов. В результате получают комплексные соединения:
3Ti + 4HN03 + 18HF-v3Hij [TiFu] + 4NOf + 8H..0 Аналогично реагирует цирконий с «царской водкой»: 3Zr + 4HN03 + 18HCI-^3I-L [ZrCla] + 4NOf + 8HaO
По своей пассивности в кислых и других коррозионных средах сплавы титана ОТ-4, ВТ-15 превосходят даже нержавеющие стали (Х18Н10Т). Это качество делает ^-металлы IV группы еще более ценными материалами в машино- и судостроении.
