Кластеры (англ. cluster — «гроздь») — это соединения, в которых несколько атомов металла объединены в «гроздь», т. е. связаны друг с другом химической связью. Если формально рассчитать степень окисления металла в кластерном соединении, то часто выходит дробное число. Например, ещё в начале XX в. было получено вещество состава Та6Сl14•7Н2О, в котором формальная степень окисления тантала равна 2,33. Позже удалось установить, что основной структурной единицей этого соединения является катион [Та6Сl12]2+.
с расплавленными щелочами, образуя соли — ниобаты (например, KNbO3) и танталаты (КТаО3).
Среди соединений ниобия низших степеней окисления наибольший интерес представляют германид ниобия Nb3Ge — вещество, сохраняющее сверхпроводимость вплоть до 24,5 К (что уступает только сверхпроводникам на основе керамик и некоторым производным фуллерена С60), и карбид ниобия NbC — термостойкое и пластичное вещество золотистого цвета, применяемое для создания прочных и в то же время красивых защитных покрытий.
Строение катиона [Та6Cl12]2+.
Ниобий и тантал отличаются редкостной химической инертностью: для растворения этих металлов требуется смесь плавиковой и концентрированной азотной кислот. Любопытно, что подобный процесс аналогичен растворению циркония или гафния: азотная кислота окисляет металл, а плавиковая способствует образованию устойчивых фторидных комплексов:
Та+5HNO3+8HF=H3TaF8+5NO2+5Н2О.
Устойчивость ниобия и тантала по отношению к щелочным средам не имеет аналогов среди других металлов. Температура плавления тантала около 3000 °С; танталовые тигли легко выдерживают даже металлотермические реакции, в которых выделяется столько теплоты, что плавятся оксиды металлов!
Ванадий — твёрдый и тугоплавкий металл (tпл=1915 °С), химически довольно инертный. Его можно растворить лишь в горячей концентрированной серной или азотной кислоте, царской водке. Именно инертность обеспечила этому металлу широкое применение. Сплав ванадия и никеля, обладающий механическими свойствами стали, многократно превосходит её по химической стойкости. Поэтому его используют для изготовления деталей механизмов, работающих в агрессивных средах.
Ещё большее применение находит феррованадий — сплав ванадия с железом, содержащий до 30 % ванадия. Он сравнительно дёшев и может легко заменять сталь при создании коррозионно-стойких изделий. Даже небольшое (до 1%) содержание ванадия в стали повышает её упругость примерно в два раза!
Химически чистый ванадий получают при восстановлении оксида кальцием: V2O5+5Са=2V+5СаО.