Vanádium | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Titán | Chrome → | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag megjelenése | ||||||||||||||||||||||||||||
Vanádium minták | ||||||||||||||||||||||||||||
Az atom tulajdonságai | ||||||||||||||||||||||||||||
Név, szimbólum, szám | Vanádium / Vanádium (V), 23 | |||||||||||||||||||||||||||
Csoport , időszak , blokk |
15 (elavult 5), 4, d-elem |
|||||||||||||||||||||||||||
Atomtömeg ( moláris tömeg ) |
50.9415 (1) [1] a. e.m. ( g / mol ) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronikus konfiguráció |
[Ar] 3d 3 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 |
|||||||||||||||||||||||||||
Atom sugara | 134 óra | |||||||||||||||||||||||||||
Kémiai tulajdonságok | ||||||||||||||||||||||||||||
kovalens sugár | 122 óra | |||||||||||||||||||||||||||
Ion sugara | (+5e)59 (+3e)74 pm | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitás | 1,63 (Pauling skála) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektróda potenciál | 0 | |||||||||||||||||||||||||||
Oxidációs állapotok | 0, +2, +3, +4, +5 | |||||||||||||||||||||||||||
Ionizációs energia (első elektron) |
650,1 (6,74) kJ / mol ( eV ) | |||||||||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai | ||||||||||||||||||||||||||||
Sűrűség ( n.a. ) | 6,11 [2] g/cm³ | |||||||||||||||||||||||||||
Olvadási hőmérséklet | 2160 K (1887 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Forráshőmérséklet | 3650 K (3377 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. fúzió hője | 17,5 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. párolgási hő | 460 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Moláris hőkapacitás | 24,95 [2] J/(K mol) | |||||||||||||||||||||||||||
Moláris térfogat | 8,35 cm³ / mol | |||||||||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag kristályrácsa | ||||||||||||||||||||||||||||
Rácsszerkezet |
Kockatest középen |
|||||||||||||||||||||||||||
Rács paraméterei | 3,024 Å [2] | |||||||||||||||||||||||||||
Debye hőmérséklet | 390 ezer _ | |||||||||||||||||||||||||||
Egyéb jellemzők | ||||||||||||||||||||||||||||
Hővezető | (300 K) 30,7 W/(m K) | |||||||||||||||||||||||||||
CAS szám | 7440-62-2 | |||||||||||||||||||||||||||
leghosszabb életű izotópjai | ||||||||||||||||||||||||||||
|
23 | Vanádium |
V50,9415 | |
3d 3 4s 2 |
Vanádium ( vegyjele - V, lat . Vanádium ) - a 15. csoport kémiai eleme (az elavult besorolás szerint - az ötödik csoport, a VB oldalsó alcsoportja), a D. I. kémiai elemei periodikus rendszerének negyedik periódusa . Mengyelejev , 23-as rendszámmal és 50,9415 atomtömeggel (1) [ 1] . Az elem egy átmeneti fém .
Az egyszerű anyag a vanádium képlékeny ezüstszürke fém , amelyet a levegő gyönyörű vanádium-oxid filmréteg borít , amelynek különböző színei az oxidréteg eltérő vastagságából adódnak [3] .
A vanádiumot 1801 -ben fedezte fel Andres Manuel Del Rio , a mexikóvárosi ásványtan professzora ólomércekben. Felfedezett egy új fémet, és a vegyületeinek széles színválasztéka miatt a "pankróm" nevet javasolta neki, majd a nevet "erythronium"-ra változtatta. Del Riónak nem volt tekintélye Európa tudományos világában, és az európai kémikusok megkérdőjelezték eredményeit. Aztán Del Rio maga is elvesztette bizalmát felfedezésében, és kijelentette, hogy csak ólom-kromátot fedezett fel.
1830- ban a vanádiumot Nils Sefström svéd kémikus fedezte fel újra vasércben. A nevet Berzelius és Sefström adta az új elemnek .
A mexikói ércet kutató Friedrich Wöhlernek volt esélye felfedezni a vanádiumot , de nem sokkal Sefström felfedezése előtt súlyos hidrogén -fluoridmérgezést kapott, és nem tudta folytatni a kutatást. Wöhler azonban befejezte az érc vizsgálatát, és végül bebizonyította, hogy vanádiumot tartalmaz, és nem krómot .
Ez az elem gyönyörű színű vegyületeket alkot, innen ered az elem neve, amely a szerelem és szépség skandináv istennője, Freya nevéhez fűződik ( óskandináv Vanadís - a Vans lánya; Vanadis ) [4] . 1831-ben George William Featherstonhaugh geológus javasolta a vanádium „riónium” átnevezését (Del Rio tiszteletére), de ezt a javaslatot nem támogatták [5] .
A vanádium a 20. legnagyobb mennyiségben előforduló elem a földkéregben [6] . A nyomelemekhez tartozik, a természetben szabad formában nem fordul elő. A földkéreg vanádium tartalma 1,6⋅10 -2 tömeg%, az óceánok vizében 3⋅10 -7 tömeg%. A magmás kőzetekben a legmagasabb átlagos vanádiumtartalom a gabbróban és a bazaltokban (230-290 ppm). Az üledékes kőzetekben jelentős a vanádium felhalmozódása biolitokban (aszfaltitok, szén, bitumenes foszfátok), bitumenes palákban, bauxitokban , valamint oolitos és kovás vasércekben . A magmás kőzetekben elterjedt vanádium, valamint vas és titán ionos sugarainak közelsége ahhoz vezet, hogy a hipogén folyamatokban a vanádium teljesen diszpergált állapotban van, és nem képez saját ásványokat. Hordozói számos titánásvány (titanomagnetit, szfén , rutil , ilmenit ), csillámok , piroxének és gránátok , amelyek a vanádiumhoz képest fokozott izomorf kapacitással rendelkeznek. A legfontosabb ásványok a patronit VS 4 , a vanadinit Pb 5 (VO 4 ) 3 Cl és néhány más. A vanádium fő forrása a szennyeződésként vanádiumot tartalmazó vasérc.
Vanadil-ion (VO 2+ ) bőségesen található a tengervízben, átlagos koncentrációja 30 nMa [7] . Egyes ásványvízforrások is nagy koncentrációban tartalmazzák az iont. Például a Fuji-hegy közelében lévő forrásokliterenként legfeljebb 54 mikrogramm vanádiumot tartalmaznak [7] .
A 20. század első évtizedében a vanádiumérc nagy részét az amerikai Vanadium cég bányászta a perui Minas Ragrából. Később az urán iránti kereslet növekedése az ebből a fémből származó érc kitermelésének növekedéséhez vezetett. Az egyik fő uránérc a karnotit volt , amely vanádiumot is tartalmaz. Így a vanádium az urángyártás melléktermékeként vált elérhetővé. Idővel az uránbányászat kezdte biztosítani a vanádium iránti kereslet nagy részét [8] [9] .
Betétek ismertek Peruban, az USA-ban, Dél-Afrikában, Finnországban, Ausztráliában, Örményországban, Törökországban, Angliában, Oroszországban [10] . A vanádium egyik legnagyobb lelőhelyét Chineyskoye lelőhelynek nevezik a Transzbajkál Területen [11] .
A vanádium képlékeny ezüstszürke fém , megjelenésében az acélhoz hasonló. Köbös rendszerű kristályokat képez (testközpontú rács), Im tércsoport 3 m , cellaparaméterek a = 0,3024 nm , Z = 2 . Olvadáspont 1920 °C, forráspont 3400 °C, sűrűség 6,11 g/cm³ . Levegőn 300 °C fölé hevítve a vanádium törékennyé válik. Az oxigén- , hidrogén- és nitrogénszennyeződések jelentősen csökkentik a vanádium plaszticitását , és növelik keménységét és törékenységét [2] .
A természetes vanádium két izotópból áll : gyengén radioaktív 50 V (izotóp-bőség 0,250%) és stabil 51 V (99,750%). A vanádium-50 felezési ideje 1,5⋅10 17 év , azaz minden gyakorlati szempontból stabilnak tekinthető; ez az izotóp az esetek 83%-ában elektronbefogással 50 Ti - vé alakul , 17%-ban pedig béta-mínusz bomláson megy keresztül , 50 Kr. -vé alakulva .
A vanádiumnak 24 mesterséges radioaktív izotópja ismert, amelyek tömege 40 és 65 között van (valamint 5 metastabil állapot ). Ezek közül a 49 V ( T 1/2 = 337 nap) és 48 V ( T 1/2 = 15,974 nap) a legstabilabb.
Kémiailag a vanádium meglehetősen inert. Jól ellenáll a korróziónak, a tengervíznek, a sósav, salétromsav és kénsav híg oldatainak, lúgoknak [12] .
A vanádium oxigénnel több oxidot képez : VO, V 2 O 3 , VO 2 , V 2 O 5 . A narancssárga V 2 O 5 savas oxid, a sötétkék VO 2 amfoter, a többi vanádium-oxid bázikus.
A következő vanádium-oxidok ismertek:
Szisztematikus | Chem. képlet | Sűrűség , g/cm³ | Olvadáspont , °C | Forráspont , °C | Moláris tömeg , g/ mol | Szín |
---|---|---|---|---|---|---|
Vanádium(II)-oxid | VO | 5.76 | 1830 | 3100 | 66,94 | A fekete |
Vanádium(III)-oxid | V 2 O 3 | 4.87 | 1967 | 3000 | 149,88 | A fekete |
vanádium(IV)-oxid | VO2_ _ | 4,571 g/cm³ | 1542 | 2700 | 82,94 | sötétkék |
Vanádium(V)-oxid | V 2 O 5 | 3.357 | 670 | 2030 | 181,88 | piros sárga |
A vanádium-halogenideket hidrolizálják. A halogénekkel a vanádium meglehetősen illékony halogenideket képez a VX 2 (X \ u003d F , Cl , Br , I ), VX 3 , VX 4 (X \ u003d F , Cl , Br ), VF 5 és számos oxohalogenidből (VOCl, VOCl 2 , VOF 3 stb.).
A vanádiumvegyületek +2 és +3 oxidációs állapotban erős redukálószerek, +5 oxidációs állapotban oxidálószer tulajdonságait mutatják. Ismert tűzálló vanádium-karbid VC (t pl =2800 °C), vanádium-nitrid VN, vanádium-szulfid V 2 S 5 , vanádium-szilicid V 3 Si és egyéb vanádiumvegyületek.
Amikor a V 2 O 5 kölcsönhatásba lép bázikus oxidokkal, vanadátok képződnek - a vanadinsav valószínűsíthető összetételű HVO 3 sói .
Reagál savakkal .
Az iparban, amikor a vanádiumot vasércekből hozzákeverésével nyerik, először koncentrátumot készítenek, amelyben a vanádiumtartalom eléri a 8-16%-ot. Továbbá oxidatív kezeléssel a vanádium a legmagasabb, +5 oxidációs állapotba kerül, és a vízben könnyen oldódó nátrium-vanadát NaVO 3 elválik . Ha az oldatot kénsavval megsavanyítják, csapadék képződik, amely szárítás után több mint 90% vanádiumot tartalmaz.
Az elsődleges koncentrátumot nagyolvasztóban redukálják, és vanádium-koncentrátumot kapnak, amelyet azután vanádium és vas ötvözetének - az úgynevezett ferrovanadiumnak (35-80% vanádiumot tartalmaz) - olvasztására használnak. A vanádium fémet elő lehet állítani a vanádium-klorid hidrogénnel történő redukciójával, a vanádium-oxidok (V 2 O 5 vagy V 2 O 3 ) kalciummal történő termikus redukciójával, a VI 2 termikus disszociációjával és más módszerekkel.
Az ascidiánok némelyik fajtája egyedülálló tulajdonsággal rendelkezik: vanádiumot tartalmaz a vérükben. Az ascidiák felszívják a vízből. Japánban azt javasolták, hogy víz alatti ültetvényeken tenyésztsék az ascidiákat, szüreteljék be, égessék el, és hamut nyerjenek, amely nagyobb koncentrációban tartalmaz vanádiumot, mint sok lelőhely ércében [13] .
A vanádium-kloridot a víz termokémiai lebontására használják nukleáris hidrogén energiában (vanadium-klorid ciklus "General Motors", USA).
Kémiai áramforrásokA vanádium-pentoxidot széles körben használják pozitív elektródként (anódként) nagy teljesítményű lítiumelemekben és -akkumulátorokban [14] .
A kénsav előállítása soránA vanádium(V)-oxidot katalizátorként [15] használják a kén-dioxid kén -dioxiddá alakításának szakaszában [16] .
KohászatAz összes előállított vanádium több mint 90%-át [17] ötvöző adalékként használják fel acélokban , főként nagy szilárdságú, gyengén ötvözött, kisebb mértékben rozsdamentes acélokban és szerszámacélokban, valamint nagy szilárdságú titánötvözetek gyártásában . 18] a Ti-6Al-4V alapján (az orosz besorolásban - BT6, körülbelül 4% vanádiumot tartalmaz). Az acélokban a vanádium finoman diszpergált VC-karbidokat képez, ami növeli a mechanikai tulajdonságokat és a szerkezet stabilitását. Használata különösen hatékony volfrámmal, molibdénnel és nikkellel kombinálva. A szerkezeti acélokban a vanádiumtartalom általában nem haladja meg a 0,25%-ot, a szerszám- és gyorsvágóacélokban eléri a 4%-ot. Az orosz acélnómenklatúrában a vanádiumot F betűvel jelölik.
AutóiparA vanádiumot olyan alkatrészekben használják, amelyek nagyon nagy szilárdságot igényelnek, például az autómotorok dugattyúiban. Henry Ford amerikai iparos megjegyezte a vanádium fontos szerepét az autóiparban. "Ha nem lenne vanádium, nem lenne autó." Ford [19] azt mondta . A vanádium acél lehetővé tette a súly csökkentését, miközben növelte a szakítószilárdságot [ 20] .
OlajtermelésA vanádium acélt olajkutak fúrására szolgáló merülőfúró platformok létrehozására használják [21] .
Szuvenír termékekAz Egyesült Államokban működő magáncégek érmeket és gyűjthető tokeneket állítanak elő tiszta vanádiumból. Az egyik vanádium érem 2011-ben jelent meg [22] .
ElektronikaA vanádium-dioxid alapú félvezető anyagokat termisztorokhoz , memóriakapcsolókhoz és kijelzőkhöz használják [23] .
A vanádium és számos vegyülete magas koncentrációban mérgező ( emberre ). Az ötértékű vanádium vegyületei a legmérgezőbbek. Oxidja (V) V 2 O 5 mérgező (lenyelve és belélegezve mérgező a légzőrendszerre). A vanádium(V)-oxid LD50 félig letális dózisa orálisan 10 mg/kg .
A vanádium és vegyületei nagyon mérgezőek a vízi élőlényekre (környezetre).
Megállapították, hogy a vanádium gátolja a zsírsavak szintézisét és gátolja a koleszterin képződését . A vanádium számos enzimrendszert gátol gátolja a foszforilációt és az ATP szintézist, csökkenti az A és Q koenzimek szintjét , serkenti a monoamin-oxidáz aktivitást és az oxidatív foszforilációt.
A vanádium túlzott bevitele a szervezetben általában környezeti és termelési tényezőkkel függ össze. A vanádium toxikus dózisainak való akut expozíció esetén a dolgozók helyi gyulladásos reakciókat tapasztalnak a bőrön és a szem nyálkahártyáján, a felső légutakon, valamint a nyálkahártya felhalmozódását a hörgőkben és az alveolusokban. Vannak szisztémás allergiás reakciók is, például asztma és ekcéma ; valamint leukopenia és vérszegénység , amelyeket a szervezet fő biokémiai paramétereinek megsértése kísér.
Amikor vanádiumot adnak be állatoknak (25-50 μg/kg dózisban), növekedési retardáció, hasmenés és a mortalitás növekedése figyelhető meg.
Összességében egy átlagos ember (testsúlya 70 kg) teste 0,11 mg vanádiumot tartalmaz. Az emberre mérgező dózis 0,25 mg, a halálos dózis 2-4 mg.
Az étrend megnövekedett fehérje- és krómtartalma csökkenti a vanádium toxikus hatását. Ennek az ásványi anyagnak a fogyasztási normáit nem állapították meg.
Ezenkívül magas vanádiumtartalmat találtak egyes tengeri gerinctelen állatokban ( holothurok és ascidiák ), amelyekben a plazma és a vérsejtek, valamint a cölomikus folyadék fehérjekomplexeinek része. Az ascidiánok vérsejtjeiben a vanádium tömeghányada akár a 8,75%-ot is elérheti [13] . Az elem funkciója a szervezetben nem teljesen tisztázott , különböző tudósok úgy vélik, hogy felelős vagy az oxigén átadásáért ezen állatok testében, vagy a tápanyagok átviteléért. Gyakorlati felhasználás szempontjából - ezekből az élőlényekből ki lehet vonni a vanádiumot, az ilyen "tengeri ültetvények" gazdasági megtérülése jelenleg nem egyértelmű, de Japánban vannak próbalehetőségek.
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fémek elektrokémiai tevékenységsorai | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |