rumah » direktur, kepala sekolah

Rumus kimia vanadium. Vanadium: sifat, massa atom, rumus, aplikasi. Banyak elemen baja

DEFINISI

Vanadium terletak di periode keempat grup V dari subgrup sekunder (B) dari Tabel Periodik.

Mengacu pada elemen d-family. Logam. Penunjukan - V. Nomor urut - 23. Massa atom relatif - 50.941 a.m.u.

Struktur elektronik atom vanadium

Atom vanadium terdiri dari inti bermuatan positif (+23), di dalamnya terdapat 23 proton dan 28 neutron, dan 23 elektron bergerak dalam empat orbit.

Gbr.1. Skema struktur atom vanadium.

Distribusi elektron dalam orbital adalah sebagai berikut:

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 3 4S 2 .

Tingkat energi terluar atom vanadium mengandung 5 elektron, yang merupakan valensi. Keadaan oksidasi kalsium adalah +5. Diagram energi keadaan dasar mengambil bentuk berikut:

Berdasarkan diagram tersebut, dapat dikatakan bahwa vanadium juga memiliki tingkat oksidasi +3.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan Gambarkan distribusi elektron pada tingkat energi dan sublevel dalam atom silikon dan vanadium. Apa jenis elemen dalam hal struktur atom yang mereka miliki?
Menjawab silikon :

14 Si) 2) 8) 4 ;

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2 .

Vanadium:

23V) 2) 8) 11) 2 ;

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 3 4S 2 .

Silikon milik keluarga P- dan vanadium D-elemen.

Vanadium

VANADIUM-SAYA; M.[lat. Vanadium dari Nord.] Suatu unsur kimia (V), logam keras berwarna abu-abu muda yang digunakan untuk membuat nilai baja yang berharga. ● Dinamai dewi kecantikan Norse Vanadis karena warna garamnya yang indah.

◁ Vanadium, th, th. V-th bijih. Baja ke-V.

vanadium

(lat. Vanadium), unsur kimia golongan V dari sistem periodik. Nama itu berasal dari dewi kecantikan Vanadis Norse Kuno. Logam keras baja abu-abu. Kepadatan 6,11 g / cm 3, T pl 1920°C. Tahan terhadap air dan banyak asam. Tersebar di kerak bumi, sering disertai dengan besi (bijih besi merupakan sumber industri vanadium yang penting). Komponen paduan baja struktural dan paduan yang digunakan dalam teknologi penerbangan dan luar angkasa, pembuatan kapal laut, komponen paduan superkonduktor. Senyawa vanadium digunakan dalam industri tekstil, cat dan pernis, dan kaca.

VANADIUM

VANADIUM (lat. Vanadium), V (baca "vanadium"), unsur kimia dengan nomor atom 23, massa atom 50,9415. Vanadium alami adalah campuran dari dua nuklida (cm. NUKLID): stabil 51 V (99,76% massa) dan radioaktif lemah 52 V (waktu paruh lebih dari 3,9 10 17 tahun). Konfigurasi dua lapisan elektron terluar3 S 2 P 6 D 3 4S 2 . Dalam sistem periodik Mendeleev, terletak pada periode keempat di grup VB. Vanadium membentuk senyawa dalam keadaan oksidasi dari +2 hingga +5 (valensi dari II hingga V).
Jari-jari atom netral vanadium adalah 0,134 nm, jari-jari ion V 2+ adalah 0,093 nm, V 3+ adalah 0,078 nm, V 4+ adalah 0,067-0,086 nm, V 5+ adalah 0,050-0,068 nm. Energi ionisasi berturut-turut dari atom vanadium adalah 6,74, 14,65, 29,31, 48,6, dan 65,2 eV. Pada skala Pauling, keelektronegatifan vanadium adalah 1,63.
Dalam bentuk bebas - logam perak-abu-abu mengkilap.
Sejarah penemuan
Vanadium ditemukan pada tahun 1801 oleh ahli mineral Meksiko A. M. del Río sebagai campuran dalam bijih timah dari sebuah tambang di Zimapan. Del Rio menamai unsur baru ini erythronium (dari bahasa Yunani erythros, merah) karena warna merah senyawanya. Namun, kemudian dia memutuskan bahwa dia tidak menemukan unsur baru, tetapi berbagai kromium, yang ditemukan empat tahun sebelumnya dan hampir belum dijelajahi. Pada tahun 1830, ahli kimia Jerman F. Wehler mengambil mineral Meksiko. (cm. Wehler Friedrich) Namun, karena diracuni oleh hidrogen fluorida, dia menghentikan penelitian selama beberapa bulan. Pada tahun yang sama, ahli kimia Swedia N. Sefstrom (cm. SEFSTREM Nils Gabriel) menarik perhatian pada keberadaan pengotor dalam bijih besi, di mana, bersama dengan unsur-unsur yang diketahui, ternyata beberapa zat baru. Sebagai hasil analisis di laboratorium J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob) telah terbukti bahwa unsur baru telah ditemukan. Unsur ini membentuk senyawa dengan pewarnaan yang indah, oleh karena itu nama unsur tersebut diasosiasikan dengan nama dewi kecantikan Skandinavia Vanadis. Pada tahun 1831, Wöhler membuktikan identitas erythronium dan vanadium, tetapi unsur tersebut mempertahankan nama yang diberikan oleh Sefstrom dan Berzelius.
Berada di alam
Di alam, vanadium tidak muncul dalam bentuk bebas, itu milik unsur-unsur yang tersebar. (cm. elemen jejak). Kandungan vanadium di kerak bumi adalah 1,6 10 -2% berat, di air lautan 3,10 -7%. Mineral terpenting adalah patronite V(S 2) 2 , vanadinite Pb 5 (VO 4) 3 Cl dan beberapa lainnya. Sumber utama vanadium adalah bijih besi yang mengandung vanadium sebagai pengotor.
Kuitansi
Dalam industri, ketika vanadium diperoleh dari bijih besi dengan campurannya, pertama-tama disiapkan konsentrat yang kandungan vanadiumnya mencapai 8-16%. Selanjutnya, dengan perlakuan oksidatif, vanadium dipindahkan ke keadaan oksidasi tertinggi +5 dan natrium vanadat NaVO 3 yang mudah larut dalam air dipisahkan. Ketika larutan diasamkan dengan asam sulfat, terbentuk endapan, yang setelah dikeringkan mengandung lebih dari 90% vanadium.
Konsentrat utama direduksi dalam tanur sembur dan konsentrat vanadium diperoleh, yang kemudian digunakan dalam peleburan paduan vanadium dan besi - yang disebut ferrovanadium (mengandung 35 hingga 70% vanadium). Logam vanadium dapat dibuat dengan reduksi vanadium klorida dengan hidrogen, reduksi kalsium-termal vanadium oksida (V 2 O 5 atau V 2 O 3), disosiasi termal VI 2 dan metode lainnya.
Sifat fisik dan kimia
Vanadium mirip dengan baja, cukup keras, tetapi pada saat yang sama logam ulet. Titik lebur 1920 °C, titik didih sekitar 3400 °C, densitas 6,11 g/cm3. Kisi kristal berpusat pada tubuh kubik, parameter a = 0,3024 nm.
Secara kimia, vanadium cukup lembam. Ini tahan terhadap air laut, larutan encer asam klorida, nitrat dan sulfat, alkali. Vanadium membentuk beberapa oksida dengan oksigen: VO, V 2 O 3 , V 3 O 5 , VO 2 , V 2 O 5 . Oranye V 2 O 5 adalah oksida asam, VO 2 biru tua bersifat amfoter, oksida vanadium lainnya bersifat basa. Dengan halogen, vanadium membentuk halida dengan komposisi VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 dan beberapa oksohalida (VOCl, VOCl 2, VOF 3 , dll.).
Senyawa vanadium dalam keadaan oksidasi +2 dan +3 adalah zat pereduksi kuat, dalam keadaan oksidasi +5 mereka menunjukkan sifat zat pengoksidasi. Diketahui vanadium karbida tahan api VC (t pl =2800 °C), vanadium nitrida VN, vanadium sulfida V 2 S 5 , vanadium silisida V 3 Si dan senyawa vanadium lainnya.
Ketika V 2 O 5 berinteraksi dengan oksida basa, vanadat terbentuk (cm. VANADATE)- garam asam vanadik dari kemungkinan komposisi H 2 .
Aplikasi
Vanadium terutama digunakan sebagai aditif paduan dalam produksi paduan tahan aus, tahan panas dan tahan korosi (terutama baja khusus), sebagai komponen dalam produksi magnet. Vanadium oksida V 2 O 5 berfungsi sebagai katalis yang efektif, misalnya dalam oksidasi sulfur dioksida SO 2 menjadi gas sulfur SO 3 dalam produksi asam sulfat. Senyawa vanadium menemukan berbagai aplikasi di berbagai industri (tekstil, kaca, cat dan pernis, dll.).
Peran biologis
Vanadium selalu ada di jaringan semua organisme dalam jumlah kecil. Pada tumbuhan, kandungannya (0,1-0,2%) jauh lebih tinggi daripada pada hewan (1 10 -5 -1 10 -4 %). Beberapa organisme laut - bryozoa, moluska dan, terutama ascidia - mampu memusatkan vanadium dalam jumlah yang signifikan (pada ascidia, vanadium ditemukan dalam plasma darah atau sel khusus - vanadosit). Rupanya, vanadium terlibat dalam beberapa proses oksidatif di jaringan. Jaringan otot manusia mengandung 2 10 - 6% vanadium, jaringan tulang - 0,35 10 - 6%, dalam darah - kurang dari 2 10 - 4% mg / l. Secara total, tubuh rata-rata orang (berat badan 70 kg) mengandung 0,11 mg vanadium. Vanadium dan senyawanya beracun. Dosis toksik bagi manusia adalah 0,25 mg, dosis yang mematikan adalah 2-4 mg. Untuk V 2 O 5 MPC di udara adalah 0,1-0,5 mg / m 3.

Kamus ensiklopedis. 2009 .

Sinonim:

Lihat apa itu "vanadium" di kamus lain:

    - (lat. vanadium). Logam rapuh, putih, ditemukan pada tahun 1830 dan dinamai sesuai nama dewa Skandinavia Vanadium. Kamus kata-kata asing termasuk dalam bahasa Rusia. Chudinov A.N., 1910. VANADIUM lat. vanadium, bernama Vanadia, ... ... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

    - (nilai kimia V, berat atom 51) unsur kimia yang mirip dengan senyawa dengan fosfor dan nitrogen. Sambungan V. cukup sering ditemukan, meskipun dalam jumlah yang sangat kecil, dalam bijih besi dan beberapa tanah liat; dalam pemrosesan bijih besi vanadik, V. bagian ... ... Ensiklopedia Brockhaus dan Efron

    Kamus Vanad dari sinonim Rusia. vanadium n., jumlah sinonim: 2 vanadium (1) elemen ... Kamus sinonim

    VANADIUM- VANADIUM, kimia. tanda V, di. V . 51.0, logam berwarna baja keras dan ulet, titik lebur 1715°, sp. berat 5.688. Koneksi V. tersebar luas di alam. Senyawa ini adalah racun, tidak kalah kuatnya dengan arsenik; mereka punya…… Ensiklopedia Medis Besar

    - (Vanadium), V, unsur kimia golongan V sistem periodik, nomor atom 23, massa atom 50,9415; logam, mp 1920shC. Digunakan untuk paduan baja dan besi cor, sebagai komponen paduan tahan panas, keras dan tahan korosi, sebagai ... Ensiklopedia Modern

    - (lat. Vanadium) V, unsur kimia golongan V sistem periodik, nomor atom 23, massa atom 50,9415. Nama itu berasal dari dewi kecantikan Vanadis Norse Kuno. Logam keras baja abu-abu. Kepadatan 6,11 g/cm³, mp 1920 .C.… … Kamus Ensiklopedis Besar

    - (simbol V), ELEMEN TRANSISI, ditemukan pada tahun 1801. Putih keperakan, mudah dibentuk, logam kental. Ditemukan dalam bijih besi, timah dan uranium, serta dalam batubara dan minyak. Digunakan dalam paduan baja untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan panas. ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis Ensiklopedia Fisik

    vanadium- V Elemen dari grup V Periodik. sistem; pada. N. 23, pada. m.50.942; logam abu-abu baja. Natural V terdiri dari dua isotop: 51V (99,75%) dan 50V (0,25%). V ditemukan pada tahun 1801 oleh Mex. ahli mineral A. M. del Rio. Di pesta prom. skala V… … Buku Panduan Penerjemah Teknis

Vanadium(vanadium), v, unsur kimia golongan v sistem periodik Mendeleev; nomor atom 23, massa atom 50,942; logam abu-abu baja. Natural V. terdiri dari dua isotop: 51 v (99,75%) dan 50 v (0,25%); yang terakhir adalah radioaktif lemah (waktu paruh T 1/2 = 10 14 tahun). V. ditemukan pada tahun 1801 oleh ahli mineral Meksiko A. M. del Rio dalam bijih timah coklat Meksiko dan dinamai menurut warna merah yang indah dari garam yang dipanaskan, erythronium (dari bahasa Yunani erythr o s, red). Pada tahun 1830, ahli kimia Swedia N. G. Sefström menemukan unsur baru dalam bijih besi dari Taberg (Swedia) dan menamainya B. untuk menghormati Vanadis, dewi kecantikan Norse Kuno. Pada tahun 1869, ahli kimia Inggris H. Roscoe memperoleh bubuk logam V. dengan mereduksi vcl 2 dengan hidrogen. V. telah ditambang dalam skala industri sejak awal abad ke-20.

Kandungan V. di kerak bumi adalah 1,5-10 -2% berat, ini adalah unsur yang cukup umum, tetapi tersebar di batuan dan mineral. Patronit, roscoelite, decloisite, carnotite, vanadinite, dan beberapa mineral lainnya memiliki kepentingan industri, bijih besi titanium-magnetit dan sedimen (fosfor), serta bijih tembaga-timbal-seng teroksidasi, merupakan sumber berlian yang penting. V. diekstraksi sebagai produk sampingan selama pemrosesan bahan mentah uranium, fosforit, bauksit, dan berbagai endapan organik (aspaltit, serpih minyak).

Sifat fisik dan kimia. V. memiliki kisi kubus berpusat badan dengan periode a = 3,0282 å. Dalam keadaan murni, V. ditempa dan dapat dengan mudah dikerjakan dengan tekanan. Kepadatan 6.11 G/ cm 3 , T pl 1900 ± 25°С, T kip 3400°С; kapasitas panas spesifik (pada 20-100°C) 0,120 kotoran/ ggrad; koefisien muai panjang (pada 20-1000°C) 10,6 10 -6 memanggil-1, resistivitas listrik pada 20 °C 24,8 10 -8 ohm· M(24,8 10 -6 ohm· cm), di bawah 4,5 K V. masuk ke keadaan superkonduktivitas. Sifat mekanik V. kemurnian tinggi setelah anil: modulus elastisitas 135,25 N/ M 2 (13520 kgf/ mm 2), kekuatan tarik 120 nm/ M 2 (12 kgf/ mm 2), perpanjangan 17%, kekerasan Brinell 700 pl/ M 2 (70 kgf/ mm 2). Kotoran gas secara tajam mengurangi plastisitas wol dan meningkatkan kekerasan dan kerapuhannya.

Pada suhu biasa V. tidak terpengaruh oleh udara, air laut, dan larutan alkali; tahan terhadap asam non-pengoksidasi, kecuali hidrofluorik. Dalam hal ketahanan korosi pada asam klorida dan asam sulfat, titanium secara signifikan lebih unggul dari titanium dan baja tahan karat. Saat dipanaskan di udara di atas 300°C, wol menyerap oksigen dan menjadi rapuh. Pada 600-700°C, V. dioksidasi secara intensif dengan pembentukan v 2 o 5 pentoksida, serta oksida yang lebih rendah. Ketika V. dipanaskan di atas 700 ° C dalam aliran nitrogen, nitrida vn terbentuk ( T pl 2050°C), stabil dalam air dan asam. V. berinteraksi dengan karbon pada suhu tinggi, menghasilkan vc karbida refraktori ( T pl 2800 ° C) dengan kekerasan tinggi.

V. memberikan senyawa yang sesuai dengan valensi 2, 3, 4, dan 5; karenanya, oksida diketahui: vo dan v 2 o 3 (memiliki karakter dasar), vo 2 (amfoter) dan v 2 o 5 (asam). Senyawa V. 2- dan 3-valen tidak stabil dan merupakan agen pereduksi yang kuat. Senyawa dengan valensi lebih tinggi memiliki kepentingan praktis. Kecenderungan V. untuk membentuk senyawa dengan valensi berbeda digunakan dalam kimia analitik, dan juga menentukan sifat katalitik v 2 o 5. V. pentoksida larut dalam alkali dengan formasi vanadates.

Tanda terima dan aplikasi. Untuk ekstraksi V., berikut ini digunakan: pencucian langsung bijih atau konsentrat bijih dengan larutan asam dan basa; pemanggangan bahan baku (sering dengan aditif nacl) diikuti dengan pencucian produk panggang dengan air atau asam encer. Pentoksida terhidrasi V diisolasi dari larutan dengan hidrolisis (pada pH = 1-3) Ketika bijih besi yang mengandung vanadium dilebur dalam tanur sembur, V. berubah menjadi besi tuang, selama pemrosesan terak yang mengandung 10-16% v 2 o 5 diperoleh menjadi baja. Terak vanadium dipanggang dengan garam meja. Bahan yang dibakar dicuci dengan air dan kemudian dengan asam sulfat encer. V 2 o 5 diisolasi dari larutan. Yang terakhir berfungsi untuk meleleh ferrovanadium(paduan besi dengan 35-70% W.) dan memperoleh logam W. dan senyawanya. Logam lunak V. diperoleh dengan reduksi kalsium-termal dari v 2 o 5 murni atau v 2 o 3; pemulihan v 2 o 5 aluminium; reduksi termal karbon vakum v 2 o 3 ; reduksi termal magnesium vc1 3 ; disosiasi termal iodida B. B. dilebur dalam tungku busur vakum dengan elektroda yang dapat dikonsumsi dan dalam tungku berkas elektron.

Metalurgi besi adalah konsumen utama Inggris (hingga 95% dari semua logam yang diproduksi). V. adalah bagian dari baja berkecepatan tinggi, penggantinya, perkakas paduan rendah dan beberapa baja struktural. Dengan diperkenalkannya 0,15-0,25% V., kekuatan, ketangguhan, ketahanan lelah, dan ketahanan aus baja meningkat tajam. V., dimasukkan ke dalam baja, merupakan elemen deoksidasi dan pembentuk karbida. Karbida gandum, didistribusikan dalam bentuk inklusi terdispersi, mencegah pertumbuhan butir saat baja dipanaskan. V. dimasukkan ke dalam baja dalam bentuk paduan pengikat - ferrovanadium. V. juga digunakan untuk paduan besi tuang. Konsumen baru titanium adalah industri paduan titanium yang berkembang pesat; Beberapa paduan titanium mengandung hingga 13% B. Paduan berdasarkan niobium, kromium, dan tantalum yang mengandung aditif B telah menemukan aplikasi dalam penerbangan, roket, dan bidang teknologi lainnya. Paduan tahan panas dan tahan korosi berdasarkan B. dengan penambahan ti, nb , w, zr dan al, yang diharapkan dapat digunakan dalam teknologi penerbangan, roket, dan nuklir. Yang menarik adalah paduan superkonduktor dan senyawa B. dengan ga, si, dan ti.

Logam murni V. digunakan dalam industri tenaga nuklir (cangkang untuk elemen bahan bakar, pipa) dan dalam produksi perangkat elektronik.

Senyawa V. digunakan dalam industri kimia sebagai katalis, dalam pertanian dan kedokteran, dalam industri tekstil, cat dan pernis, karet, keramik, kaca, foto, dan film.

Koneksi V. beracun. Keracunan dimungkinkan dengan menghirup debu yang mengandung senyawa B. Menyebabkan iritasi pada saluran pernapasan, perdarahan paru, pusing, gangguan aktivitas jantung, ginjal, dll.

B.dalam tubuh V. adalah komponen permanen organisme tumbuhan dan hewan. Sumber V. adalah batuan beku dan serpih (mengandung sekitar 0,013% V.), serta batupasir dan batugamping (sekitar 0,002% V.). Di tanah V., sekitar 0,01% (terutama di humus); di perairan tawar dan laut 1 10 7 -2 10 7%. Pada tumbuhan darat dan air, kandungan V. jauh lebih tinggi (0,16-0,2%) dibandingkan pada hewan darat dan laut (1,5 10 -5 -2 10 -4%). Konsentrator V. adalah: bryozoa plumatella, moluska pleurobranchus plumula, teripang stichopus mobii, beberapa ascidia, dari jamur - aspergillus hitam, dari jamur - jamur payung (amanita muscaria). Peran biologis V. dipelajari pada ascidia, di dalam sel darah di mana V. berada dalam keadaan valensi 3 dan 4, yaitu terdapat keseimbangan dinamis.

Peran fisiologis V. dalam ascidia tidak terkait dengan transfer pernapasan oksigen dan karbon dioksida, tetapi dengan proses redoks - transfer elektron menggunakan apa yang disebut sistem vanadium, yang mungkin memiliki signifikansi fisiologis pada organisme lain.

Lit.: Meyerson G. A., Zelikman A. N., Metalurgi logam langka, M., 1955; Polyakov A. Yu., Dasar-dasar metalurgi vanadium, M., 1959; Rostoker U., Metalurgi vanadium, trans. dari bahasa Inggris, M., 1959; Kieffer p., Brown H., Vanadium, niobium, tantalum, trans. dari Jerman., M., 1968; Handbook logam langka, [transl. dari bahasa Inggris], M., 1965, hlm. 98-121; Bahan tahan api dalam teknik mesin. Handbook, M., 1967, hlm. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Peran biologis vanadium dalam ascidia, "Kemajuan dalam biologi modern", 1965, vol.60, c. 1(4); Bowen H. j. M., elemen jejak dalam biokimia, l. - N. y., 1966.

I.Romankov. V. V. Kovalsky.

Vanadium adalah unsur kimia yang diwakili oleh simbol "V". Massa atom vanadium adalah 50,9415 sma. e. m., nomor atom - 23. Ini adalah logam abu-abu perak padat, mudah dibentuk dan melebur, jarang ditemukan di alam. Itu ditemukan di lebih dari 60 mineral dan bahkan dapat ditemukan dalam bahan bakar fosil.

Penemuan yang tidak dikenal

Vanadium logam pertama kali ditemukan oleh ahli mineral Meksiko kelahiran Spanyol Andrés Manuel Del Río pada tahun 1801. Seorang peneliti telah mengekstraksi unsur baru dari sampel bijih timah coklat yang ditambang di Meksiko. Ternyata, garam logam memiliki warna yang sangat beragam, jadi Del Rio awalnya menyebutnya "panchromium" (dari bahasa Yunani "παγχρώμιο" - "berwarna-warni").

Belakangan, ahli mineral mengganti nama unsur erythronium (dari bahasa Yunani "ερυθρός" - "merah"), karena sebagian besar garam berubah menjadi merah saat dipanaskan. Tampaknya keberuntungan luar biasa tersenyum pada seorang ilmuwan yang kurang dikenal di Eropa. Penemuan unsur kimia baru, vanadium, menjanjikan, jika bukan ketenaran, setidaknya pengakuan rekan kerja. Namun, karena kurangnya otoritas yang signifikan di dunia ilmiah, pencapaian orang Meksiko itu diabaikan.

Pada tahun 1805, ahli kimia Prancis Hippolyte Victor Collet-Decotyls menyatakan bahwa unsur baru yang telah dieksplorasi Del Rio hanyalah sampel timbal kromat dengan pengotor. Pada akhirnya, peneliti Meksiko, agar tidak kehilangan muka sepenuhnya di depan persaudaraan ilmiah, menerima pernyataan Collet-Decotil dan meninggalkan penemuannya. Namun, prestasinya belum tenggelam terlupakan. Hari ini, Andres Manuel Del Rio diakui sebagai penemu logam langka.

Dibuka kembali

Pada tahun 1831, Niels Gabriel Sefström dari Swedia menemukan kembali unsur kimia vanadium dalam oksida yang diperolehnya saat bekerja dengan bijih besi. Sebagai sebutannya, ilmuwan memilih huruf "V", yang belum dikaitkan dengan elemen apa pun. Sefström menamai logam baru tersebut karena warnanya yang indah dan kaya, diambil dari nama dewi kecantikan Norse Kuno, Vanadis.

Berita itu membangkitkan minat yang meningkat pada komunitas ilmiah. Mereka langsung teringat karya ahli mineral Meksiko. Juga pada tahun 1831, Friedrich Wöhler memeriksa ulang dan memastikan penemuan Del Rio sebelumnya. Dan ahli geologi George William Featherstonhaup bahkan menyarankan penamaan logam "rionium" untuk menghormati penemunya, tetapi inisiatif itu tidak didukung.

Sukar dipahami

Isolasi logam vanadium dalam bentuk murni terbukti sulit. Sebelumnya, para ilmuwan hanya bekerja dengan garamnya. Itulah mengapa sifat sebenarnya dari vanadium tidak diketahui. Pada tahun 1831, Berzelius melaporkan telah memperoleh zat logam, tetapi Henry Enfield Roscoe membuktikan bahwa Berzelius benar-benar menghasilkan vanadium nitrida (VN). Roscoe akhirnya memproduksi logam tersebut pada tahun 1867 dengan mereduksi vanadium klorida (VCl 2 ) dengan hidrogen. Sejak 1927, vanadium murni diperoleh dengan mereduksi vanadium pentoksida dengan partisipasi kalsium.

Penggunaan industri serial pertama dari elemen ini dimulai pada tahun 1905. Logam ditambahkan ke paduan baja untuk sasis mobil balap dan, kemudian, Ford Model T. Karakteristik vanadium mengurangi bobot struktur sekaligus meningkatkan kekuatan tarik. Ngomong-ngomong, ahli kimia Jerman Martin Henze menemukan vanadium dalam sel darah (atau sel coelomic) kehidupan laut - accidia - pada tahun 1911.

Properti fisik

Vanadium adalah logam abu-abu biru yang dapat ditempa dengan kekerasan sedang dengan kemilau baja dan kerapatan 6,11 g/cm³. Beberapa sumber menggambarkan bahan tersebut lunak, mengacu pada keuletannya yang tinggi. Struktur kristal elemen lebih kompleks daripada kebanyakan logam dan baja.

Vanadium memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi, alkali, asam sulfat dan asam klorida. Ini teroksidasi di udara pada sekitar 660 ° C (933K, 1220 ° F), meskipun pasivasi oksida terjadi bahkan pada suhu kamar. Bahan ini meleleh ketika suhu mencapai 1920°C, dan pada suhu 3400°C ia mendidih.

Sifat kimia

Vanadium di bawah pengaruh oksigen membentuk empat jenis oksida:

Senyawa vanadium tipe (II) adalah zat pereduksi dan senyawa tipe (V) adalah zat pengoksidasi. Senyawa (IV) sering ada sebagai turunan dari kation vanadil.

Oksida

Senyawa yang paling penting secara komersial adalah vanadium pentoksida. Ini adalah padatan kuning kecoklatan, meskipun ketika baru diendapkan dari larutan berair, warnanya oranye tua.

Oksida digunakan sebagai katalis untuk menghasilkan asam sulfat. Senyawa ini mengoksidasi sulfur dioksida (SO 2) menjadi trioksida (SO 3). Dalam reaksi redoks ini, belerang dioksidasi dari +4 menjadi +6, dan vanadium direduksi dari +5 menjadi +4. Rumus untuk vanadium adalah sebagai berikut:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Katalis diregenerasi oleh oksidasi oksigen:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Proses oksidasi serupa digunakan dalam produksi anhidrida maleat, anhidrida ftalat, dan beberapa senyawa organik curah lainnya.

Oksida ini juga digunakan dalam produksi ferrovanadium. Itu dipanaskan dengan besi dan ferosilikon dengan penambahan kapur. Ketika aluminium digunakan, paduan besi-vanadium diperoleh bersama dengan alumina sebagai produk sampingan. Karena koefisien resistansi termal yang tinggi, vanadium(V) oksida digunakan sebagai bahan pendeteksi dalam bolometer dan rangkaian mikrobolometrik dalam perangkat pencitraan termal.

Karakteristik

Logam langka memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

  • Struktur kristal: berpusat pada tubuh kubik.
  • Konduktivitas suara: 4560 m/s (pada 20°C).
  • Valensi vanadium: V (jarang IV, III, II).
  • Ekspansi termal: 8,4 µm/(m·K) (pada 25°C).
  • Konduktivitas termal: 30,7 W/(m · K).
  • Hambatan listrik: 197 nΩm (pada 20°C).
  • Kemagnetan: paramagnetik.
  • Kerentanan magnetik: +255·10 -6 cm 3 /mol (298K).
  • Modulus elastisitas: 128 GPa.
  • Modulus geser: 47 GPa.
  • Modulus elastisitas massal: 160 GPa.
  • Rasio Poisson: 0,37.
  • Kekerasan Mohs: 6.7.
  • Kekerasan Vickers: 628-640 MPa.
  • Kekerasan Brinell: 600-742 MPa.
  • Kategori elemen: logam transisi.
  • Konfigurasi elektronik: 3d 3 4s 2 .
  • Panas leleh: 21,5 kJ/mol.
  • Panas penguapan: 444 kJ/mol.
  • Kapasitas panas molar: 24,89 J / (mol K).

Vanadium dalam tabel periodik berada di golongan ke-5 (subkelompok vanadium), periode ke-4, blok-d.

Menyebar

Vanadium pada skala alam semesta kira-kira 0,0001% dari total volume materi. Ini sama lazimnya dengan tembaga dan seng. Logam ini ditemukan dalam pancaran spektral Matahari dan bintang lainnya.

Unsur tersebut merupakan unsur ke-20 yang paling melimpah di kerak bumi. Vanadium logam dalam bentuk kristal cukup langka, tetapi senyawa dari bahan ini ditemukan dalam 65 mineral berbeda. Yang signifikan secara ekonomi di antaranya adalah patronit (VS 4), vanadinit (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) dan karnotit (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Ion vanadil melimpah di air laut dan memiliki konsentrasi rata-rata 30 nM. Beberapa sumber air mineral juga mengandung ion ini dalam konsentrasi tinggi. Misalnya, mata air di dekat Gunung Fuji mengandung hingga 54 µg/l.

Pertambangan

Sebagian besar logam langka ini berasal dari magnetit vanadium yang ditemukan di batuan gabro beku ultrabasa. Bahan mentah ditambang terutama di Afrika Selatan, Cina barat laut, dan Rusia timur. Pada 2013, negara-negara ini menghasilkan lebih dari 97% dari semua vanadium (berat 79.000 ton).

Logam ini juga terdapat dalam bauksit dan endapan minyak mentah, batu bara, serpih minyak, dan pasir tar. Dalam minyak mentah, konsentrasi hingga 1200 ppm telah dilaporkan. Karena sifat pengoksidasi vanadium (beberapa oksidanya), setelah pembakaran produk minyak bumi tersebut, residu elemen tersebut dapat menyebabkan korosi pada mesin dan boiler.

Diperkirakan 110.000 ton zat memasuki atmosfer setiap tahun melalui pembakaran bahan bakar fosil. Saat ini, teknologi sedang dikembangkan untuk mengekstraksi zat berharga dari hidrokarbon.

Produksi

Vanadium terutama digunakan sebagai aditif dalam paduan baja yang disebut ferroalloy. Ferrovanadium diperoleh langsung dengan mereduksi campuran vanadium oksida dengan valensi (V), besi oksida dan besi murni dalam tanur listrik.

Logam diperoleh dengan menggunakan proses multi-tahap yang dimulai dengan memanggang bijih vanadium-magnetit yang dihancurkan dengan penambahan natrium klorida (NaCl) atau natrium karbonat (Na 2 CO 3) pada suhu sekitar 850 ° C untuk mendapatkan natrium. metavanadat (NaVO3). Ekstrak air dari zat ini diasamkan, memperoleh garam polivanadat, yang direduksi oleh logam kalsium. Sebagai alternatif untuk produksi skala kecil, vanadium pentoksida direduksi dengan hidrogen atau magnesium.

Banyak metode lain yang juga digunakan, semuanya menghasilkan vanadium sebagai produk sampingan dari proses lain. Pemurniannya dimungkinkan dengan metode iodida yang dikembangkan oleh Anton Eduard van Arkel dan Jan Hendrik de Bor pada tahun 1925. Ini menyiratkan pembentukan vanadium (III) iodida dan dekomposisi selanjutnya untuk mendapatkan logam murni:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Cara yang agak eksotis untuk mendapatkan elemen ini ditemukan oleh orang Jepang. Mereka membiakkan sea squirt (sejenis chordata) di perkebunan bawah air, yang menyerap vanadium dari air laut. Kemudian mereka dikumpulkan dan dibakar. Logam berharga diekstraksi dari abu yang dihasilkan. Omong-omong, konsentrasinya dalam hal ini jauh lebih tinggi daripada di simpanan terkaya.

Paduan

Apa itu paduan vanadium? Sekitar 85% logam langka yang diproduksi digunakan untuk membuat ferrovanadium atau sebagai bahan tambahan baja. Pada awal abad ke-20, ditemukan bahwa bahkan sejumlah kecil vanadium secara signifikan meningkatkan kekuatan baja. Elemen ini membentuk nitrida dan karbida yang stabil, yang mengarah pada peningkatan karakteristik baja dan paduan.

Sejak saat itu, penggunaan vanadium pada as roda, rangka, poros engkol, roda gigi, dan komponen penting lainnya dari kendaraan beroda telah diperhatikan. Ada dua kelompok paduan:

  • Karbon tinggi dengan kandungan 0,15% hingga 0,25% vanadium.
  • Baja perkakas berkecepatan tinggi (HSS) dengan kandungan 1% hingga 5% elemen ini.

Untuk baja HSS, kekerasan di atas HRC 60 dapat dicapai dan digunakan dalam instrumen bedah. Dalam paduan metalurgi serbuk dapat mengandung hingga 18% vanadium. Kandungan karbida yang tinggi dalam paduan ini secara signifikan meningkatkan ketahanan aus. Mereka membuat perkakas dan pisau.

Karena sifatnya, vanadium menstabilkan bentuk beta titanium, meningkatkan kekuatan dan stabilitas suhunya. Dicampur dengan aluminium dalam paduan titanium, digunakan dalam mesin jet, pesawat berkecepatan tinggi, dan implan gigi. Paduan yang paling umum untuk pipa tanpa sambungan adalah titanium 3/2,5 yang mengandung 2,5% vanadium. Bahan-bahan ini banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan, pertahanan, dan sepeda. Paduan umum lainnya, diproduksi terutama dalam lembaran, adalah titanium 6AL-4V, di mana 6% aluminium dan 4% vanadium.

Beberapa paduan vanadium menunjukkan sifat superkonduktor. Superkonduktor fase pertama A15 adalah senyawa vanadium V 3 Si, yang diperoleh pada tahun 1952. Pita vanadium gallium digunakan dalam magnet superkonduktor. Struktur fase superkonduktor A15 V 3 Ga mirip dengan struktur superkonduktor yang lebih umum: triniobium stannida (Nb 3 Sn) dan niobium-titanium (Nb 3 Ti).

Baru-baru ini, para ilmuwan telah menemukan bahwa pada Abad Pertengahan, sejumlah kecil vanadium (dari 40 hingga 270 bagian per juta) ditambahkan ke beberapa sampel baja Damaskus dan damask. Ini meningkatkan sifat bilah. Namun, tidak jelas di mana dan bagaimana logam langka itu ditambang. Itu mungkin bagian dari beberapa bijih.

Aplikasi

Selain metalurgi, vanadium juga digunakan untuk aplikasi lain. Penampang tangkapan neutron termal dan paruh pendek isotop yang dihasilkan oleh penangkapan neutron menjadikan logam ini bahan yang cocok untuk digunakan di dalam reaktor fusi.

Oksida vanadium yang paling umum, V 2 O 5 pentoksida, digunakan sebagai katalis dalam produksi asam sulfat dan sebagai zat pengoksidasi dalam produksi anhidrida maleat. Vanadium oksida digunakan dalam pembuatan produk keramik.

Logam ini merupakan komponen penting dari campuran katalis oksida logam yang digunakan dalam oksidasi propana dan propilena menjadi akrolein, asam akrilat, atau amoksidasi propilena menjadi akrilonitril. Oksida vanadium lainnya, VO2 dioksida, digunakan dalam produksi pelapis kaca yang menghalangi radiasi infra merah pada suhu tertentu.

Baterai redoks vanadium adalah sel galvanik yang terdiri dari ion vanadium encer dalam berbagai tingkat oksidasi. Baterai jenis ini pertama kali diusulkan pada 1930-an, dan penggunaan komersial dimulai pada 1980-an. Vanadate dapat digunakan untuk melindungi baja dari korosi.

Vanadium sangat penting untuk kesehatan manusia. Ini membantu mengatur metabolisme karbon dan lipid dan terlibat dalam produksi energi. Dianjurkan untuk mengonsumsi 6-63 mcg per hari (data WHO) dari zat yang disertakan dengan makanan. Itu cukup dalam sereal, kacang-kacangan, sayuran, jamu, buah-buahan.