바나듐 화학식. 바나듐: 속성, 원자 질량, 공식, 응용. 요소의 철강 로트

정의

바나듐주기율표의 2차(B) 하위 그룹 V족의 네 번째 기간에 위치합니다.

d-패밀리의 요소를 나타냅니다. 금속. 명칭 - V. 서수 - 23. 상대 원자량 - 50.941 a.m.u.

바나듐 원자의 전자 구조

바나듐 원자는 양전하를 띤 핵(+23)으로 구성되어 있으며 그 안에는 23개의 양성자와 28개의 중성자가 있고 23개의 전자가 4개의 궤도를 돌고 있습니다.

그림 1. 바나듐 원자의 개략도.

오비탈의 전자 분포는 다음과 같습니다.

1에스 2 2에스 2 2피 6 3에스 2 3피 6 3디 3 4에스 2 .

바나듐 원자의 외부 에너지 준위는 원자가인 5개의 전자를 포함합니다. 칼슘의 산화 상태는 +5입니다. 바닥 상태의 에너지 다이어그램은 다음 형식을 취합니다.

다이어그램을 기반으로 바나듐도 +3의 산화 상태를 갖는다고 주장할 수 있습니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동	규소와 바나듐 원자의 에너지 준위와 하위 준위에 대한 전자의 분포를 그립니다. 원자 구조 측면에서 어떤 유형의 요소가 속해 있습니까?
답변	실리콘 : 14Si)2)8)4; 1에스 2 2에스 2 2피 6 3에스 2 3피 2 . 바나듐: 23 V) 2) 8) 11) 2 ; 1에스 2 2에스 2 2피 6 3에스 2 3피 6 3디 3 4에스 2 . 실리콘은 가족의 것입니다. 피- 바나듐 디-강요.

바나듐

바나듐-나; 중.[위도. Nord의 바나듐.] 화학 원소(V), 귀중한 등급의 강철을 만드는 데 사용되는 밝은 회색의 단단한 금속. ● 그것은 소금의 아름다운 색 때문에 아름다움의 북유럽 여신 Vanadis의 이름을 따서 명명되었습니다.

◁ 바나듐, 일, 일. V 번째 광석. V강.

바나듐

(lat. Vanadium), 주기율표 V 족의 화학 원소. 이름은 아름다움의 고대 북유럽 여신 Vanadis에서 유래했습니다. 회색 강철 초경합금. 밀도 6.11g/cm3, 티 pl 1920°C. 물과 많은 산에 강합니다. 종종 철과 함께 지각에 분산되어 있습니다(철광석은 바나듐의 중요한 산업 공급원입니다). 항공 및 우주 기술, 해양 조선, 초전도 합금의 구성 요소에 사용되는 구조용 강재 및 합금의 합금 구성 요소. 바나듐 화합물은 섬유, 페인트 및 바니시, 유리 산업에서 사용됩니다.

바나듐

VANADIUM(lat. Vanadium), V("vanadium"이라고 읽음), 원자 번호 23, 원자 질량 50.9415의 화학 원소. 천연 바나듐은 두 핵종의 혼합물입니다. (센티미터.핵종): 안정한 51V(질량의 99.76%) 및 약한 방사성 52V(반감기 3.9 10 17년 이상). 2개의 외부 전자층의 구성 3 에스 2 피 6 디 3 4에스 2 . 멘델레예프의 주기율표에서는 VB족의 4번째 주기에 위치한다. 바나듐은 +2에서 +5(II에서 V까지의 원자가)의 산화 상태에서 화합물을 형성합니다.
바나듐의 중성 원자의 반지름은 0.134nm, V 2+ 이온의 반지름은 0.093nm, V 3+는 0.078nm, V 4+는 0.067-0.086nm, V 5+는 0.050-0.068nm입니다. 바나듐 원자의 연속 이온화 에너지는 6.74, 14.65, 29.31, 48.6 및 65.2 eV입니다. 폴링 척도에서 바나듐의 전기음성도는 1.63입니다.
자유 형태 - 반짝이는 은회색 금속.
발견 역사
바나듐은 1801년 멕시코 광물학자인 A. M. del Río에 의해 Zimapan 광산에서 나온 납 광석의 혼합물로 발견되었습니다. Del Rio는 화합물의 붉은 색 때문에 새로운 원소를 erythronium(그리스어 erythros, red에서 유래)이라고 명명했습니다. 그러나 나중에 그는 새로운 원소가 아니라 4년 전에 발견되었지만 여전히 거의 탐사되지 않은 다양한 크롬을 발견했다고 결정했습니다. 1830년 독일 화학자 F. Wehler가 멕시코 광물을 발견했습니다. (센티미터.벨러 프리드리히)그러나 그는 불화수소에 중독되어 몇 달 동안 연구를 중단했습니다. 같은 해 스웨덴 화학자 N. Sefstrom (센티미터. SEFSTREM 닐스 가브리엘)알려진 요소와 함께 새로운 물질이 밝혀진 철광석의 불순물의 존재에 주목했습니다. J. Berzelius의 실험실에서 분석한 결과 (센티미터. BERZELIUS 옌스 제이콥)새로운 원소가 발견되었다는 것이 증명되었습니다. 이 원소는 아름다운 색채를 가진 화합물을 형성하므로 스칸디나비아의 아름다움의 여신 Vanadis의 이름과 관련된 원소의 이름입니다. 1831년 Wöhler는 에리스로늄과 바나듐의 정체를 증명했지만 이 원소는 Sefstrom과 Berzelius가 부여한 이름을 그대로 유지했습니다.
자연 속에 있음
자연에서 바나듐은 자유 형태로 발생하지 않으며 미량 원소에 속합니다. (센티미터.추적 요소). 지각의 바나듐 함량은 1.6 10 -2 중량%, 바다의 물에는 3.10 -7%입니다. 가장 중요한 광물은 Patronite V(S 2) 2 , vanadinite Pb 5 (VO 4) 3 Cl 및 일부 기타입니다. 바나듐의 주요 공급원은 바나듐을 불순물로 포함하는 철광석입니다.
영수증
산업계에서 철광석에서 바나듐을 혼합물과 함께 얻을 때 바나듐 함량이 8-16%에 이르는 정광을 먼저 준비합니다. 또한, 산화 처리에 의해 바나듐은 가장 높은 산화 상태인 +5로 전이되고 쉽게 수용성인 바나듐산 나트륨 NaVO3가 분리된다. 용액이 황산으로 산성화되면 침전물이 형성되고 건조 후 90% 이상의 바나듐이 포함됩니다.
1차 정광은 용광로에서 환원되고 바나듐 정광이 얻어지며, 이는 바나듐과 철의 합금인 소위 페로바나듐(35~70% 바나듐 함유)의 제련에 사용됩니다. 바나듐 금속은 염화 바나듐을 수소로 환원, 바나듐 산화물(V 2 O 5 또는 V 2 O 3)의 칼슘-열 환원, VI 2의 열 분해 및 기타 방법으로 제조할 수 있습니다.
물리적 및 화학적 특성
바나듐은 외관상 강철과 비슷하며 매우 단단하지만 동시에 연성 금속입니다. 융점 1920 ° C, 끓는점 약 3400 ° C, 밀도 6.11 g / cm 3. 결정 격자는 입방체 중심이며 매개변수 a=0.3024 nm입니다.
화학적으로 바나듐은 상당히 불활성입니다. 해수, 염산, 질산 및 황산의 희석 용액, 알칼리에 내성이 있습니다. 바나듐은 산소와 함께 VO, V 2 O 3 , V 3 O 5 , VO 2 , V 2 O 5 와 같은 여러 산화물을 형성합니다. 주황색 V 2 O 5는 산성 산화물이고 진한 파란색 VO 2는 양쪽 성이며 나머지 바나듐 산화물은 염기성입니다. 할로겐과 함께 바나듐은 조성 VX 2(X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4(X = F, Cl, Br), VF 5 및 여러 옥소할라이드(VOCl, VOCl 2, VOF 3)의 할로겐화물을 형성합니다. 등.).
산화 상태 +2 및 +3의 바나듐 화합물은 강력한 환원제이며 산화 상태 +5에서는 산화제의 특성을 나타냅니다. 공지된 내화성 바나듐 카바이드 VC(tpl=2800℃), 바나듐 나이트라이드 VN, 바나듐 설파이드 V2S5, 바나듐 실리사이드 V3Si 및 기타 바나듐 화합물.
V 2 O 5가 염기성 산화물과 상호 작용하면 바나데이트가 형성됩니다. (센티미터.바나데이트)- 가능한 조성 H 2 의 바나드산 염.
애플리케이션
바나듐은 주로 내마모성, 내열성 및 내식성 합금(특히 특수강) 생산의 합금 첨가제로 자석 생산의 구성 요소로 사용됩니다. 바나듐 산화물 V 2 O 5는 예를 들어 황산 생산에서 이산화황 SO 2를 황 가스 SO 3로 산화시키는 데 효과적인 촉매 역할을합니다. 바나듐 화합물은 다양한 산업(직물, 유리, 페인트 및 바니시 등)에서 다양한 용도로 사용됩니다.
생물학적 역할
바나듐은 모든 유기체의 조직에 미량으로 지속적으로 존재합니다. 식물에서 그 함량(0.1-0.2%)은 동물(1 · 10 -5 -1 · 10 -4 %)보다 상당히 높습니다. bryozoans, mollusks 및 특히 ascidians와 같은 일부 해양 생물은 상당한 양의 바나듐을 농축 할 수 있습니다 (ascidians에서 바나듐은 혈장 또는 특수 세포-vanadocytes에서 발견됨). 분명히 바나듐은 조직의 일부 산화 과정에 관여합니다. 인간 근육 조직에는 2 · 10 - 6% 바나듐, 뼈 조직 - 0.35 · 10 - 6%, 혈액 내 - 2 · 10 - 4% mg / l 미만이 포함되어 있습니다. 전체적으로 평균적인 사람(체중 70kg)의 몸에는 0.11mg의 바나듐이 포함되어 있습니다. 바나듐과 그 화합물은 독성이 있습니다. 인간의 독성 용량은 0.25mg이고 치사량은 2-4mg입니다. V 2 O 5의 경우 공기 중 MPC는 0.1-0.5 mg / m 3입니다.

백과 사전. 2009 .

동의어:

다른 사전에 "바나듐"이 무엇인지 확인하십시오.

-(lat. 바나듐). 1830년에 발견된 깨지기 쉬운 흰색 금속으로 스칸디나비아 신인 바나듐의 이름을 따서 명명되었습니다. 러시아어에 포함된 외국어 사전. Chudinov A.N., 1910. VANADIUM lat. Vanadia라는 이름의 바나듐, ... ... 러시아어 외국어 사전

- (화학적 가치 V, 원자량 51) 인과 질소를 가진 화합물과 유사한 화학 원소. V.의 연결은 무시할 정도로 적은 양이지만 철광석과 일부 점토에서 자주 만납니다. Vanadic 철광석 가공에서 V. 부분 ... ... 브록하우스와 에프론의 백과사전

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바나듐- 바나듐, 화학. V에 서명하십시오. V. 51.0, 단단하고 탄력 있는 강철 색상 금속, 녹는점 1715°, sp. 무게 5.688. V. 의 연결은 본질적으로 널리 분산되어 있습니다. 이 화합물은 독극물이며 비소보다 강도가 떨어지지 않습니다. 그들은… 큰 의학 백과사전

- (바나듐), V, 주기율표 V족의 화학 원소, 원자 번호 23, 원자 질량 50.9415; 금속, mp 1920shC. 내열성, 경질 및 부식 방지 합금의 구성 요소로 강철 및 주철 합금에 사용됩니다. ... 현대 백과사전

- (lat. Vanadium) V, 주기율표 V 족의 화학 원소, 원자 번호 23, 원자 질량 50.9415. 이름은 아름다움의 고대 북유럽 여신 Vanadis에서 유래했습니다. 회색 강철 단단한 금속. 밀도 6.11 g/cm³, mp 1920 .C.… … 큰 백과사전

- (기호 V), TRANSITION ELEMENT, 1801년 발견. 은백색, 가단성, 점성 금속. 철, 납, 우라늄 광석, 석탄, 석유에서 발견됩니다. 강도와 내열성을 높이기 위해 강철 합금에 사용됩니다. ... 과학 및 기술 백과사전 물리적 백과사전

바나듐- V 그룹 주기의 V 요소. 시스템; 에. N. 23, 에. m.50.942; 강철 회색 금속. 천연 V는 51V(99.75%)와 50V(0.25%)의 두 가지 동위원소로 구성됩니다. V는 1801년 Mex에 의해 발견되었습니다. 광물학자 A. M. 델 리오. 무도회에서. 스케일 V… … 기술 번역가 핸드북

바나듐(바나듐), v, 멘델레예프의 주기율표 v족의 화학 원소; 원자 번호 23, 원자 질량 50.942; 강철 회색 금속. Natural V.는 51v(99.75%) 및 50v(0.25%)의 두 가지 동위원소로 구성됩니다. 후자는 약하게 방사성입니다 (반감기 티 1/2 = 10 14년). V.는 1801년 멕시코 광물학자 A. M. del Rio에 의해 멕시코 갈색 납 광석에서 발견되었으며 가열된 염의 아름다운 붉은 색인 에리스로늄(그리스어 erythros, 빨간색에서 유래)의 이름을 따서 명명되었습니다. 1830년 스웨덴의 화학자 N. G. Sefström은 Taberg(스웨덴)에서 철광석의 새로운 원소를 발견하고 고대 북유럽의 아름다움의 여신인 Vanadis를 기리기 위해 B.라는 이름을 붙였습니다. 1869년에 영국의 화학자 H. Roscoe는 vcl 2를 수소로 환원시켜 분말 금속 V.를 얻었다. V.는 20세기 초부터 산업 규모로 채굴되었습니다.

지각에서 V.의 함량은 1.5-10 -2 중량%이며 이것은 상당히 일반적인 요소이지만 암석과 광물에 흩어져 있습니다. Patronite, roscoelite, decloisite, carnotite, vanadinite 및 일부 기타 광물은 산업적으로 중요하며 티타늄-마그네타이트 및 퇴적(인) 철광석과 산화된 구리-납-아연 광석은 다이아몬드의 중요한 공급원입니다. V.는 우라늄 원료, 인산염, 보크사이트 및 각종 유기 퇴적물(아스팔타이트, 오일 셰일)을 처리하는 동안 부산물로 추출됩니다.

물리적 및 화학적 특성. V.는 주기 a = 3.0282 å인 체심 입방 격자를 가집니다. 순수한 상태에서 V.는 단조되어 압력에 의해 쉽게 가공될 수 있습니다. 밀도 6.11 G/ 센티미터 3 , 티 pl 1900 ± 25°С, 티킵 3400°С; 비열 용량(20-100°C에서) 0.120 대변/ 그그라드; 선팽창 열 계수(20-1000°C에서) 10.6 10 -6 빗발-1, 20°C에서 전기 저항률 24.8 10 -8 옴· 중(24.8 10 -6 옴· 센티미터), 4.5K V 미만. 초전도 상태로 들어갑니다. 어닐링 후 고순도 V의 기계적 성질: 탄성 계수 135.25 N/ 중 2 (13520 kgf/ mm 2) 인장강도 120 nm/ 중 2 (12 kgf/ mm 2) 연신율 17%, 브리넬 경도 700 제발/ 중 2 (70 kgf/ mm 2). 가스 불순물은 양모의 가소성을 급격히 감소시키고 경도와 취성을 증가시킵니다.

상온에서 V.는 공기, 해수 및 알칼리 용액의 영향을 받지 않습니다. 플루오르화수소산을 제외한 비산화성 산에 대한 내성. 염산 및 황산의 내식성 측면에서 티타늄은 티타늄 및 스테인리스 스틸보다 훨씬 우수합니다. 300°C 이상의 공기 중에서 가열하면 양모는 산소를 흡수하여 부서지기 쉽습니다. 600-700°C에서 V.는 v 2 o 5 5산화물 및 저급 산화물의 형성으로 집중적으로 산화됩니다. V.가 질소 스트림에서 700 ° C 이상으로 가열되면 질화물 vn이 형성됩니다 ( 티 pl 2050°C), 물과 산에서 안정함. V. 고온에서 탄소와 상호 작용하여 내화성 카바이드 vc ( 티제발 2800°C) 높은 경도.

V. 원자가 2, 3, 4 및 5에 해당하는 화합물을 제공합니다. 따라서 산화물은 vo 및 v 2 o 3(기본 특성을 가짐), vo 2(양쪽성) 및 v 2 o 5(산성)로 알려져 있습니다. 2가 및 3가 V의 화합물은 불안정하고 강력한 환원제입니다. 원자가가 더 높은 화합물이 실질적으로 중요합니다. 원자가가 다른 화합물을 형성하는 V.의 경향은 분석 화학에서 사용되며 v 2 o 5의 촉매 특성도 결정합니다. V. pentoxide는 형성과 함께 알칼리에 용해됩니다. 바나데이트.

접수 및 신청. V. 추출에는 다음이 사용됩니다. 산 및 알칼리 용액으로 광석 또는 광석 정광을 직접 침출; 공급원료의 로스팅(종종 nacl 첨가제 포함) 후 로스팅된 제품을 물 또는 묽은 산으로 침출. 수화 된 오산화 V는 가수 분해 (pH = 1-3)에 의해 용액에서 분리됩니다.바나듐 함유 철광석이 고로에서 제련되면 V.는 주철로 전달되며 처리 중에 10-16 % v를 포함하는 슬래그 2 o 5는 강철로 얻어진다. 바나듐 슬래그는 식염으로 로스팅됩니다. 소성된 물질은 물로 침출된 다음 묽은 황산으로 침출됩니다. V 2 o 5는 솔루션에서 격리됩니다. 후자는 녹이는 역할을합니다 페로바나듐(W.가 35-70%인 철 합금) 및 금속성 W. 및 그 화합물을 얻는다. 가단성 금속 V.는 순수한 v 2 o 5 또는 v 2 o 3의 칼슘-열 환원에 의해 얻어진다. 회수 v 2 o 5 알루미늄; 진공 탄소 열 환원 v 2 o 3 ; 마그네슘 열 환원 vc1 3 ; 요오드화물 B의 열 해리. B.는 소모성 전극이 있는 진공 아크로와 전자빔로에서 녹습니다.

철 야금은 영국의 주요 소비자입니다(생산되는 모든 금속의 최대 95%). V.는 고속도강, 그 대체물, 저합금 공구 및 일부 구조용 강재의 일부입니다. 0.15-0.25% V.를 도입하면 강철의 강도, 인성, 내피로성 및 내마모성이 급격히 증가합니다. 강철에 도입된 V.는 탈산 및 탄화물 형성 원소입니다. 분산된 개재물의 형태로 분포된 밀 탄화물은 강철이 가열될 때 입자 성장을 방지합니다. V.는 합자 합금-ferrovanadium의 형태로 강철에 도입됩니다. V.는 주철 합금에도 사용됩니다. 티타늄의 새로운 소비자는 빠르게 발전하는 티타늄 합금 산업입니다. 일부 티타늄 합금은 최대 13%의 B를 포함합니다. B 첨가제를 포함하는 니오븀, 크롬 및 탄탈륨 기반 합금은 항공, 로켓 및 기타 기술 분야에서 응용되고 있습니다. B를 기반으로 하는 내열성 및 내부식성 합금은 항공, 로켓 및 원자력 기술에 사용될 것으로 예상되는 ti, nb , w, zr 및 al이 추가되었습니다. 흥미로운 것은 ga, si 및 ti와 함께 B.의 초전도 합금 및 화합물입니다.

순수 금속 V.는 원자력 산업(연료 요소, 파이프용 쉘) 및 전자 장치 생산에 사용됩니다.

V. 화합물은 화학 산업에서 촉매, 농업 및 의약, 섬유, 페인트 및 바니시, 고무, 세라믹, 유리, 사진 및 필름 산업에서 사용됩니다.

V. 의 연결은 유독합니다. 화합물 B를 포함하는 먼지를 흡입하면 중독이 가능합니다. 호흡기 자극, 폐출혈, 현기증, 심장 활동 장애, 신장 등을 유발합니다.

B. 몸에서. V.는 식물 및 동물 유기체의 영구 구성 요소입니다. V.의 출처는 화성암과 셰일(약 0.013% V. 포함), 사암 및 석회암(약 0.002% V.)입니다. V.의 토양에서 약 0.01%(주로 부식질); 담수 및 해수 1 10 7 -2 10 7%. 육상 및 수생 식물에서 V.의 함량은 육상 및 해양 동물(1.5 10 -5 -2 10 -4%)보다 훨씬 높습니다(0.16-0.2%). V.의 집중 장치는 다음과 같습니다. bryozoan plumatella, 연체 동물 pleurobranchus plumula, 해삼 stichopus mobii, 일부 ascidia, 곰팡이 - 검은 아스페르길루스, 곰팡이 - 버섯 (amanita muscaria). V. 의 생물학적 역할은 V. 가 3가 및 4가 상태, 즉 동적 균형이 있는 혈액 세포에서 ascidians에 대해 연구되었습니다.

ascidia에서 V.의 생리적 역할은 산소와 이산화탄소의 호흡 전달이 아니라 산화 환원 과정과 관련이 있습니다. 소위 바나듐 시스템을 사용하는 전자 전달은 아마도 다른 유기체에서 생리적 중요성을 가질 것입니다.

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I. Romankov. V. V. 코발스키.

바나듐은 기호 "V"로 표시되는 화학 원소입니다. 바나듐의 원자량은 50.9415amu입니다. e.m., 원자 번호 - 23. 고체 은회색, 가단성 및 가용성 금속으로 자연에서 거의 발견되지 않습니다. 60개 이상의 광물에서 발견되며 화석 연료에서도 발견될 수 있습니다.

인식할 수 없는 발견

금속 바나듐은 1801년 스페인 태생의 멕시코 광물학자 Andrés Manuel Del Río가 처음 발견했습니다. 한 연구원이 멕시코에서 채굴된 갈색 납광석 샘플에서 새로운 원소를 추출했습니다. 결과적으로 금속염은 다양한 색상을 가지고 있으므로 Del Rio는 원래 "panchromium"(그리스어 "παγχρώμιο"- "다채로운"에서 유래)이라고 불렀습니다.

나중에 광물 학자는 대부분의 염이 가열되면 빨간색으로 변하기 때문에 요소 에리스로늄 (그리스어 "ερυθρός"- "빨간색"에서 유래)의 이름을 변경했습니다. 유럽의 잘 알려지지 않은 과학자에게 놀라운 행운이 미소를 지은 것 같습니다. 새로운 화학 원소인 바나듐의 발견은 명성은 아니더라도 적어도 동료들의 인정을 약속했습니다. 그러나 과학계에서 상당한 권위가 없었기 때문에 멕시코인의 업적은 무시되었다.

1805년에 프랑스 화학자 Hippolyte Victor Collet-Decotyls는 Del Rio가 탐구한 새로운 원소가 불순물이 포함된 납 크롬산염의 샘플일 뿐이라고 제안했습니다. 결국 멕시코 연구원은 과학 형제회 앞에서 얼굴을 완전히 잃지 않기 위해 Collet-Decotil의 진술을 받아들이고 그의 발견을 포기했습니다. 그러나 그의 업적은 망각에 빠지지 않았습니다. 오늘날 Andres Manuel Del Rio는 희귀 금속의 발견자로 인정받고 있습니다.

재개

1831년 스웨덴의 Niels Gabriel Sefström은 철광석을 가지고 작업하면서 얻은 산화물에서 화학 원소인 바나듐을 재발견했습니다. 지정으로 과학자는 아직 어떤 요소에도 지정되지 않은 문자 "V"를 선택했습니다. Sefström은 아름답고 풍부한 색상 때문에 고대 북유럽의 아름다움의 여신인 Vanadis의 이름을 따서 새로운 금속이라고 명명했습니다.

이 소식은 과학계의 관심을 불러일으켰습니다. 그들은 멕시코 광물 학자의 작업을 즉시 기억했습니다. 또한 1831년에 Friedrich Wöhler는 Del Rio의 이전 발견을 재확인하고 확인했습니다. 그리고 지질학자인 George William Featherstonhaup은 발견자를 기리기 위해 금속을 "rionium"이라고 명명하기까지 제안했지만 그 계획은 지원되지 않았습니다.

피하는

순수한 형태의 바나듐 금속을 분리하는 것은 어려운 것으로 판명되었습니다. 그 전에 과학자들은 소금으로만 작업했습니다. 그렇기 때문에 바나듐의 진정한 특성이 알려지지 않았습니다. 1831년 Berzelius는 금속화된 물질을 얻었다고 보고했지만 Henry Enfield Roscoe는 Berzelius가 실제로 질화바나듐(VN)을 생산했음을 증명했습니다. Roscoe는 궁극적으로 1867년에 염화바나듐(VCl 2 )을 수소로 환원하여 금속을 생산했습니다. 1927년 이래로 오산화바나듐을 칼슘과 함께 환원시켜 순수한 바나듐을 얻었다.

요소의 첫 번째 직렬 산업 사용은 1905년으로 거슬러 올라갑니다. 이 금속은 경주용 자동차 섀시와 나중에 Ford Model T를 위한 강철 합금에 추가되었습니다. 바나듐의 특성은 인장 강도를 높이면서 구조물의 무게를 줄입니다. 그런데 독일의 화학자 Martin Henze는 1911년 해양 생물의 혈액 세포(또는 체세포)에서 바나듐을 발견했습니다.

물리적 특성

바나듐은 강철 같은 광택과 6.11g/cm³의 밀도를 가진 중간 경도의 가단성 회청색 금속입니다. 일부 소식통은 높은 연성을 참조하여 재료를 부드럽다고 설명합니다. 원소의 결정 구조는 대부분의 금속 및 강철보다 더 복잡합니다.

바나듐은 부식, 알칼리, 황산 및 염산에 대한 저항성이 우수합니다. 산화물의 패시베이션은 실온에서도 발생하지만 약 660°C(933K, 1220°F)에서 공기 중에서 산화됩니다. 이 물질은 온도가 1920°C에 도달하면 녹고 3400°C에서 끓습니다.

화학적 특성

산소의 영향을 받는 바나듐은 네 가지 유형의 산화물을 형성합니다.

유형(II) 바나듐 화합물은 환원제이고 유형(V) 화합물은 산화제입니다. 화합물(IV)은 종종 바나딜 양이온의 유도체로 존재합니다.

산화물

상업적으로 가장 중요한 화합물은 오산화바나듐입니다. 그것은 갈황색 고체이지만 수용액에서 갓 침전되었을 때 그 색은 짙은 주황색입니다.

산화물은 황산을 생성하는 촉매로 사용됩니다. 이 화합물은 이산화황(SO2)을 삼산화황(SO3)으로 산화시킨다. 이 산화 환원 반응에서 황은 +4에서 +6으로 산화되고 바나듐은 +5에서 +4로 환원됩니다. 바나듐의 공식은 다음과 같습니다.

V2O5 + SO2 → 2VO2 + SO3

촉매는 산소 산화에 의해 재생됩니다.

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

유사한 산화 공정이 말레산 무수물, 프탈산 무수물 및 기타 여러 벌크 유기 화합물의 생산에 사용됩니다.

이 산화물은 페로바나듐 생산에도 사용됩니다. 석회를 첨가하여 철과 페로실리콘으로 가열합니다. 알루미늄을 사용하면 부산물로 알루미나와 함께 철-바나듐 합금이 얻어진다. 열 저항 계수가 높기 때문에 바나듐(V) 산화물은 열화상 장치의 볼로미터 및 마이크로볼로메트릭 어레이의 검출기 재료로 사용됩니다.

형질

희소금속은 다음과 같은 특징이 있습니다.

• 결정 구조: 입방 체 중심.
• 음향 전도성: 4560m/s(20°C에서).
• 바나듐 원자가: V(드물게 IV, III, II).
• 열팽창: 8.4µm/(m·K)(25°C에서).
• 열전도율: 30.7W/(m·K).
• 전기 저항: 197nΩ·m(20°C에서).
• 자성: 상자성.
• 자화율: +255·10 -6 cm 3 /mol(298K).
• 탄성 계수: 128 GPa.
• 전단 계수: 47GPa.
• 벌크 탄성 계수: 160GPa.
• 푸아송비: 0.37.
• 모스 경도: 6.7.
• 비커스 경도: 628-640 MPa.
• 브리넬 경도: 600-742 MPa.
• 요소 범주: 전이 금속.
• 전자 구성: 3d 3 4s 2 .
• 융해열: 21.5 kJ/mol.
• 기화열: 444 kJ/mol.
• 몰 열용량: 24.89 J/(mol·K).

주기율표에서 바나듐은 5족(바나듐 소족), 4주기, d-블록에 속합니다.

확산

우주 규모의 바나듐은 물질 전체 부피의 약 0.0001%입니다. 그것은 구리와 아연만큼 일반적입니다. 이 금속은 태양과 다른 별들의 분광광에서 발견됩니다.

이 원소는 지각에서 20번째로 풍부한 원소입니다. 결정 형태의 금속 바나듐은 매우 드물지만 이 물질의 화합물은 65가지 다른 광물에서 발견됩니다. 경제적으로 중요한 것은 패트로나이트(VS 4), 바나디나이트(Pb 5 (VO 4) 3 Cl) 및 카르노타이트(K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O)입니다.

Vanadyl 이온은 해수에 풍부하며 평균 농도는 30nM입니다. 일부 광천수 공급원에는 이러한 이온이 고농도로 포함되어 있습니다. 예를 들어, 후지산 근처의 샘물에는 최대 54µg/l가 포함되어 있습니다.

채광

이 희귀 금속의 대부분은 초고철질 화성암 반려암에서 발견되는 바나듐 자철광에서 파생됩니다. 원료는 주로 남아프리카, 중국 북서부 및 러시아 동부에서 채굴됩니다. 2013년에 이 국가들은 전체 바나듐의 97% 이상(무게 기준 79,000톤)을 생산했습니다.

이 금속은 또한 보크사이트와 원유, 석탄, 오일 셰일 및 역청 모래 퇴적물에도 존재합니다. 원유에서 최대 1200ppm의 농도가 보고되었습니다. 바나듐(일부 산화물)의 산화 특성으로 인해 이러한 석유 제품이 연소된 후 원소 잔류물이 엔진과 보일러에 부식을 일으킬 수 있습니다.

약 110,000톤의 물질이 화석 연료의 연소를 통해 매년 대기로 유입됩니다. 오늘날 탄화수소에서 귀중한 물질을 추출하는 기술이 개발되고 있습니다.

생산

바나듐은 주로 합금철이라고 불리는 강철 합금의 첨가제로 사용됩니다. 페로바나듐은 전기로에서 원자가(V), 산화철 및 순철을 가진 산화바나듐의 혼합물을 환원시켜 직접 얻습니다.

금속은 나트륨을 얻기 위해 약 850 ° C의 온도에서 염화나트륨 (NaCl) 또는 탄산나트륨 (Na 2 CO 3)을 첨가하여 분쇄 된 바나듐-마그네타이트 광석을 배소하는 것으로 시작하는 다단계 공정을 사용하여 얻습니다. 메타바나데이트(NaVO 3). 이 물질의 수성 추출물은 산성화되어 칼슘 금속에 의해 환원되는 폴리바나데이트 염을 얻습니다. 소규모 생산의 대안으로 오산화바나듐은 수소 또는 마그네슘으로 환원됩니다.

다른 많은 방법도 사용되며, 모두 다른 공정의 부산물로 바나듐을 생성합니다. 그것의 정화는 1925년 Anton Eduard van Arkel과 Jan Hendrik de Bor가 개발한 요오드화물 방법으로 가능합니다. 이것은 바나듐(III) 요오드화물의 형성과 순수한 금속을 얻기 위한 후속 분해를 의미합니다.

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

이 요소를 얻는 다소 이국적인 방법은 일본인에 의해 발명되었습니다. 그들은 해수에서 바나듐을 흡수하는 수중 농장에서 멍게(화색동물의 일종)를 번식시킵니다. 그런 다음 수집되어 태워집니다. 생성된 재에서 귀중한 금속이 추출됩니다. 그건 그렇고, 이 경우 농도는 가장 풍부한 예금보다 훨씬 높습니다.

합금

바나듐 합금이란 무엇입니까? 생산되는 희소 금속의 약 85%는 페로바나듐을 만들거나 강철 첨가제로 사용됩니다. 20세기 초에 소량의 바나듐도 강철의 강도를 크게 증가시킨다는 사실이 발견되었습니다. 이 원소는 안정적인 질화물 및 탄화물을 형성하여 강철 및 합금의 특성을 향상시킵니다.

그 이후로 차축, 프레임, 크랭크축, 기어 및 기타 바퀴 달린 차량의 중요한 부품에 바나듐을 사용하는 것이 주목되었습니다. 합금에는 두 그룹이 있습니다.

• 0.15% ~ 0.25% 바나듐 함량의 고탄소.
• 이 원소 함량이 1%~5%인 고속 공구강(HSS).

HSS강의 경우 HRC 60 이상의 경도를 얻을 수 있으며 수술 기구에 사용됩니다. 분말 야금에서 합금은 최대 18%의 바나듐을 함유할 수 있습니다. 이 합금의 탄화물 함량이 높으면 내마모성이 크게 향상됩니다. 그들은 도구와 칼을 만듭니다.

그 특성으로 인해 바나듐은 베타 형태의 티타늄을 안정화시키고 강도와 온도 안정성을 증가시킵니다. 티타늄 합금의 알루미늄과 혼합되어 제트 엔진, 고속 항공기 및 치과용 임플란트에 사용됩니다. 이음매 없는 파이프에 가장 많이 사용되는 합금은 2.5% 바나듐을 포함하는 티타늄 3/2.5입니다. 이러한 재료는 항공 우주, 방위 및 자전거 산업에서 널리 사용됩니다. 주로 시트로 생산되는 또 다른 일반적인 합금은 6% 알루미늄과 4% 바나듐이 포함된 티타늄 6AL-4V입니다.

몇몇 바나듐 합금은 초전도 특성을 나타냅니다. 제1상 초전도체 A15는 1952년에 입수한 바나듐 화합물 V3Si였다. 바나듐 갈륨 테이프는 초전도 자석에 사용됩니다. 초전도 상 A15 V 3 Ga의 구조는 더 일반적인 초전도체의 구조인 트리니오븀 스탄나이드(Nb 3 Sn) 및 니오븀-티타늄(Nb 3 Ti)과 유사합니다.

최근 과학자들은 중세 시대에 소량의 바나듐(40~270ppm)이 일부 다마스커스 및 다마스크 강철 샘플에 첨가되었음을 발견했습니다. 이로 인해 블레이드의 특성이 향상되었습니다. 그러나 희소금속이 어디서 어떻게 채굴되었는지는 불분명하다. 일부 광석의 일부였을 수 있습니다.

애플리케이션

야금 외에도 바나듐은 다른 용도로도 사용됩니다. 열 중성자 포획 단면과 중성자 포획에 의해 생성된 동위원소의 짧은 반감기는 이 금속을 핵융합로 내부에 사용하기에 적합한 재료로 만듭니다.

가장 일반적인 바나듐 산화물인 V 2 O 5 5산화물은 황산 생산 시 촉매로, 무수 말레산 생산 시 산화제로 사용됩니다. 산화 바나듐은 세라믹 제품 제조에 사용됩니다.

금속은 프로판과 프로필렌을 아크롤레인, 아크릴산으로 산화시키거나 프로필렌을 아크릴로니트릴로 암모산화하는 데 사용되는 혼합 금속 산화물 촉매의 중요한 구성 요소입니다. 또 다른 바나듐 산화물인 VO2 이산화물은 특정 온도에서 적외선을 차단하는 유리 코팅 생산에 사용됩니다.

바나듐 레독스 배터리는 다양한 산화 상태의 수성 바나듐 이온으로 구성된 갈바닉 전지입니다. 이러한 유형의 배터리는 1930년대에 처음 제안되었으며 1980년대에 상업적 사용이 시작되었습니다. Vanadate는 강철을 부식으로부터 보호하는 데 사용할 수 있습니다.

바나듐은 인간의 건강에 필수적입니다. 그것은 탄소와 지질 대사를 조절하는 데 도움이 되며 에너지 생산에 관여합니다. 음식과 함께 제공되는 물질을 하루에 6-63mcg(WHO 데이터) 섭취하는 것이 좋습니다. 곡물, 콩과 식물, 야채, 허브, 과일에 충분합니다.