APIBRĖŽIMAS
Vanadis esantis periodinės lentelės antrinio (B) pogrupio V grupės ketvirtajame periode.
Nurodo d šeimos elementus. Metalas. Pavadinimas - V. Serijos numeris - 23. Santykinė atominė masė - 50,941 amu.
Vanadžio atomo elektroninė struktūra
Vanadžio atomą sudaro teigiamai įkrautas branduolys (+23), kurio viduje yra 23 protonai ir 28 neutronai, o 23 elektronai juda keturiomis orbitomis.
1 pav. Scheminė vanadžio atomo struktūra.
Elektronų pasiskirstymas tarp orbitų yra toks:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 .
Išoriniame vanadžio atomo energijos lygyje yra 5 elektronai, kurie yra valentiniai elektronai. Kalcio oksidacijos laipsnis yra +5. Pagrindinės būsenos energijos diagrama yra tokia:
Remiantis diagrama, galima teigti, kad vanadis taip pat turi +3 oksidacijos laipsnį.
Problemų sprendimo pavyzdžiai
1 PAVYZDYS
| Pratimas | Nubraižykite elektronų pasiskirstymą energijos lygiuose ir polygiuose silicio ir vanadžio atomuose. Kokioms elementų rūšims jie priklauso pagal atominę struktūrą? |
| Atsakymas | Silicis: 14 Si) 2) 8) 4 ; 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Vanadis: 23 V) 2) 8) 11) 2 ; 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 . Silicis priklauso šeimai p- ir vanadis d- elementai. |
Vanadis
VANADIJAS-Aš; m.[lat. Vanadis iš Old Scand.] Cheminis elementas (V), šviesiai pilkos spalvos kietas metalas, naudojamas vertingoms plieno rūšims gaminti. ● Pavadintas senovės skandinavų grožio deivės Vanadžio vardu dėl gražios druskų spalvos.
◁ Vanadis, -aya, -oh. Antrosios rūdos. Antrasis plienas.
vanadis(lot. Vanadis), periodinės lentelės V grupės cheminis elementas. Pavadinimas kilęs iš senovės skandinavų grožio deivės Vanadžio. Plieninis pilkas kietas metalas. Tankis 6,11 g/cm 3 t pl 1920°C. Atsparus vandeniui ir daugeliui rūgščių. Jis yra pasklidęs žemės plutoje ir dažnai lydi geležį (geležies rūdos yra svarbus pramoninis vanadžio šaltinis). Konstrukcinių plienų ir lydinių, naudojamų aviacijos ir kosmoso technologijose, jūrų laivų statyboje, legiruojantis komponentas, superlaidžių lydinių komponentas. Vanadžio junginiai naudojami tekstilės, dažų ir lako bei stiklo pramonėje.
VANADIJASVANADIJUS (lot. Vanadis), V (skaityti „vanadis“), cheminis elementas, kurio atominis skaičius 23, atominė masė 50,9415. Natūralus vanadis yra dviejų nuklidų mišinys (cm. NUKLIDAS): stabili 51 V (99,76 % masės) ir silpnai radioaktyvi 52 V (pusėjimo laikas daugiau nei 3,9 10 17 metų). Dviejų išorinių elektroninių sluoksnių konfigūracija 3 s 2
p 6
d 3
4s 2
. Mendelejevo periodinėje lentelėje jis yra VB grupės ketvirtame periode. Vanadis sudaro junginius, kurių oksidacijos būsena yra nuo +2 iki +5 (valentas nuo II iki V).
Neutralaus vanadžio atomo spindulys lygus 0,134 nm, V 2+ jonų spindulys – 0,093 nm, V 3+ – 0,078 nm, V 4+ – 0,067-0,086 nm, V 5+ – 0,050-0,068 nm. Vanadžio atomo nuoseklios jonizacijos energijos yra 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 ir 65,2 eV. Pagal Paulingo skalę vanadžio elektronegatyvumas yra 1,63.
Laisva forma tai blizgus sidabriškai pilkas metalas.
Atradimų istorija
Vanadį 1801 m. atrado meksikiečių mineralogas A. M. del Rio kaip švino rūdos priemaišą iš kasyklos Zimapane. Del Rio naująjį elementą pavadino eritroniu (iš graikų erythros – raudona) dėl raudonos jo junginių spalvos. Tačiau vėliau jis nusprendė, kad atrado ne naują elementą, o chromo atmainą, atrastą prieš ketverius metus ir vis dar beveik neištirtą. 1830 metais vokiečių chemikas F. Wöhleris tyrinėjo meksikietišką mineralą. (cm. WELER Friedrich) Tačiau apsinuodijęs vandenilio fluoridu jis keliems mėnesiams sustabdė tyrimus. Tais pačiais metais švedų chemikas N. Sefström (cm. SEFStröm Nils Gabriel) atkreipė dėmesį į priemaišą, esančią geležies rūdoje, kurioje kartu su žinomais elementais buvo naujos medžiagos. Analizės J. Berzelio laboratorijoje rezultatas (cm. BERZELIUS Jensas Jokūbas) buvo įrodyta, kad buvo atrastas naujas elementas. Šis elementas sudaro gražių spalvų junginius, todėl elemento pavadinimas siejamas su skandinavų grožio deivės Vanadžio vardu. 1831 m. Wöhleris įrodė eritronio ir vanadžio tapatumą, tačiau elementas išlaikė Sefströmo ir Berzelius jam suteiktą pavadinimą.
Buvimas gamtoje
Gamtoje vanadis laisvos formos nėra, jis priskiriamas mikroelementams. (cm. mikroelementai). Vanadžio kiekis žemės plutoje yra 1,6 10 -2% masės, vandenyno vandenyje 3,10 -7%. Svarbiausi mineralai: patronitas V(S 2) 2, vanadinitas Pb 5 (VO 4) 3 Cl ir kai kurie kiti. Pagrindinis vanadžio šaltinis yra geležies rūdos, kurių priemaiša yra vanadis.
Kvitas
Pramonėje, gaunant vanadį iš geležies rūdos su jo priedu, pirmiausia ruošiamas koncentratas, kuriame vanadžio kiekis siekia 8-16%. Toliau, oksidaciniu būdu, vanadis perkeliamas į aukščiausią oksidacijos laipsnį +5 ir atskiriamas natrio vanadatas NaVO 3, lengvai tirpus vandenyje. Tirpalą parūgštinus sieros rūgštimi, susidaro nuosėdos, kuriose po džiovinimo yra daugiau nei 90% vanadžio.
Pirminis koncentratas redukuojamas aukštakrosnėse ir gaunamas vanadžio koncentratas, kuris vėliau naudojamas lydant vanadžio ir geležies lydinį – vadinamąjį ferovanadį (sudėtyje yra nuo 35 iki 70 % vanadžio). Metalinis vanadis gali būti gaunamas redukuojant vanadžio chloridą vandeniliu, kalciu terminiu vanadžio oksidų redukavimu (V 2 O 5 arba V 2 O 3), termine VI 2 disociacija ir kitais būdais.
Fizinės ir cheminės savybės
Vanadis savo išvaizda panašus į plieną, yra gana kietas, bet tuo pačiu ir kalus metalas. Lydymosi temperatūra 1920 °C, virimo temperatūra apie 3400 °C, tankis 6,11 g/cm3. Kristalinė gardelė yra kubinė, kūno centre, parametras a = 0,3024 nm.
Chemiškai vanadis yra gana inertiškas. Atsparus jūros vandeniui, skiestiems druskos, azoto ir sieros rūgščių tirpalams bei šarmams. Su deguonimi vanadis sudaro kelis oksidus: VO, V 2 O 3, V 3 O 5, VO 2, V 2 O 5. Oranžinė V 2 O 5 yra rūgštinis oksidas, tamsiai mėlynas VO 2 yra amfoterinis, likę vanadžio oksidai yra baziniai. Su halogenais vanadis sudaro VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 ir kelių oksohalogenidų (VOCl, VOCl 2, VOF) halogenidus. 3 ir kt.).
Vanadžio junginiai, kurių oksidacijos būsenos +2 ir +3 yra stiprūs reduktoriai, o oksidacijos būsenoje +5 jie pasižymi oksiduojančių medžiagų savybėmis. Žinomas ugniai atsparus vanadžio karbidas VC (t pl =2800 °C), vanadžio nitridas VN, vanadžio sulfidas V 2 S 5, vanadžio silicidas V 3 Si ir kiti vanadžio junginiai.
Kai V 2 O 5 sąveikauja su baziniais oksidais, susidaro vanadatai (cm. VANADATAS)- H 2 tikėtinos sudėties vanado rūgšties druskos.
Taikymas
Vanadis daugiausia naudojamas kaip legiravimo priedas gaminant dilimui, karščiui ir korozijai atsparius lydinius (pirmiausia specialųjį plieną), ir kaip komponentas gaminant magnetus. Vanadžio oksidas V 2 O 5 yra veiksmingas katalizatorius, pavyzdžiui, sieros dioksidą SO 2 oksiduojant į sieros dujas SO 3 gaminant sieros rūgštį. Vanadžio junginiai įvairiai pritaikomi įvairiose pramonės šakose (tekstilės, stiklo, dažų ir lako ir kt.).
Biologinis vaidmuo
Vanadis nuolat yra nedideliais kiekiais visų organizmų audiniuose. Augaluose jo kiekis (0,1-0,2%) žymiai didesnis nei gyvūnuose (1·10 –5 -1·10 –4%). Kai kurie jūrų organizmai – bryozoans, moliuskai ir ypač ascidijos – gali koncentruotis dideliais kiekiais vanadžio (ascidijose vanadis randamas kraujo plazmoje arba specialiose ląstelėse – vanadocituose). Matyt, vanadis dalyvauja kai kuriuose oksidaciniuose procesuose audiniuose. Žmogaus raumeniniame audinyje vanadžio yra 2·10 - 6%, kauliniame audinyje - 0,35·10 - 6%, kraujyje - mažiau nei 2·10 - 4% mg/l. Iš viso vidutinis žmogus (kūno svoris 70 kg) turi 0,11 mg vanadžio. Vanadis ir jo junginiai yra toksiški. Toksiška dozė žmogui – 0,25 mg, mirtina – 2–4 mg. Didžiausia leistina V 2 O 5 koncentracija ore yra 0,1-0,5 mg/m 3 .
enciklopedinis žodynas. 2009 .
Sinonimai:Pažiūrėkite, kas yra „vanadium“ kituose žodynuose:
- (lot. vanadis). Trapus baltos spalvos metalas, atrastas 1830 metais ir pavadintas skandinavų dievybės Vanadžio vardu. Užsienio žodžių žodynas, įtrauktas į rusų kalbą. Chudinovas A.N., 1910. VANADIUM lat. vanadis, pavadintas Vanadija, ...... Rusų kalbos svetimžodžių žodynas
- (cheminė vertė V, atominė masė 51) cheminis elementas, panašus į junginius su fosforu ir azotu. V. junginiai dažnai randami, nors ir nedideliais kiekiais, geležies rūdose ir kai kuriuose moliuose; pirminis vanadinių geležies rūdų apdorojimas, V. dalis... ... Brockhauso ir Efrono enciklopedija
Vanadų rusų sinonimų žodynas. vanadžio daiktavardis, sinonimų skaičius: 2 vanadžio (1) elementas... Sinonimų žodynas
VANADIJAS- VANADIS, cheminis. V ženklas, at. V. 51,0, kietas, elastingas plieno spalvos metalas, lydymosi temperatūra 1715°, sp. svoris 5.688. V. junginiai yra plačiai paplitę gamtoje. Šie junginiai yra nuodai, savo stiprumu nenusileidžiantys arsenui; jie turi... ... Didžioji medicinos enciklopedija
- (Vanadis), V, periodinės sistemos V grupės cheminis elementas, atominis skaičius 23, atominė masė 50,9415; metalo, lydymosi temperatūra 1920°C. Naudojamas plieno ir ketaus legiravimui, kaip karščiui atsparių, kietų ir korozijai atsparių lydinių komponentas, kaip... Šiuolaikinė enciklopedija
- (lot. Vanadis) V, periodinės sistemos V grupės cheminis elementas, atominis skaičius 23, atominė masė 50,9415. Pavadinimas kilęs iš senovės skandinavų grožio deivės Vanadžio. Plieninis pilkas kietas metalas. Tankis 6,11 g/cm³, lydymosi temperatūra 1920 .C.… … Didysis enciklopedinis žodynas
- (simbolis V), PEREINAMASIS ELEMENTAS, atrastas 1801 m. Sidabriškai baltas, kalus, tvirtas metalas. Randama GELEŽIES, SVINO IR URANO rūdose, taip pat anglies ir naftos. Naudojamas plieno lydiniuose, siekiant padidinti stiprumą ir atsparumą karščiui.… … Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas Fizinė enciklopedija
vanadis- V grupės V periodinis elementas. sistemos; adresu. n. 23, val. m 50,942; plieno pilkas metalas. Natural V susideda iš dviejų izotopų: 51V (99,75%) ir 50V (0,25%). V buvo atidarytas 1801 m. Meksikoje. mineralogas A. M. del Rio. Per išleistuves. V skalė...... Techninis vertėjo vadovas
Vanadis(vanadis), v, Mendelejevo periodinės sistemos V grupės cheminis elementas; atominis skaičius 23, atominė masė 50,942; metalo pilkai plieno spalva. Natūralus V. susideda iš dviejų izotopų: 51 v (99,75%) ir 50 v (0,25%); pastarasis yra silpnai radioaktyvus (pusėjimo laikas T 1/2 = 10 14 metų). V. 1801 m. atrado meksikiečių mineralogas A. M. del Rio Meksikos rudojoje švino rūdoje ir buvo pavadintas dėl gražios raudonos įkaitintų druskų spalvos eritronio (iš graikų erythr o s – raudona). 1830 m. švedų chemikas N. G. Sefströmas atrado naują elementą geležies rūdoje iš Tabergo (Švedija) ir pavadino jį V. senosios skandinavų grožio deivės Vanadžio garbei. 1869 metais anglų chemikas G. Roscoe gavo metalo V. miltelius redukuodamas vcl 2 vandeniliu. V. pramoniniu mastu kasamas nuo XX amžiaus pradžios.
V kiekis žemės plutoje yra 1,5–10–2 % masės, tai gana dažnas elementas, tačiau pasklidęs uolienose ir mineraluose. Iš daugybės V. mineralų pramoninės reikšmės turi patronitas, roskoelitas, dekloysitas, karnotitas, vanadinitas ir kai kurie kiti Svarbūs V. šaltiniai yra titanomagnetitas ir nuosėdinės (fosforinės) geležies rūdos, taip pat oksiduotas varis-švinas- cinko rūdos. V. išgaunamas kaip šalutinis produktas perdirbant urano žaliavas, fosforitus, boksitus, įvairius organinius telkinius (asfaltitus, naftą).
Fizinės ir cheminės savybės. V. turi į kūną orientuotą kubinę gardelę, kurios periodas a = 3,0282 å. Gryna V. yra padirbta ir gali būti lengvai apdorojama spaudimu. Tankis 6.11 G/ cm 3 , t pl 1900 ± 25°С, t rulonas 3400°C; savitoji šiluminė talpa (esant 20-100°C) 0,120 išmatos/ ggrad; linijinio plėtimosi šiluminis koeficientas (esant 20-1000°C) 10,6·10 -6 kruša-1, elektrinė varža 20 °C temperatūroje 24,8·10 -8 ohm· m(24,8 · 10 -6 ohm· cm), žemiau 4,5 K V. pereina į superlaidumo būseną. Mechaninės savybės didelio grynumo V. po atkaitinimo: tamprumo modulis 135.25 n/ m 2 (13520 kgf/ mm 2), tempiamasis stipris 120 nm/ m 2 (12 kgf/ mm 2), pailgėjimas 17%, Brinelio kietumas 700 pl/ m 2 (70 kgf/ mm 2). Dujų priemaišos smarkiai sumažina pluošto plastiškumą ir padidina jo kietumą bei trapumą.
Esant įprastoms temperatūroms, V. nėra veikiamas oro, jūros vandens ir šarmų tirpalų; atsparus neoksiduojančioms rūgštims, išskyrus vandenilio fluorido rūgštį. Pagal atsparumą korozijai druskos ir sieros rūgštyse V. žymiai pranašesnis už titaną ir nerūdijantį plieną. Kaitinamas ore virš 300°C, jis sugeria deguonį ir tampa trapus. 600-700°C temperatūroje V. intensyviai oksiduojasi, susidaro pentoksidas v 2 o 5, taip pat žemesni oksidai. Kai V azoto sraute kaitinamas virš 700°C, nitridas vn ( t lyd. 2050°C), stabilus vandenyje ir rūgštyse. V. sąveikauja su anglimi aukštoje temperatūroje, sudarydamas ugniai atsparų karbidą vc ( t pl 2800°C), kuris pasižymi dideliu kietumu.
V. pateikia junginius, atitinkančius 2, 3, 4 ir 5 valentus; Atitinkamai yra žinomi šie oksidai: vo ir v 2 o 3 (turi bazinį pobūdį), vo 2 (amfoterinis) ir v 2 o 5 (rūgštinis). 2- ir 3-valentės stiklakūnio junginiai yra nestabilūs ir yra stiprūs reduktoriai. Didesnio valentingumo junginiai turi praktinę reikšmę. V. polinkis sudaryti skirtingo valentingumo junginius naudojamas analitinėje chemijoje, taip pat lemia v 2 o 5 katalizines savybes. V. pentoksidas ištirpsta šarmuose ir susidaro vanadatai.
Kvitas ir paraiška. Mineralams išgauti naudojami: tiesioginis rūdos ar rūdos koncentrato išplovimas rūgščių ir šarmų tirpalais; žaliavos deginimas (dažnai su nacl priedais), po to deginto produkto išplovimas vandeniu arba atskiestomis rūgštimis. Hidratuotas V pentoksidas iš tirpalų išskiriamas hidrolizės būdu (esant pH = 1-3) Lydant vanadžio turinčias geležies rūdas aukštakrosnėje, V paverčiamas ketaus, kurį apdorojant šlakas, turintis 10-16 % v. 2 o 5 gaunamas į plieną. Vanadžio šlakai skrudinami su valgomąja druska. Sudegusi medžiaga išplaunama vandeniu, o paskui praskiesta sieros rūgštimi. Iš tirpalų išskiriamas V 2 o 5. Pastarasis naudojamas lydymui ferovanadis(geležies lydiniai su 35-70 % V.) ir gaunant metalą V. ir jo junginius. Kalusis metalas V. gaunamas kalciu termiškai redukuojant gryną v 2 o 5 arba v 2 o 3; v 2 o 5 sumažinimas aliuminiu; vakuuminis anglies terminis redukcija v 2 o 3; magnio-terminė redukcija vc1 3; jodido terminė disociacija.. V. lydomas vakuuminėse lankinėse krosnyse su vartojamuoju elektrodu ir elektronų pluošto krosnyse.
Juodoji metalurgija yra pagrindinė metalo vartotoja (iki 95% viso pagaminamo metalo). V. yra greitapjovio plieno, jo pakaitalų, mažai legiruotų įrankių plieno ir kai kurių konstrukcinių plienų sudedamoji dalis. Įvedus 0,15–0,25% V., plieno stiprumas, kietumas, atsparumas nuovargiui ir dilimui smarkiai padidėja. V., įterptas į plieną, yra ir deoksiduojantis, ir karbidą formuojantis elementas. V. karbidai, pasiskirstę išsklaidytų intarpų pavidalu, neleidžia grūdams augti kaitinant plieną. V. į plieną įvedamas pagrindinio lydinio – ferovanadžio – pavidalu. V. taip pat naudojamas ketaus legiravimui. Naujas titano vartotojas yra sparčiai besivystanti titano lydinių pramonė; kai kuriuose titano lydiniuose yra iki 13 % V. Aviacijos, raketų ir kitose technologijų srityse buvo naudojami lydiniai, kurių pagrindą sudaro niobis, chromas ir tantalo priedai, kurių sudėtyje yra V. Karščiui ir korozijai atsparūs lydiniai V pagrindu, pridedant buvo sukurti ti, nb. , w, zr ir al, kuriuos tikimasi panaudoti aviacijos, raketų ir branduolinėse technologijose. Įdomūs yra superlaidieji lydiniai ir V junginiai su ga, si ir ti.
Grynas metalinis V. naudojamas branduolinėje energetikoje (kuro elementų korpusai, vamzdžiai) ir elektroninių prietaisų gamyboje.
V. junginiai naudojami chemijos pramonėje kaip katalizatoriai, žemės ūkyje ir medicinoje, tekstilės, dažų ir lako, gumos, keramikos, stiklo, foto ir kino pramonėje.
V. junginiai yra nuodingi. Apsinuodijimas galimas įkvėpus dulkių, turinčių junginių B. Jie sukelia kvėpavimo takų dirginimą, plaučių kraujavimą, galvos svaigimą, sutrikdo širdies, inkstų veiklą ir kt.
V. kūne. V. yra nuolatinis augalų ir gyvūnų organizmų komponentas. Vandens šaltinis – magminės uolienos ir skalūnai (turi apie 0,013 % vandens), taip pat smiltainiai ir kalkakmeniai (apie 0,002 % vandens). Dirvožemyje V. yra apie 0,01 % (daugiausia humuso); gėluose ir jūros vandenyse 1·10 7 -2·10 7%. Sausumos ir vandens augaluose V. kiekis yra žymiai didesnis (0,16-0,2%) nei sausumos ir jūros gyvūnuose (1,5·10 -5 -2·10 -4%). V. koncentratoriai yra: bryozoan plumatella, moliuskas pleurobranchus plumula, jūrinis agurkas stichopus mobii, kai kurie ascidijos, nuo pelėsių - juodasis aspergillus, iš grybų - rupūžės (amanita muscaria). Biologinis V. vaidmuo buvo tiriamas ascidijose, kurių kraujo ląstelėse V. yra 3 ir 4 valentinėje būsenoje, tai yra, yra dinaminė pusiausvyra.
Fiziologinis V. vaidmuo ascidijose siejamas ne su deguonies ir anglies dioksido pernešimu kvėpavimo takuose, o su redokso procesais – elektronų pernešimu naudojant vadinamąją vanadžio sistemą, kuri tikriausiai turi fiziologinę reikšmę kituose organizmuose.
Lit.: Meerson G. A., Zelikman A. N., Retųjų metalų metalurgija, M., 1955; Polyakov A. Yu., Vanadžio metalurgijos pagrindai, M., 1959; Rostoker U., Vanadžio metalurgija, vert. iš anglų k., M., 1959; Kieffer p., Brown H., vanadis, niobis, tantalas, trans. iš vokiečių kalbos, M., 1968 m. Retųjų metalų vadovas, [vert. iš anglų k.], M., 1965, p. 98-121; Ugniai atsparios medžiagos mechanikos inžinerijoje. Rodyklė, M., 1967, p. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Biologinis vanadžio vaidmuo ascidijose, „Šiuolaikinės biologijos pažanga“, 1965, 60, v. 1 straipsnio 4 dalis; Bowen N. j. M., mikroelementai biochemijoje, l. - n. m., 1966 m.
I. Romankovas. V. V. Kovalskis.
Vanadis yra cheminis elementas, kurį simbolizuoja simbolis „V“. Vanadžio atominė masė yra 50,9415 a. e.m., atominis skaičius – 23. Tai kietas sidabriškai pilkas, kalus ir lydantis metalas, retai gamtoje sutinkamas. Jo yra daugiau nei 60 mineralų ir netgi galima rasti iškastiniame kure.
Neatpažintas atradimas
Metalinį vanadį pirmą kartą atrado ispanų kilmės meksikiečių mineralogas Andresas Manuelis Del Rio 1801 m. Mokslininkas iš Meksikoje išgaunamo „rudosios“ švino rūdos mėginio išskyrė naują elementą. Kaip paaiškėjo, metalo druskos yra labai įvairių spalvų, todėl Del Rio iš pradžių pavadino jį „panchromiu“ (iš graikų kalbos „παγχρώμιο“ – „įvairiaspalvis“).
Vėliau mineralogas elementą pervadino eritroniu (iš graikiško „ερυθρός“ – „raudona“), nes kaitinant dauguma druskų nusidažė raudona spalva. Atrodytų, neįtikėtina sėkmė nusišypsojo Europoje mažai žinomam mokslininkui. Naujo cheminio elemento vanadžio atradimas žadėjo jei ne šlovę, tai bent pripažinimą iš kolegų. Tačiau dėl reikšmingo autoriteto mokslo pasaulyje stokos meksikiečio pasiekimas buvo ignoruojamas.
1805 m. prancūzų chemikas Hippolyte'as Victoras Collet-Decotilsas pasiūlė, kad naujasis Del Rio ištirtas elementas yra tik švino chromato su priemaišomis pavyzdys. Galiausiai meksikiečių tyrinėtojas, norėdamas visiškai neprarasti veido prieš mokslinę broliją, sutiko su Collet-Decotille pareiškimu ir atsisakė savo atradimo. Tačiau jo pasiekimas neužmiršo. Šiandien Andresas Manuelis Del Rio yra pripažintas reto metalo atradėju.
Iš naujo atidaroma
1831 m. švedas Nilsas Gabrielis Sefströmas okside, kurį gavo dirbdamas su geležies rūda, iš naujo atrado cheminį elementą vanadį. Savo žymėjimu mokslininkas pasirinko raidę „V“, kuri dar nebuvo priskirta jokiam elementui. Säfström naująjį metalą dėl gražios ir sodrios spalvos pavadino senosios skandinavų grožio deivės Vanadžio vardu.
Ši žinia sukėlė didesnį mokslo bendruomenės susidomėjimą. Iš karto prisiminėme meksikiečių mineralogo darbą. Tais pačiais 1831 m. Friedrichas Wöhleris dar kartą patikrino ir patvirtino ankstesnį Del Rio atradimą. Geologas George'as Williamas Featherstonhoopas atradėjo garbei netgi pasiūlė pavadinti metalą „rioniumu“, tačiau iniciatyva nebuvo palaikoma.
Nepagaunamas
Išskirti gryną vanadį pasirodė sudėtinga. Prieš tai mokslininkai dirbo tik su jo druskomis. Štai kodėl tikrosios vanadžio savybės nežinomos. 1831 m. Berzelius pranešė, kad gavo metalizuotą medžiagą, tačiau Henry Enfield Roscoe įrodė, kad Berzelius iš tikrųjų gamino vanadžio nitridą (VN). Roscoe galiausiai pagamino metalą 1867 m., redukuodamas vanadžio chloridą (VCl 2) vandeniliu. Nuo 1927 m. grynas vanadis gaunamas redukuojant vanadžio pentoksidą kalciu.
Pirmą kartą serijinis pramoninis elementas buvo naudojamas 1905 m. Metalo buvo pridėta prie plieno lydinio, kad būtų pagaminta lenktyninių automobilių važiuoklė, o vėliau – į Ford Model T. Vanadžio charakteristikos padeda sumažinti konstrukcijos svorį ir padidina tempimo stiprumą. Beje, vokiečių chemikas Martinas Henze 1911 metais jūros gyventojų – acidijų – kraujo ląstelėse (arba celominėse ląstelėse) atrado vanadį.
Fizinės savybės
Vanadis yra kalusis pilkai mėlynas vidutinio kietumo metalas su plieniniu blizgesiu ir 6,11 g/cm³ tankiu. Kai kuriuose šaltiniuose medžiaga apibūdinama kaip minkšta, o tai reiškia didelį jos lankstumą. Elemento kristalinė struktūra yra sudėtingesnė nei daugumos metalų ir plieno.
Vanadis turi gerą atsparumą korozijai, šarmams, sieros ir druskos rūgštims. Jis oksiduojasi ore maždaug 660°C (933K, 1220°F), nors oksido pasyvavimas vyksta net kambario temperatūroje. Ši medžiaga išsilydo, kai temperatūra pasiekia 1920°C, ir verda 3400°C temperatūroje.
Cheminės savybės
Vanadis, veikiamas deguonies, sudaro keturių tipų oksidus:
(II) tipo vanadžio junginiai yra reduktoriai, o (V) tipo junginiai yra oksidatoriai. (IV) junginiai dažnai egzistuoja kaip vanadilo katijono dariniai.
Oksidas
Komerciniu požiūriu svarbiausias junginys yra vanadžio pentoksidas. Tai rusvai gelsva kieta medžiaga, nors ką tik nusodinta iš vandeninio tirpalo, jos spalva yra tamsiai oranžinė.
Oksidas naudojamas kaip sieros rūgšties gamybos katalizatorius. Šis junginys sieros dioksidą (SO 2) oksiduoja į trioksidą (SO 3). Šioje redokso reakcijoje siera oksiduojama nuo +4 iki +6, o vanadis redukuojamas nuo +5 iki +4. Vanadžio formulė yra tokia:
V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3
Katalizatorius regeneruojamas oksiduojant deguonį:
2VO 2 + O 2 → V 2 O 5
Panašūs oksidacijos procesai naudojami gaminant maleino anhidridą, ftalio anhidridą ir keletą kitų birių organinių junginių.
Šis oksidas taip pat naudojamas ruošiant ferovanadį. Jis kaitinamas geležimi ir ferosiliciu, pridedant kalkių. Kai naudojamas aliuminis, gaunamas geležies ir vanadžio lydinys kartu su aliuminio oksidu kaip šalutiniu produktu. Dėl didelio šiluminės varžos koeficiento vanadžio (V) oksidas naudojamas kaip detektoriaus medžiaga bolometruose ir mikrobolometrų matricose terminio vaizdo prietaisuose.
Charakteristikos
Retas metalas turi šias savybes:
- Kristalinė struktūra: į kūną orientuota kubinė.
- Garso laidumas: 4560 m/s (esant 20°C).
- Vanadžio valentingumas: V (rečiau IV, III, II).
- Šiluminis plėtimasis: 8,4 µm/(m K) (esant 25°C).
- Šilumos laidumas: 30,7 W/(m K).
- Elektrinė varža: 197 nΩ m (esant 20°C).
- Magnetizmas: paramagnetinis.
- Magnetinis jautrumas: +255·10 -6 cm 3 /mol (298K).
- Tamprumo modulis: 128 GPa.
- Šlyties modulis: 47 GPa.
- Tūrinis tamprumo modulis: 160 GPa.
- Puasono koeficientas: 0,37.
- Kietumas pagal Moso skalę: 6,7.
- Vickers kietumas: 628-640 MPa.
- Brinelio kietumas: 600-742 MPa.
- Elemento kategorija: pereinamasis metalas.
- Elektroninė konfigūracija: 3d 3 4s 2.
- Lydymosi šiluma: 21,5 kJ/mol.
- Garavimo šiluma: 444 kJ/mol.
- Molinė šiluminė talpa: 24,89 J/(mol K).
Vanadis periodinėje lentelėje yra 5-oje grupėje (vanadžio pogrupis), 4-ame periode, d-blokas.
Sklaidymas
Vanadis Visatos mastu sudaro maždaug 0,0001% viso materijos tūrio. Jis yra toks pat įprastas kaip varis ir cinkas. Metalas buvo aptiktas Saulės ir kitų žvaigždžių spektriniame spindesyje.
Elementas yra 20-as pagal paplitimą žemės plutoje. Metalinis vanadis yra gana retas kristalinės formos, tačiau šios medžiagos junginių yra 65 skirtinguose mineraluose. Ekonomiškai reikšmingi iš jų yra patronitas (VS 4), vanadinitas (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) ir karnotitas (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).
Vanadilo jonų gausu jūros vandenyje ir jų vidutinė koncentracija yra 30 nMa. Kai kuriuose mineralinio vandens šaltiniuose šių jonų taip pat yra didelėmis koncentracijomis. Pavyzdžiui, šaltiniuose šalia Fudžio kalno yra iki 54 µg/l.
Gamyba
Didžioji dalis šio reto metalo gaunama iš vanadžio magnetito, randamo ultramafinėse magminėse gabro uolienose. Žaliavos daugiausia kasamos Pietų Afrikoje, šiaurės vakarų Kinijoje ir rytinėje Rusijoje. 2013 metais šios šalys pagamino daugiau nei 97% viso vanadžio (79 000 tonų pagal svorį).
Metalo taip pat yra boksite ir žalios naftos, akmens anglių, naftingųjų skalūnų ir deguto smėlio telkiniuose. Buvo pranešta apie koncentraciją iki 1200 ppm žalioje naftoje. Dėl vanadžio (kai kurių jo oksidų) oksidacinių savybių po tokių naftos produktų degimo elemento likučiai gali sukelti variklių ir katilų koroziją.
Apytiksliai 110 000 tonų šios medžiagos kasmet išleidžiama į atmosferą deginant iškastinį kurą. Šiandien kuriamos technologijos vertingoms medžiagoms išgauti iš angliavandenilių.
Gamyba
Vanadis pirmiausia naudojamas kaip priedas prie plieno lydinių, vadinamų ferolydiniais. Ferovanadis gaminamas tiesiogiai redukuojant valentinio (V) vanadžio oksido, geležies oksidų ir grynos geležies mišinį elektrinėje krosnyje.
Metalas gaminamas naudojant kelių etapų procesą, kuris prasideda skrudinant maltą vanadžio magnetito rūdą, pridedant natrio chlorido (NaCl) arba natrio karbonato (Na2CO3) maždaug 850 °C temperatūroje, kad būtų gautas natrio metavanadatas (NaVO3). Šios medžiagos vandeninis ekstraktas parūgštinamas, gaunant polivanadato druską, kuri redukuojama metalu kalciu. Kaip alternatyva smulkiai gamybai, vanadžio pentoksidas redukuojamas vandeniliu arba magniu.
Taip pat naudojama daug kitų metodų, kurių metu vanadis gaunamas kaip šalutinis kitų procesų produktas. Jį galima išvalyti naudojant jodido metodą, kurį 1925 metais sukūrė Antonas Eduardas van Arkelis ir Janas Hendrikas de Boeris. Tai apima vanadžio (III) jodido susidarymą ir vėlesnį jo skilimą, kad būtų gautas grynas metalas:
2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3
Japonai sugalvojo gana egzotišką būdą šiam elementui gauti. Povandeninėse plantacijose jie veisiasi ascidijos (tam tikro tipo chordatai), kurios sugeria vanadį iš jūros vandens. Tada jie surenkami ir sudeginami. Iš gautų pelenų išgaunamas vertingas metalas. Beje, jo koncentracija šiuo atveju yra daug didesnė nei turtingiausiuose telkiniuose.
Lydiniai
Kas yra vanadžio lydiniai? Maždaug 85 % pagamintų retųjų metalų yra naudojami ferovanadžiui gaminti arba kaip priedas prie plieno. XX amžiaus pradžioje buvo nustatyta, kad net nedidelis vanadžio kiekis žymiai padidina plieno stiprumą. Šis elementas sudaro stabilius nitridus ir karbidus, o tai pagerina plieno ir lydinių charakteristikas.
Nuo to laiko vanadis buvo naudojamas ratinių transporto priemonių ašyse, rėmuose, alkūniniuose velenuose, pavarose ir kituose svarbiuose komponentuose. Yra dvi lydinių grupės:
- Didelis anglies kiekis, kuriame yra nuo 0,15% iki 0,25% vanadžio.
- Greitaeigis įrankių plienas (HSS), kuriame šio elemento yra nuo 1 % iki 5 %.
HSS klasės plieno kietumas gali būti didesnis nei HRC 60. Jie naudojami chirurginiuose instrumentuose. Miltelinėje metalurgijoje lydiniuose gali būti iki 18% vanadžio. Didelis karbido kiekis šiuose lydiniuose žymiai padidina atsparumą dilimui. Iš jų gaminami įrankiai ir peiliai.
Dėl savo savybių vanadis stabilizuoja titano beta formą, padidina jo stiprumą ir temperatūros stabilumą. Sumaišytas su aliuminiu titano lydiniuose, jis naudojamas reaktyviniuose varikliuose, greitaeigiuose lėktuvuose ir dantų implantuose. Labiausiai paplitęs besiūlių vamzdžių lydinys yra titanas 3/2,5, kuriame yra 2,5% vanadžio. Šios medžiagos plačiai naudojamos aviacijos, gynybos ir dviračių pramonėje. Kitas įprastas lydinys, daugiausia gaminamas lakštuose, yra titanas 6AL-4V, kurį sudaro 6% aliuminio ir 4% vanadžio.
Keletas vanadžio lydinių pasižymi superlaidžiomis savybėmis. Pirmosios fazės superlaidininkas A15 buvo vanadžio junginys V 3 Si, gautas 1952 m. Vanadžio galio juosta naudojama superlaidžiuose magnetuose. Superlaidžios fazės A15 V 3 Ga struktūra panaši į labiau paplitusių superlaidininkų: triniobio stannido (Nb 3 Sn) ir niobio titano (Nb 3 Ti).
Neseniai mokslininkai išsiaiškino, kad viduramžiais į kai kuriuos Damasko ir damasko plieno pavyzdžius buvo dedama nedideli vanadžio kiekiai (nuo 40 iki 270 milijonų dalių). Tai pagerino ašmenų savybes. Tačiau neaišku, kur ir kaip buvo iškastas retas metalas. Galbūt tai buvo kai kurių rūdų dalis.
Taikymas
Be metalurgijos, vanadis naudojamas ir kitoms reikmėms. Dėl šiluminio neutronų gaudymo skerspjūvio ir trumpo neutronų gaudymo izotopų pusinės eliminacijos laiko metalas yra tinkama medžiaga naudoti sintezės reaktoriuje.
Labiausiai paplitęs vanadžio oksidas, V 2 O 5 pentoksidas, naudojamas kaip katalizatorius sieros rūgšties gamyboje ir kaip oksidatorius gaminant maleino anhidridą. Vanadžio putplastis naudojamas keramikos gaminių gamyboje.
Metalas yra svarbus komponentas mišriuose metalo oksido katalizatoriuose, naudojamuose propanui ir propilenui oksiduoti iki akroleino, akrilo rūgšties arba propileno amoksidacijai iki akrilnitrilo. Kitas vanadžio oksidas – VO 2 dioksidas – naudojamas gaminant stiklo dangas, kurios tam tikroje temperatūroje blokuoja infraraudonąją spinduliuotę.
Vanadžio redokso baterija yra įtampos elementas, susidedantis iš įvairių oksidacijos būsenų vandeninių vanadžio jonų. Tokio tipo baterijos pirmą kartą buvo pasiūlytos praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje, o komercinis naudojimas pradėtas devintajame dešimtmetyje. Vanadatas gali būti naudojamas plieno apsaugai nuo korozijos.
Vanadis svarbus žmonių sveikatai. Jis padeda reguliuoti anglies ir lipidų apykaitą ir dalyvauja energijos gamyboje. Per dieną (PSO duomenimis) medžiagos rekomenduojama suvartoti 6-63 mcg su maistu. Jo visiškai pakanka grūduose, ankštiniuose augaluose, daržovėse, žolelėse ir vaisiuose.