hjem » Til direktøren, rektor

Vanadium kjemisk formel. Vanadium: egenskaper, atommasse, formel, bruk. Stålelementparti

DEFINISJON

Vanadium lokalisert i den fjerde perioden i gruppe V i den sekundære (B) undergruppen av det periodiske systemet.

Refererer til elementer i d-familien. Metall. Betegnelse - V. Serienummer - 23. Relativ atommasse - 50.941 amu.

Elektronisk struktur av vanadiumatomet

Vanadiumatomet består av en positivt ladet kjerne (+23), inni denne er det 23 protoner og 28 nøytroner, og 23 elektroner beveger seg rundt i fire baner.

Figur 1. Skjematisk struktur av vanadiumatomet.

Fordelingen av elektroner mellom orbitaler er som følger:

1s 2 2s 2 2s 6 3s 2 3s 6 3d 3 4s 2 .

Det ytre energinivået til vanadiumatomet inneholder 5 elektroner, som er valenselektroner. Oksydasjonstilstanden til kalsium er +5. Energidiagrammet for grunntilstanden har følgende form:

Basert på diagrammet kan det hevdes at vanadium også har en oksidasjonstilstand på +3.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Trening Tegn fordelingen av elektroner over energinivåer og undernivåer i silisium- og vanadiumatomer. Hvilke typer grunnstoffer tilhører de når det gjelder atomstruktur?
Svar Silisium:

14 Si) 2) 8) 4 ;

1s 2 2s 2 2s 6 3s 2 3s 2 .

Vanadium:

23 V) 2) 8) 11) 2 ;

1s 2 2s 2 2s 6 3s 2 3s 6 3d 3 4s 2 .

Silisium tilhører familien s- og vanadium d-elementer.

Vanadium

VANADIUM-JEG; m.[lat. Vanadium fra Old Scand.] Kjemisk grunnstoff (V), et hardmetall med lys grå farge, brukt til å lage verdifulle stålkvaliteter. ● Oppkalt etter den gammelnorske skjønnhetsgudinnen Vanadis på grunn av den vakre fargen på saltene.

◁ Vanadium, -aya, -oh. Andre malmer. Andre stål.

vanadium

(lat. Vanadium), kjemisk grunnstoff i gruppe V i det periodiske system. Navnet kommer fra den gammelnorske skjønnhetsgudinnen Vanadis. Stålgrått hardmetall. Tetthet 6,11 g/cm 3 t pl 1920°C. Motstandsdyktig mot vann og mange syrer. Det er spredt i jordskorpen og følger ofte med jern (jernmalm er en viktig industriell kilde til vanadium). Legeringskomponent av konstruksjonsstål og legeringer brukt i luftfarts- og romteknologi, marin skipsbygging, komponent i superledende legeringer. Vanadiumforbindelser brukes i tekstil-, maling- og lakk- og glassindustrien.

VANADIUM

VANADIUM (lat. Vanadium), V (les "vanadium"), kjemisk grunnstoff med atomnummer 23, atomvekt 50,9415. Naturlig vanadium er en blanding av to nuklider (cm. NUKLID): stabil 51 V (99,76 % av massen) og svakt radioaktiv 52 V (halveringstid mer enn 3,9 10 17 år). Konfigurasjon av to ytre elektroniske lag 3 s 2 s 6 d 3 4s 2 . I Mendeleevs periodiske system er det plassert i fjerde periode i gruppe VB. Vanadium danner forbindelser i oksidasjonstilstander fra +2 til +5 (valens fra II til V).
Radien til et nøytralt vanadiumatom er 0,134 nm, radiusen til V 2+ ioner er 0,093 nm, V 3+ er 0,078 nm, V 4+ er 0,067-0,086 nm, V 5+ er 0,050-0,068 nm. De sekvensielle ioniseringsenergiene til vanadiumatomet er 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 og 65,2 eV. I følge Pauling-skalaen er elektronegativiteten til vanadium 1,63.
I sin frie form er det et skinnende sølvgrå metall.
Oppdagelseshistorie
Vanadium ble oppdaget i 1801 av den meksikanske mineralogen A. M. del Rio som en urenhet i blymalm fra en gruve i Zimapan. Del Rio kalte det nye elementet erythronium (fra det greske erythros - rødt) på grunn av den røde fargen på forbindelsene. Imidlertid bestemte han seg senere for at han ikke hadde oppdaget et nytt grunnstoff, men en variasjon av krom, oppdaget fire år tidligere og fortsatt nesten ustudert. I 1830 studerte den tyske kjemikeren F. Wöhler det meksikanske mineralet. (cm. WELER Friedrich) Etter å ha blitt forgiftet av hydrogenfluorid, stoppet han imidlertid forskningen i flere måneder. Samme år ble den svenske kjemikeren N. Sefström (cm. SEFStröm Nils Gabriel) trakk oppmerksomhet til tilstedeværelsen av en urenhet i jernmalm, som sammen med de kjente elementene inneholdt noe nytt stoff. Som et resultat av analyse i laboratoriet til J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob) det ble bevist at et nytt element var oppdaget. Dette elementet danner forbindelser med vakre farger, derav navnet på elementet, assosiert med navnet på den skandinaviske skjønnhetsgudinnen Vanadis. I 1831 beviste Wöhler identiteten til erythronium og vanadium, men elementet beholdt navnet gitt til det av Sefström og Berzelius.
Å være i naturen
Vanadium forekommer ikke i naturen i sin frie form; det er klassifisert som et sporelement. (cm. SPORELEMENTER). Innholdet av vanadium i jordskorpen er 1,6 10 -2 masse%, i havvann 3,10 -7%. De viktigste mineralene: patronitt V(S 2) 2, vanadinitt Pb 5 (VO 4) 3 Cl og noen andre. Hovedkilden til vanadium er jernmalm som inneholder vanadium som en urenhet.
Kvittering
I industrien, når man oppnår vanadium fra jernmalm med dets blanding, tilberedes først et konsentrat, der vanadiuminnholdet når 8-16%. Deretter, ved oksidativ behandling, overføres vanadium til høyeste oksidasjonstilstand +5 og natriumvanadat NaVO 3, lett løselig i vann, separeres. Når løsningen surgjøres med svovelsyre, dannes et bunnfall som etter tørking inneholder mer enn 90% vanadium.
Primærkonsentratet reduseres i masovner og man får vanadiumkonsentrat, som deretter brukes til smelting av en legering av vanadium og jern – det såkalte ferrovanadium (inneholder fra 35 til 70 % vanadium). Metallisk vanadium kan fremstilles ved reduksjon av vanadiumklorid med hydrogen, kalsium-termisk reduksjon av vanadiumoksider (V 2 O 5 eller V 2 O 3), termisk dissosiasjon av VI 2 og andre metoder.
Fysiske og kjemiske egenskaper
Vanadium ligner i utseende på stål; det er ganske hardt, men samtidig duktilt metall. Smeltepunkt 1920 °C, kokepunkt ca. 3400 °C, tetthet 6,11 g/cm3. Krystallgitteret er kubisk, kroppssentrert, parameter a = 0,3024 nm.
Kjemisk er vanadium ganske inert. Den er motstandsdyktig mot sjøvann, fortynnede løsninger av saltsyre, salpetersyre og svovelsyre og alkalier. Med oksygen danner vanadium flere oksider: VO, V 2 O 3, V 3 O 5, VO 2, V 2 O 5. Oransje V 2 O 5 er et surt oksid, mørkeblått VO 2 er amfotert, de resterende vanadiumoksidene er basiske. Med halogener danner vanadium halogenider av sammensetningene VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 og flere oksohalider (VOCl, VOCl 2, VOF 3 osv.).
Vanadiumforbindelser i oksidasjonstilstander +2 og +3 er sterke reduksjonsmidler, i oksidasjonstilstand +5 viser de egenskapene til oksidasjonsmidler. Ildfast vanadiumkarbid VC (t pl =2800 °C), vanadiumnitrid VN, vanadiumsulfid V2S5, vanadiumsilisid V3Si og andre vanadiumforbindelser er kjent.
Når V 2 O 5 interagerer med basiske oksider, dannes vanadater (cm. VANADATES)- vanadinsyresalter med sannsynlig sammensetning H 2 .
applikasjon
Vanadium brukes hovedsakelig som legeringsadditiv i produksjon av slitesterke, varmebestandige og korrosjonsbestandige legeringer (primært spesialstål), og som komponent i produksjon av magneter. Vanadiumoksid V 2 O 5 tjener som en effektiv katalysator, for eksempel ved oksidasjon av svoveldioksid SO 2 til svovelgass SO 3 ved produksjon av svovelsyre. Vanadiumforbindelser finner en rekke bruksområder i ulike industrier (tekstil, glass, maling og lakk, etc.).
Biologisk rolle
Vanadium er konstant tilstede i vevet til alle organismer i små mengder. I planter er innholdet (0,1-0,2%) betydelig høyere enn hos dyr (1·10 –5 -1·10 –4%). Noen marine organismer - bryozoer, bløtdyr og spesielt ascidier - er i stand til å konsentrere vanadium i betydelige mengder (hos ascidianer finnes vanadium i blodplasma eller spesielle celler - vanadocytter). Tilsynelatende er vanadium involvert i noen oksidative prosesser i vev. Menneskelig muskelvev inneholder 2·10 - 6% vanadium, beinvev - 0,35·10 - 6%, i blod - mindre enn 2·10 - 4% mg/l. Totalt inneholder den gjennomsnittlige personen (kroppsvekt 70 kg) 0,11 mg vanadium. Vanadium og dets forbindelser er giftige. Den toksiske dosen for mennesker er 0,25 mg, den dødelige dosen er 2-4 mg. For V 2 O 5 er maksimalt tillatt konsentrasjon i luft 0,1-0,5 mg/m 3 .

encyklopedisk ordbok. 2009 .

Synonymer:

Se hva "vanadium" er i andre ordbøker:

    - (lat. vanadium). Et skjørt metall, hvitt i fargen, oppdaget i 1830 og oppkalt etter den skandinaviske guddomen Vanadium. Ordbok med utenlandske ord inkludert i det russiske språket. Chudinov A.N., 1910. VANADIUM lat. vanadium, kalt Vanadia,... ... Ordbok for utenlandske ord i det russiske språket

    - (kjemisk verdi V, atomvekt 51) et kjemisk grunnstoff som ligner på forbindelser med fosfor og nitrogen. V. forbindelser finnes ofte, om enn i ubetydelige mengder, i jernmalm og noen leire; forbehandling av vanadisk jernmalm, V. del... ... Encyclopedia of Brockhaus og Efron

    Vanad-ordbok for russiske synonymer. vanadium substantiv, antall synonymer: 2 vanadium (1) element... Synonymordbok

    VANADIUM- VANADIUM, kjemisk. tegn V, kl. V. 51,0, hardt, elastisk stålfarget metall, smeltepunkt 1715°, sp. vekt 5.688. V. forbindelser er utbredt i naturen. Disse forbindelsene er giftstoffer, ikke dårligere i styrke enn arsen; de har... ... Great Medical Encyclopedia

    - (Vanadium), V, kjemisk element i gruppe V i det periodiske systemet, atomnummer 23, atommasse 50,9415; metall, smeltepunkt 1920°C. Brukes til legering av stål og støpejern, som en del av varmebestandige, harde og korrosjonsbestandige legeringer, som... Moderne leksikon

    - (lat. Vanadium) V, kjemisk grunnstoff i gruppe V i det periodiske systemet, atomnummer 23, atommasse 50,9415. Navnet kommer fra den gammelnorske skjønnhetsgudinnen Vanadis. Stålgrått hardmetall. Tetthet 6,11 g/cm³, smeltepunkt 1920 .C. … … Stor encyklopedisk ordbok

    - (symbol V), OVERGANGSELEMENT, oppdaget i 1801. Sølvhvitt, formbart, seigt metall. Finnes i JERN-, BLY- OG URAN-malm, samt i kull og olje. Brukes i stållegeringer for å øke styrke og varmebestandighet.… … Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok Fysisk leksikon

    vanadium- V Grunnstoff av gruppe V Periodisk. systemer; på. n. 23, kl. m. 50,942; stål grå metall. Natural V består av to isotoper: 51V (99,75%) og 50V (0,25%). V ble åpnet i 1801 Mexico. mineralog A. M. del Rio. I skoleball. V-skala ... ... Teknisk oversetterveiledning

Vanadium(vanadium), v, kjemisk element av gruppe V i det periodiske systemet til Mendeleev; atomnummer 23, atommasse 50,942; metall grå-stål farge. Naturlig V. består av to isotoper: 51 v (99,75%) og 50 v (0,25%); sistnevnte er svakt radioaktiv (halveringstid T 1/2 = 10 14 år). V. ble oppdaget i 1801 av den meksikanske mineralogen A. M. del Rio i meksikansk brun blymalm og ble oppkalt etter den vakre røde fargen til de oppvarmede saltene erythronium (fra det greske erythr o s - rødt). I 1830 oppdaget den svenske kjemikeren N. G. Sefström et nytt grunnstoff i jernmalm fra Taberg (Sverige) og kalte det V. til ære for den gammelnorske skjønnhetsgudinnen Vanadis. I 1869 oppnådde den engelske kjemikeren G. Roscoe pulverisert metall V. ved å redusere vcl 2 med hydrogen. V. har vært utvunnet i industriell skala siden begynnelsen av 1900-tallet.

V-innholdet i jordskorpen er 1,5-10 -2 vekt%, det er et ganske vanlig grunnstoff, men spredt i bergarter og mineraler. Av det store antallet V.-mineraler er patronitt, roscoelitt, decloysite, karnotitt, vanadinitt og noen andre av industriell betydning Viktige kilder til V. er titanomagnetitt og sedimentære (fosforholdige) jernmalmer, samt oksidert kobber-bly-. sinkmalm. V. utvinnes som et biprodukt under bearbeiding av uranråvarer, fosforitter, bauxitter og ulike organiske forekomster (asfaltitter, oljeskifer).

Fysiske og kjemiske egenskaper. V. har et kroppssentrert kubisk gitter med periode a = 3,0282 å. I sin rene tilstand er V. smidd og kan lett bearbeides ved trykk. Tetthet 6,11 G/ cm 3 , t pl 1900 ± 25°С, t balle 3400°C; spesifikk varmekapasitet (ved 20-100°C) 0,120 avføring/ ggrad; termisk lineær ekspansjonskoeffisient (ved 20-1000°C) 10,6·10 -6 hagl-1, elektrisk resistivitet ved 20 °C 24,8·10 -8 ohm· m(24.8·10 -6 ohm· cm), under 4,5 K V. går den inn i en tilstand av superledning. Mekaniske egenskaper med høy renhet V. etter gløding: elastisitetsmodul 135,25 n/ m 2 (13520 kgf/ mm 2), strekkfasthet 120 nm/ m 2 (12 kgf/ mm 2), forlengelse 17 %, Brinell hardhet 700 pl/ m 2 (70 kgf/ mm 2). Gassurenheter reduserer plastisiteten til fiber kraftig og øker hardheten og skjørheten.

Ved vanlige temperaturer utsettes ikke V. for luft, sjøvann og alkaliske løsninger; motstandsdyktig mot ikke-oksiderende syrer, med unntak av flussyre. Når det gjelder korrosjonsbestandighet i saltsyre og svovelsyre, er V. betydelig bedre enn titan og rustfritt stål. Ved oppvarming i luft over 300°C absorberer den oksygen og blir sprø. Ved 600-700°C oksideres V. intensivt med dannelse av pentoksid v 2 o 5, samt lavere oksider. Når V varmes opp over 700°C i en nitrogenstrøm, vil nitrid vn ( t smp. 2050°C), stabil i vann og syrer. V. interagerer med karbon ved høye temperaturer, og gir ildfast karbid vc ( t pl 2800°C), som har høy hardhet.

V. gir forbindelser som tilsvarer valensene 2, 3, 4 og 5; Følgelig er følgende oksider kjent: vo og v 2 o 3 (som har en grunnleggende karakter), vo 2 (amfoter) og v 2 o 5 (sur). Forbindelser av 2- og 3-valent glasslegeme er ustabile og er sterke reduksjonsmidler. Forbindelser med høyere valens er av praktisk betydning. V.s tendens til å danne forbindelser med forskjellige valenser brukes i analytisk kjemi og bestemmer også de katalytiske egenskapene til v 2 o 5. V. pentoksid oppløses i alkalier og dannes vanadater.

Kvittering og søknad. For å utvinne mineraler brukes følgende: direkte utvasking av malm eller malmkonsentrat med løsninger av syrer og alkalier; brenning av råstoffet (ofte med nacl-tilsetningsstoffer) etterfulgt av utvasking av det brennede produktet med vann eller fortynnede syrer. Hydrert V-pentoksid isoleres fra løsninger ved hydrolyse (ved pH = 1-3) Når vanadiumholdige jernmalmer smeltes i en masovn, omdannes V til støpejern, ved bearbeiding av slagg som inneholder 10-16 % v. 2 o 5 oppnås til stål. Vanadiumslagg stekes med bordsalt. Det brente materialet utlutes med vann og deretter med fortynnet svovelsyre. V 2 o 5 er isolert fra løsninger. Sistnevnte brukes til smelting ferrovanadium(jernlegeringer med 35-70% V.) og oppnå metall V. og dets forbindelser. Formbart metall V. oppnås ved kalsium-termisk reduksjon av ren v 2 o 5 eller v 2 o 3; reduksjon av v 2 o 5 med aluminium; vakuum karbon-termisk reduksjon v 2 o 3; magnesium-termisk reduksjon vcl 3; termisk dissosiasjon av jodid V. smeltes i vakuumbueovner med en forbrukbar elektrode og i elektronstråleovner.

Jernmetallurgi er hovedforbrukeren av metall (opptil 95 % av alt produsert metall). V. er en komponent av høyhastighetsstål, dets erstatninger, lavlegert verktøystål og noen konstruksjonsstål. Med introduksjonen av 0,15-0,25% V. øker styrken, seigheten, utmattelsesmotstanden og slitestyrken til stål kraftig. V., introdusert i stål, er både et deoksiderende og karbiddannende element. V. karbider, fordelt i form av spredte inneslutninger, hindrer kornvekst når stålet varmes opp. V. introduseres i stål i form av en mesterlegering - ferrovanadium. V. brukes også til legering av støpejern. En ny forbruker av titan er den raskt utviklende industrien av titanlegeringer; enkelte titanlegeringer inneholder opptil 13 % V. Innenfor luftfart, rakett og andre teknologiområder er det brukt legeringer basert på niob, krom og tantalholdige tilsetningsstoffer V. Varmebestandige og korrosjonsbestandige legeringer basert på V med tillegg av ti, nb er utviklet. , w, zr og al, som forventes å brukes innen luftfart, rakett- og atomteknologi. Av interesse er superledende legeringer og V-forbindelser med ga, si og ti.

Ren metallisk V. brukes i kjernekraft (skall for brenselelementer, rør) og i produksjon av elektroniske enheter.

V. forbindelser brukes i kjemisk industri som katalysatorer, i landbruk og medisin, i tekstil-, maling- og lakk-, gummi-, keramikk-, glass-, foto- og filmindustrien.

V. forbindelser er giftige. Forgiftning er mulig ved å inhalere støv som inneholder forbindelser B. De forårsaker irritasjon av luftveiene, lungeblødninger, svimmelhet, forstyrrelser i hjertets, nyrenes funksjon osv.

V. i kroppen. V. er en konstant bestanddel av plante- og dyreorganismer. Vannkilden er magmatiske bergarter og skifer (som inneholder ca. 0,013 % vann), samt sandsteiner og kalksteiner (ca. 0,002 % vann). I jord er V. omtrent 0,01 % (hovedsakelig i humus); i ferskvann og sjøvann 1·10 7 -2·10 7%. Hos land- og vannplanter er innholdet av V. betydelig høyere (0,16-0,2%) enn hos land- og sjødyr (1,5·10 -5 -2·10 -4%). V. konsentratorer er: mosdyret plumatella, bløtdyret pleurobranchus plumula, sjøagurken stichopus mobii, noen ascidians, fra muggsopp - svart aspergillus, fra sopp - paddehakk (amanita muscaria). Den biologiske rollen til V. har blitt studert i ascidianer, i hvis blodceller V. er i en 3- og 4-valent tilstand, det vil si at det er en dynamisk likevekt.

Den fysiologiske rollen til V. i ascidians er ikke assosiert med respiratorisk overføring av oksygen og karbondioksid, men med redoksprosesser – overføring av elektroner ved hjelp av det såkalte vanadiumsystemet, som sannsynligvis har fysiologisk betydning i andre organismer.

Litt.: Meerson G. A., Zelikman A. N., Metallurgy of rare metals, M., 1955; Polyakov A. Yu., Fundamentals of vanadium metallurgy, M., 1959; Rostoker U., Vanadium Metallurgy, overs. fra engelsk, M., 1959; Kieffer p., Brown H., Vanadium, niob, tantal, trans. fra German, M., 1968; Handbook of Rare Metals, [overs. fra engelsk], M., 1965, s. 98-121; Ildfaste materialer i maskinteknikk. Directory, M., 1967, s. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Vanadiums biologiske rolle i ascidianer, "Advances of modern biology", 1965, v. 60, v. 1(4); Bowen N. j. M., sporstoffer i biokjemi, l. - n. år, 1966.

I. Romankov. V.V. Kovalsky.

Vanadium er et kjemisk grunnstoff symbolisert med symbolet "V". Atommassen til vanadium er 50,9415 a. e.m., atomnummer - 23. Det er et hardt sølvgrå, formbart og smeltbart metall, som sjelden finnes i naturen. Det finnes i over 60 mineraler og kan til og med finnes i fossilt brensel.

Ukjent funn

Metallet vanadium ble først oppdaget av den spanskfødte meksikanske mineralogen Andres Manuel Del Rio i 1801. En forsker har hentet ut et nytt element fra en prøve av "brun" blymalm utvunnet i Mexico. Som det viser seg, har metallets salter et bredt utvalg av farger, så Del Rio kalte det opprinnelig "panchromium" (fra det greske "παγχρώμιο" - "flerfarget").

Mineralogen omdøpte senere grunnstoffet erythronium (fra det greske "ερυθρός" - "rødt"), fordi de fleste salter ble røde ved oppvarming. Det ser ut til at utrolig flaks smilte til en lite kjent vitenskapsmann i Europa. Oppdagelsen av det nye kjemiske elementet vanadium lovet, om ikke berømmelse, så i det minste anerkjennelse fra kolleger. Men på grunn av mangelen på betydelig autoritet i den vitenskapelige verden, ble meksikanerens prestasjon ignorert.

I 1805 foreslo den franske kjemikeren Hippolyte Victor Collet-Decotils at det nye grunnstoffet studert av Del Rio bare var en prøve av blykromat med urenheter. Til syvende og sist aksepterte den meksikanske forskeren, for ikke å miste ansiktet helt foran det vitenskapelige brorskapet, Collet-Decotilles uttalelse og forlot oppdagelsen. Prestasjonen hans forsvant imidlertid ikke i glemselen. I dag er Andres Manuel Del Rio anerkjent som oppdageren av det sjeldne metallet.

Gjenåpning

I 1831 gjenoppdaget svensken Nils Gabriel Sefström det kjemiske grunnstoffet vanadium i oksidet han oppnådde under arbeidet med jernmalm. Forskeren valgte bokstaven "V" som betegnelse, som ennå ikke er tildelt noe element. Säfström kalte det nye metallet på grunn av dets vakre og rike farge etter den gammelnorske skjønnhetsgudinnen Vanadis.

Nyheten vakte økt interesse i det vitenskapelige miljøet. Vi husket umiddelbart arbeidet til den meksikanske mineralogen. I samme 1831 sjekket Friedrich Wöhler på nytt og bekreftet Del Rios tidligere oppdagelse. Og geologen George William Featherstonhoop foreslo til og med å kalle metallet "rionium" til ære for oppdageren, men initiativet ble ikke støttet.

Flyktig

Det har vist seg vanskelig å isolere vanadiummetall i sin rene form. Før dette jobbet forskerne bare med dets salter. Det er derfor de sanne egenskapene til vanadium er ukjente. I 1831 rapporterte Berzelius at han fikk et metallisert stoff, men Henry Enfield Roscoe beviste at Berzelius faktisk hadde produsert vanadiumnitrid (VN). Roscoe produserte til slutt metallet i 1867 ved å redusere vanadiumklorid (VCl 2) med hydrogen. Siden 1927 har rent vanadium blitt oppnådd ved å redusere vanadiumpentoksid med kalsium.

Den første serielle industrielle bruken av elementet dateres tilbake til 1905. Metallet ble lagt til en stållegering for å lage racerbilchassis og senere til Ford Model T. Vanadiums egenskaper bidrar til å redusere strukturell vekt samtidig som den øker strekkstyrken. Forresten, den tyske kjemikeren Martin Henze oppdaget vanadium i blodcellene (eller coelomiske celler) til marine innbyggere - accidia - i 1911.

Fysiske egenskaper

Vanadium er et formbart gråblått metall med middels hardhet med en stålglans og en tetthet på 6,11 g/cm³. Noen kilder beskriver materialet som mykt, noe som betyr dets høye duktilitet. Krystallstrukturen til elementet er mer kompleks enn de fleste metaller og stål.

Vanadium har god motstand mot korrosjon, alkalier, svovelsyre og saltsyre. Det oksiderer i luft ved ca. 660°C (933K, 1220°F), selv om passivering av oksidet skjer selv ved romtemperatur. Dette materialet smelter når temperaturen når 1920°C, og koker ved 3400°C.

Kjemiske egenskaper

Vanadium, når det utsettes for oksygen, danner fire typer oksider:

Type (II) vanadiumforbindelser er reduksjonsmidler, og type (V) forbindelser er oksidasjonsmidler. Forbindelser (IV) eksisterer ofte som derivater av vanadylkationen.

Oksyd

Den viktigste kommersielt viktige forbindelsen er vanadiumpentoksid. Det er et brungult fast stoff, selv om fargen er mørk oransje når den er nyutfelt fra vandig løsning.

Oksydet brukes som katalysator for produksjon av svovelsyre. Denne forbindelsen oksiderer svoveldioksid (SO 2) til trioksid (SO 3). I denne redoksreaksjonen oksideres svovel fra +4 til +6, og vanadium reduseres fra +5 til +4. Formelen for vanadium er som følger:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Katalysatoren regenereres ved oksidasjon av oksygen:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Lignende oksidasjonsprosesser brukes i produksjonen av maleinsyreanhydrid, ftalsyreanhydrid og flere andre organiske bulkforbindelser.

Dette oksidet brukes også i produksjonen av ferrovanadium. Den varmes opp med jern og ferrosilisium med tilsetning av kalk. Når aluminium brukes, produseres en jern-vanadium-legering sammen med aluminiumoksid som et biprodukt. På grunn av sin høye termiske motstandskoeffisient, brukes vanadium(V)-oksid som detektormateriale i bolometre og mikrobolometer-arrayer i termiske bildeinstrumenter.

Kjennetegn

Sjeldent metall har følgende egenskaper:

  • Krystallstruktur: kroppssentrert kubikk.
  • Lydledningsevne: 4560 m/s (ved 20°C).
  • Valens av vanadium: V (sjeldnere IV, III, II).
  • Termisk ekspansjon: 8,4 µm/(m K) (ved 25°C).
  • Termisk ledningsevne: 30,7 W/(m K).
  • Elektrisk motstand: 197 nΩ m (ved 20°C).
  • Magnetisme: paramagnetisk.
  • Magnetisk følsomhet: +255·10 -6 cm 3 /mol (298K).
  • Elastisk modul: 128 GPa.
  • Skjærmodul: 47 GPa.
  • Bulk elastisitetsmodul: 160 GPa.
  • Poissons forhold: 0,37.
  • Hardhet på Mohs-skalaen: 6,7.
  • Vickers hardhet: 628-640 MPa.
  • Brinell hardhet: 600-742 MPa.
  • Elementkategori: overgangsmetall.
  • Elektronisk konfigurasjon: 3d 3 4s 2.
  • Fusjonsvarme: 21,5 kJ/mol.
  • Fordampningsvarme: 444 kJ/mol.
  • Molar varmekapasitet: 24,89 J/(mol K).

Vanadium i det periodiske systemet er i 5. gruppe (vanadium undergruppe), 4. periode, d-blokk.

Spredning

Vanadium på universets skala er omtrent 0,0001 % av det totale volumet av materie. Det er like vanlig som kobber og sink. Metallet ble oppdaget i den spektrale gløden til solen og andre stjerner.

Grunnstoffet er det 20. mest tallrike i jordskorpen. Metallet vanadium er ganske sjeldent i krystallinsk form, men forbindelser av dette materialet finnes i 65 forskjellige mineraler. De økonomisk betydningsfulle av dem er patronitt (VS 4), vanadinitt (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) og karnotitt (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Vanadylioner er rikelig i sjøvann og har en gjennomsnittlig konsentrasjon på 30 nMa. Noen mineralvannkilder inneholder også disse ionene i høye konsentrasjoner. For eksempel inneholder kilder nær Fuji-fjellet opptil 54 µg/l.

Produksjon

Det meste av dette sjeldne metallet er hentet fra vanadiummagnetitt, funnet i ultramafiske magmatiske gabbrobergarter. Råvarer utvinnes hovedsakelig i Sør-Afrika, Nordvest-Kina og Øst-Russland. I 2013 produserte disse landene mer enn 97 % av all vanadium (79 000 tonn i vekt).

Metallet finnes også i bauxitt og forekomster av råolje, kull, oljeskifer og tjæresand. Konsentrasjoner opp til 1200 ppm er rapportert i råolje. På grunn av de oksiderende egenskapene til vanadium (noen av dets oksider), etter forbrenning av slike petroleumsprodukter, kan rester av elementet forårsake korrosjon i motorer og kjeler.

Anslagsvis 110 000 tonn av stoffet slippes ut i atmosfæren hvert år ved forbrenning av fossilt brensel. I dag utvikles teknologier for å utvinne verdifulle stoffer fra hydrokarboner.

Produksjon

Vanadium brukes først og fremst som et tilsetningsstoff til stållegeringer kalt ferrolegeringer. Ferrovanadium produseres direkte ved å redusere en blanding av valens (V) vanadiumoksid, jernoksider og rent jern i en elektrisk ovn.

Metallet produseres ved hjelp av en flertrinnsprosess som begynner med å brenne malt vanadiummagnetittmalm med tilsetning av natriumklorid (NaCl) eller natriumkarbonat (Na2CO3) ved ca. 850°C for å produsere natriummetavanadat (NaVO3). Et vandig ekstrakt av dette stoffet surgjøres for å oppnå et polyvanadatsalt, som reduseres med kalsiummetall. Som et alternativ til småskala produksjon reduseres vanadiumpentoksid med hydrogen eller magnesium.

Mange andre metoder brukes også, som alle produserer vanadium som et biprodukt av andre prosesser. Rensingen er mulig ved å bruke jodidmetoden, utviklet av Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer i 1925. Det involverer dannelsen av vanadium (III) jodid og dets påfølgende dekomponering for å produsere rent metall:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Japanerne kom opp med en ganske eksotisk måte å få tak i dette elementet på. De avler ascidianer (en type chordata) i undervannsplantasjer, som absorberer vanadium fra sjøvann. De blir deretter samlet og brent. Verdifullt metall utvinnes fra den resulterende asken. Forresten, konsentrasjonen i dette tilfellet er mye høyere enn i de rikeste forekomstene.

Legeringer

Hva er vanadiumlegeringer? Omtrent 85 % av det sjeldne metallet som produseres brukes til å produsere ferrovanadium eller som tilsetning til stål. På begynnelsen av 1900-tallet ble det oppdaget at selv en liten mengde vanadium øker stålets styrke betydelig. Dette elementet danner stabile nitrider og karbider, noe som fører til forbedrede egenskaper til stål og legeringer.

Siden den gang har vanadium blitt brukt i aksler, rammer, veivaksler, gir og andre viktige komponenter i kjøretøy med hjul. Det er to grupper av legeringer:

  • Høyt karbon med et innhold på 0,15 % til 0,25 % vanadium.
  • Høyhastighetsverktøystål (HSS) som inneholder fra 1 % til 5 % av dette elementet.

Hardheter over HRC 60 kan oppnås for stål av HSS-kvalitet.De brukes i kirurgiske instrumenter. I pulvermetallurgi kan legeringer inneholde opptil 18 % vanadium. Det høye karbidinnholdet i disse legeringene øker slitestyrken betydelig. Verktøy og kniver er laget av dem.

På grunn av egenskapene stabiliserer vanadium betaformen av titan, øker styrken og temperaturstabiliteten. Blandet med aluminium i titanlegeringer brukes den i jetmotorer, høyhastighetsfly og tannimplantater. Den vanligste legeringen for sømløse rør er titan 3/2,5, som inneholder 2,5 % vanadium. Disse materialene er mye brukt i romfarts-, forsvars- og sykkelindustrien. En annen vanlig legering, produsert hovedsakelig i plater, er titan 6AL-4V, som er 6% aluminium og 4% vanadium.

Flere vanadiumlegeringer viser superledende egenskaper. Den første fase-superlederen A15 var en vanadiumforbindelse V3Si, som ble oppnådd i 1952. Vanadium galliumtape brukes i superledende magneter. Strukturen til den superledende fasen A15 V 3 Ga er lik strukturen til mer vanlige superledere: triniobstannid (Nb 3 Sn) og niob titan (Nb 3 Ti).

Nylig har forskere oppdaget at i middelalderen ble små mengder vanadium (fra 40 til 270 deler per million) tilsatt noen prøver av Damaskus og damaskstål. Dette forbedret egenskapene til bladene. Det er imidlertid uklart hvor og hvordan det sjeldne metallet ble utvunnet. Kanskje det var en del av noen malmer.

applikasjon

I tillegg til metallurgi, brukes vanadium til andre bruksområder. Det termiske nøytronfangst-tverrsnittet og korte halveringstiden til isotopene produsert ved nøytronfangst gjør metallet til et egnet materiale for bruk inne i en fusjonsreaktor.

Det vanligste vanadiumoksidet, V 2 O 5 pentoksid, brukes som katalysator i produksjonen av svovelsyre og som oksidasjonsmiddel i produksjonen av maleinsyreanhydrid. Vanadiumskum brukes til fremstilling av keramiske produkter.

Metallet er en viktig komponent i blandede metalloksidkatalysatorer som brukes i oksidasjon av propan og propylen til akrolein, akrylsyre eller ammoksidasjon av propylen til akrylnitril. Et annet vanadiumoksid, VO 2-dioksid, brukes i produksjon av glassbelegg som blokkerer infrarød stråling ved visse temperaturer.

Et vanadiumredoksbatteri er en voltaisk celle som består av vandige vanadiumioner i forskjellige oksidasjonstilstander. Batterier av denne typen ble først foreslått på 1930-tallet, og kommersiell bruk begynte på 1980-tallet. Vanadat kan brukes til å beskytte stål mot korrosjon.

Vanadium er viktig for menneskers helse. Det hjelper med å regulere karbon- og lipidmetabolismen og er involvert i energiproduksjon. Det anbefales å innta 6-63 mcg per dag (WHO-data) av stoffet fra mat. Det er ganske tilstrekkelig i frokostblandinger, belgfrukter, grønnsaker, urter og frukt.