Acasă » director, director

Formula chimică a vanadiului. Vanadiu: proprietăți, masă atomică, formulă, aplicare. Lotul de oțel al elementului

DEFINIȚIE

Vanadiu este situat în a patra perioadă din grupa V a subgrupului secundar (B) al Tabelului Periodic.

Se referă la elemente ale familiei d. Metal. Denumire - V. Număr ordinal - 23. Masă atomică relativă - 50.941 a.m.u.

Structura electronică a atomului de vanadiu

Atomul de vanadiu este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv (+23), în interiorul căruia se află 23 de protoni și 28 de neutroni, iar 23 de electroni se mișcă pe patru orbite.

Fig.1. Structura schematică a atomului de vanadiu.

Distribuția electronilor în orbitali este următoarea:

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

Nivelul de energie exterior al atomului de vanadiu conține 5 electroni, care sunt valență. Starea de oxidare a calciului este +5. Diagrama energetică a stării fundamentale ia următoarea formă:

Pe baza diagramei, se poate argumenta că vanadiul are și o stare de oxidare de +3.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu Desenați distribuția electronilor pe nivelurile și subnivelurile de energie în atomii de siliciu și vanadiu. Ce tipuri de elemente din punct de vedere al structurii atomice aparțin?
Răspuns Siliciu:

14 Si) 2) 8) 4;

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

Vanadiu:

23 V) 2) 8) 11) 2 ;

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

Siliciul aparține familiei p- și vanadiu d-elemente.

Vanadiu

VANADIUL-Eu; m.[lat. Vanadiu din Nord.] Un element chimic (V), un metal dur de culoare gri deschis folosit la fabricarea de oțeluri valoroase. ● Este numit după zeița nordică a frumuseții Vanadis, datorită culorii frumoase a sărurilor sale.

◁ Vanadiu, th, th. V-th minereuri. V-th oțel.

vanadiu

(lat. Vanadiu), un element chimic din grupa V a sistemului periodic. Numele provine de la zeița veche nordică a frumuseții Vanadis. Metal dur din oțel gri. Densitate 6,11 g/cm 3, t pl 1920°C. Rezistent la apă și mulți acizi. Dispersat în scoarța terestră, adesea însoțit de fier (minereurile de fier sunt o importantă sursă industrială de vanadiu). O componentă de aliere a oțelurilor structurale și aliajelor utilizate în aviație și tehnologia spațială, construcții navale maritime, o componentă a aliajelor supraconductoare. Compușii de vanadiu sunt utilizați în industria textilă, a vopselei și a lacurilor și a sticlei.

VANADIU

VANADIU (lat. Vanadiu), V (a se citi „vanadiu”), un element chimic cu număr atomic 23, masă atomică 50,9415. Vanadiul natural este un amestec de doi nuclizi (cm. NUCLID): stabil 51 V (99,76% din masă) și slab radioactiv 52 V (timp de înjumătățire mai mare de 3,9 10 17 ani). Configurația a două straturi de electroni exteriori 3 s 2 p 6 d 3 4s 2 . În sistemul periodic al lui Mendeleev, este situat în a patra perioadă în grupul VB. Vanadiul formează compuși în stări de oxidare de la +2 la +5 (valențe de la II la V).
Raza atomului neutru de vanadiu este 0,134 nm, raza ionilor V2+ este 0,093 nm, V3+ este 0,078 nm, V4+ este 0,067-0,086 nm, V5+ este 0,050-0,068 nm. Energiile ionizării succesive ale atomului de vanadiu sunt 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 și 65,2 eV. Pe scara Pauling, electronegativitatea vanadiului este 1,63.
În formă liberă - un metal strălucitor gri-argintiu.
Istoria descoperirilor
Vanadiul a fost descoperit în 1801 de mineralogul mexican A. M. del Río ca un amestec în minereul de plumb dintr-o mină din Zimapan. Del Rio a numit noul element erythronium (din grecescul erythros, roșu) datorită culorii roșii a compușilor săi. Cu toate acestea, mai târziu a decis că a descoperit nu un element nou, ci o varietate de crom, descoperită cu patru ani mai devreme și încă aproape neexplorată. În 1830, chimistul german F. Wehler a preluat mineralul mexican. (cm. Wehler Friedrich) Cu toate acestea, fiind otrăvit cu fluorură de hidrogen, el a oprit cercetările timp de câteva luni. În același an, chimistul suedez N. Sefstrom (cm. SEFSTREM Nils Gabriel) a atras atenția asupra prezenței impurităților în minereul de fier, în care, alături de elementele cunoscute, s-a dovedit a fi și o substanță nouă. Ca urmare a analizelor din laboratorul lui J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob) s-a dovedit că a fost descoperit un nou element. Acest element formează compuși cu o colorație frumoasă, de unde și numele elementului asociat cu numele zeiței scandinave a frumuseții Vanadis. În 1831, Wöhler a dovedit identitatea eritroniului și vanadiului, dar elementul a păstrat numele dat de Sefstrom și Berzelius.
Fiind în natură
În natură, vanadiul nu apare sub formă liberă, el aparține oligoelementelor. (cm. URMEELEMENTE). Conținutul de vanadiu din scoarța terestră este de 1,6 10 -2% în greutate, în apa oceanelor 3,10 -7%. Cele mai importante minerale sunt patronitul V(S 2) 2 , vanadinitul Pb 5 (VO 4) 3 Cl și unele altele. Principala sursă de vanadiu sunt minereurile de fier care conțin vanadiu ca impuritate.
Chitanță
În industrie, când se obține vanadiul din minereurile de fier cu amestecul său, se prepară mai întâi un concentrat, în care conținutul de vanadiu ajunge la 8-16%. În plus, prin tratament oxidativ, vanadiul este transferat la cea mai înaltă stare de oxidare de +5 și vanadatul de sodiu NaVO3 ușor solubil în apă este separat. Când soluția este acidulată cu acid sulfuric, se formează un precipitat care, după uscare, conține mai mult de 90% vanadiu.
Concentratul primar este redus în furnal și se obține un concentrat de vanadiu, care este apoi folosit la topirea unui aliaj de vanadiu și fier - așa-numitul ferovanadiu (conține de la 35 la 70% vanadiu). Vanadiul metalic poate fi preparat prin reducerea clorurii de vanadiu cu hidrogen, reducerea calciu-termică a oxizilor de vanadiu (V 2 O 5 sau V 2 O 3), disocierea termică a VI 2 și alte metode.
Proprietati fizice si chimice
Vanadiul este asemănător ca aspect cu oțelul, este destul de dur, dar în același timp metal ductil. Punct de topire 1920 ° C, punct de fierbere aproximativ 3400 ° C, densitate 6,11 g / cm 3. Rețeaua cristalină este centrată pe corpul cubic, parametrul a=0,3024 nm.
Din punct de vedere chimic, vanadiul este destul de inert. Este rezistent la apa de mare, soluții diluate de acizi clorhidric, azotic și sulfuric, alcalii. Vanadiul formează mai mulți oxizi cu oxigenul: VO, V 2 O 3 , V 3 O 5 , VO 2 , V 2 O 5 . Portocaliu V 2 O 5 este un oxid acid, VO 2 albastru închis este amfoter, restul oxizilor de vanadiu sunt bazici. Cu halogeni, vanadiul formează halogenuri din compozițiile VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 și mai multe oxohalogenuri (VOCl, VOCl 2, VOF 3). , etc.).
Compușii de vanadiu în stările de oxidare +2 și +3 sunt agenți reducători puternici, în stările de oxidare +5 prezintă proprietățile agenților de oxidare. Carbură de vanadiu refractară cunoscută VC (tpl = 2800 °C), nitrură de vanadiu VN, sulfură de vanadiu V2S5, siliciură de vanadiu V3Si și alți compuși de vanadiu.
Când V 2 O 5 interacționează cu oxizii bazici, se formează vanadați (cm. VANADATES)- saruri ale acidului vanadic de compozitie probabila H 2 .
Aplicație
Vanadiul este utilizat în principal ca aditiv de aliere în producția de aliaje rezistente la uzură, la căldură și la coroziune (în special oțeluri speciale), ca componentă în producția de magneți. Oxidul de vanadiu V2O5 servește ca catalizator eficient, de exemplu, în oxidarea dioxidului de sulf SO2 la gaz sulfuros SO3 în producerea acidului sulfuric. Compușii de vanadiu găsesc o varietate de aplicații în diverse industrii (textile, sticlă, vopsea și lac etc.).
Rolul biologic
Vanadiul este prezent în mod constant în țesuturile tuturor organismelor în urme. La plante, conținutul său (0,1-0,2%) este semnificativ mai mare decât la animale (1 10 -5 -1 10 -4 %). Unele organisme marine - briozoare, moluște și, mai ales, ascidie - sunt capabile să concentreze vanadiul în cantități semnificative (la ascidie, vanadiul se găsește în plasma sanguină sau în celule speciale - vanadocite). Aparent, vanadiul este implicat în unele procese oxidative din țesuturi. Țesutul muscular uman conține 2 10 - 6% vanadiu, țesut osos - 0,35 10 - 6%, în sânge - mai puțin de 2 10 - 4% mg / l. În total, corpul unei persoane medii (greutate corporală 70 kg) conține 0,11 mg de vanadiu. Vanadiul și compușii săi sunt toxici. Doza toxică pentru om este de 0,25 mg, doza letală este de 2-4 mg. Pentru V 2 O 5 MPC în aer este de 0,1-0,5 mg / m 3.

Dicţionar enciclopedic. 2009 .

Sinonime:

Vedeți ce este „vanadiu” în alte dicționare:

    - (lat. vanadiu). Metal fragil, alb, descoperit în 1830 și numit după zeitatea scandinavă Vanadium. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Chudinov A.N., 1910. VANADIUM lat. vanadiu, numit Vanadia, ...... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

    - (valoarea chimică V, greutate atomică 51) un element chimic asemănător compuşilor cu fosfor şi azot. Legăturile lui V. se întâlnesc destul de des, deși în cantități neglijabil de mici, în minereuri de fier și unele argile; în prelucrarea minereurilor de fier vanadice, V. parte ... ... Enciclopedia lui Brockhaus și Efron

    Vanad Dicţionar de sinonime ruse. vanadiu n., număr de sinonime: 2 vanadiu (1) element ... Dicţionar de sinonime

    VANADIUL- VANADIUM, chimic. semnul V, la. V. 51,0, metal dur, rezistent, de culoarea oțelului, punct de topire 1715°, sp. greutate 5.688. Legăturile lui V. sunt larg distribuite în natură. Acești compuși sunt otrăvuri, nu inferioare ca rezistență celor ale arsenului; ei au…… Marea Enciclopedie Medicală

    - (Vanadiu), V, un element chimic din grupa V a sistemului periodic, număr atomic 23, masă atomică 50,9415; metal, p.t. 1920shC. Folosit pentru aliarea oțelului și a fontei, ca componentă a aliajelor rezistente la căldură, dure și rezistente la coroziune, ca... Enciclopedia modernă

    - (lat. Vanadiu) V, un element chimic din grupa V a sistemului periodic, număr atomic 23, masă atomică 50,9415. Numele provine de la zeița veche nordică a frumuseții Vanadis. Metal dur din oțel gri. Densitate 6,11 g/cm³, p.t. 1920 .C.… … Dicţionar enciclopedic mare

    - (simbol V), ELEMENT DE TRANZIȚIE, descoperit în 1801. Metal alb argintiu, maleabil, vâscos. Se găsește în minereurile de fier, plumb și uraniu, precum și în cărbune și petrol. Folosit în aliaje de oțel pentru a crește rezistența și rezistența la căldură. ...... Dicționar enciclopedic științific și tehnic Enciclopedia fizică

    vanadiu- V Element al grupei V Periodic. sisteme; la. n. 23, la. m. 50,942; metal gri oțel. V natural este format din doi izotopi: 51V (99,75%) și 50V (0,25%). V a fost descoperit în 1801 de către Mex. mineralog A. M. del Rio. La balul de absolvire. scara V…… Manualul Traducătorului Tehnic

Vanadiu(vanadiu), v, element chimic din grupa v din sistemul periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 23, masa atomică 50,942; metal gri oțel. V. naturală este format din doi izotopi: 51 v (99,75%) și 50 v (0,25%); acesta din urmă este slab radioactiv (timp de înjumătățire T 1/2 = 10 14 ani). V. a fost descoperit în 1801 de mineralogul mexican A. M. del Rio în minereul de plumb brun mexican și numit după frumoasa culoare roșie a sărurilor încălzite, erythronium (din grecescul erythr o s, roșu). În 1830, chimistul suedez N. G. Sefström a descoperit un nou element în minereul de fier din Taberg (Suedia) și l-a numit B. în onoarea lui Vanadis, zeița veche a frumuseții nordice. În 1869, chimistul englez H. Roscoe a obţinut pulbere de metal V. prin reducerea vcl 2 cu hidrogen. V. a fost exploatat la scară industrială încă de la începutul secolului al XX-lea.

Conținutul de V. în scoarța terestră este de 1,5-10 -2% în greutate, acesta este un element destul de comun, dar împrăștiat în roci și minerale. Patronitul, roscoelitul, declozitul, carnotitul, vanadinitul și unele alte minerale sunt de importanță industrială.Minereurile de titan-magnetită și de fier sedimentare (fosfor), precum și minereurile oxidate de cupru-plumb-zinc sunt o sursă importantă de diamante. V. este extras ca produs secundar în timpul prelucrării materiilor prime de uraniu, fosforite, bauxite, precum și diverse depozite organice (asfaltite, șisturi bituminoase).

Proprietati fizice si chimice. V. are o rețea cubică centrată pe corp cu o perioadă a = 3,0282 å. În stare pură, V. este forjat și poate fi prelucrat cu ușurință prin presiune. Densitatea 6.11 G/ cm 3 , t pl 1900 ± 25°С, t kip 3400°С; capacitate termică specifică (la 20-100°C) 0,120 fecale/ ggrad; coeficient termic de dilatare liniară (la 20-1000°C) 10,6 10 -6 grindină-1, rezistivitate electrică la 20 °C 24,8 10 -8 ohm· m(24,8 10 -6 ohm· cm), sub 4,5 K V. intră în stare de supraconductivitate. Proprietăți mecanice ale V. de înaltă puritate după recoacere: modul de elasticitate 135,25 n/ m 2 (13520 kgf/ mm 2), rezistență la tracțiune 120 nm/ m 2 (12 kgf/ mm 2), alungire 17%, duritate Brinell 700 pl/ m 2 (70 kgf/ mm 2). Impuritățile gazoase reduc drastic plasticitatea lânii și cresc duritatea și fragilitatea acesteia.

La temperaturi obișnuite, V. nu este afectat de aer, apa de mare și soluții alcaline; rezistent la acizii neoxidanți, cu excepția fluorhidricului. În ceea ce privește rezistența la coroziune în acizii clorhidric și sulfuric, titanul este semnificativ superior titanului și oțelului inoxidabil. Când este încălzită în aer peste 300°C, lâna absoarbe oxigenul și devine casantă. La 600-700°C, V. se oxidează intens cu formarea de pentoxid v 2 o 5, precum şi de oxizi inferiori. Când V. este încălzit peste 700 ° C într-un curent de azot, se formează nitrură vn ( t pl 2050°C), stabil în apă și acizi. V. interacționează cu carbonul la temperaturi ridicate, dând carbură refractară vc ( t pl 2800°C) cu duritate mare.

V. dă compuși care corespund valențelor 2, 3, 4 și 5; în consecinţă, se cunosc oxizii: vo şi v 2 o 3 (având caracter de bază), vo 2 (amfoter) şi v 2 o 5 (acid). Compușii de 2- și 3-valent V. sunt instabili și sunt agenți reducători puternici. Compușii cu valențe superioare sunt de importanță practică. Tendința lui V. de a forma compuși cu valențe diferite este utilizată în chimia analitică și, de asemenea, determină proprietățile catalitice ale v 2 o 5. V. pentoxidul se dizolvă în alcalii odată cu formarea vanadate.

Chitanța și cererea. Pentru extragerea V. se folosesc: leşierea directă a minereului sau a concentratului de minereu cu soluţii de acizi şi alcaline; prăjirea materiei prime (adesea cu aditivi nacl) urmată de levigarea produsului prăjit cu apă sau acizi diluați. Pentoxidul hidratat V se izolează din soluții prin hidroliză (la pH = 1-3).Când minereurile de fier care conțin vanadiu sunt topite într-un furnal, V. trece în fontă, în timpul prelucrării căreia zguri care conțin 10-16% v. 2 sau 5 sunt obținute în oțel. Zgura de vanadiu este prăjită cu sare de masă. Materialul ars este levigat cu apă și apoi cu acid sulfuric diluat. V 2 o 5 este izolat din soluţii. Acesta din urmă servește la topire ferovanadiu(aliaje de fier cu 35-70% W.) şi obţinerea W. metalic şi compuşii acestuia. V. metalic maleabil se obţine prin reducerea calcio-termică a v 2 o 5 sau v 2 o 3 pur; recuperare v 2 o 5 aluminiu; reducerea termică a carbonului în vid v 2 o 3 ; reducerea termică cu magneziu vc1 3 ; disocierea termică a iodurii B. B. se topește în cuptoarele cu arc în vid cu un electrod consumabil și în cuptoarele cu fascicul de electroni.

Metalurgia feroasă este principalul consumator al Marii Britanii (până la 95% din totalul metalului produs). V. face parte din oțelul de mare viteză, înlocuitorii săi, sculele slab aliate și unele oțeluri structurale. Odată cu introducerea 0,15-0,25% V., rezistența, tenacitatea, rezistența la oboseală și rezistența la uzură a oțelului crește brusc. V., introdus în oțel, este atât un element dezoxidant, cât și care formează carburi. Carburele de grâu, fiind distribuite sub formă de incluziuni dispersate, împiedică creșterea boabelor atunci când oțelul este încălzit. V. se introduce in otel sub forma unui aliaj de ligatura - ferovanadiu. V. se foloseşte şi pentru alierea fontei. Un nou consumator de titan este industria în continuă dezvoltare a aliajelor de titan; Unele aliaje de titan conțin până la 13% B. Aliajele pe bază de niobiu, crom și tantal care conțin aditivi B și-au găsit aplicații în aviație, rachete și în alte domenii ale tehnologiei. Aliaje rezistente la căldură și coroziune pe bază de B. cu adăugarea de ti, nb, w, zr și al, care se așteaptă să fie utilizate în aviație, rachete și tehnologie nucleară. De interes sunt aliajele supraconductoare și compușii lui B. cu ga, si și ti.

V. metalic pur este utilizat în industria nucleară (cochilii pentru elemente de combustibil, conducte) și în producția de dispozitive electronice.

Compușii V. sunt utilizați în industria chimică ca catalizatori, în agricultură și medicină, în industria textilă, vopselelor și lacurilor, cauciucului, ceramicii, sticlei, foto și filmului.

Legăturile lui V. sunt otrăvitoare. Otrăvirea este posibilă prin inhalarea de praf care conține compuși B. Aceștia provoacă iritații ale căilor respiratorii, sângerări pulmonare, amețeli, tulburări ale activității inimii, rinichilor etc.

B. în organism. V. este o componentă permanentă a organismelor vegetale și animale. Sursa lui V. sunt roci magmatice și șisturi (conținând aproximativ 0,013% V.), precum și gresii și calcare (aproximativ 0,002% V.). În solurile de V., aproximativ 0,01% (în principal în humus); în apele dulci şi marine 1 10 7 -2 10 7%. La plantele terestre şi acvatice, conţinutul de V. este mult mai mare (0,16-0,2%) decât la animalele terestre şi marine (1,5 10 -5 -2 10 -4%). Concentratorii lui V. sunt: ​​briozoul plumatella, molusca pleurobranchus plumula, castravetele de mare stichopus mobii, unele ascidii, din mucegaiuri - aspergillus negru, din ciuperci - toadstool (amanita muscaria). Rolul biologic al V. a fost studiat pe ascidie, în celulele sanguine ale căror V. se află în starea 3- și 4-valentă, adică există un echilibru dinamic.

Rolul fiziologic al V. în ascidie este asociat nu cu transferul respirator al oxigenului și dioxidului de carbon, ci cu procesele redox - transferul de electroni folosind așa-numitul sistem de vanadiu, care probabil are semnificație fiziologică în alte organisme.

Lit.: Meyerson G. A., Zelikman A. N., Metalurgia metalelor rare, M., 1955; Polyakov A. Yu., Fundamentele metalurgiei vanadiului, M., 1959; Rostoker U., Metalurgia vanadiului, trad. din engleză, M., 1959; Kieffer p., Brown H., Vanadiu, niobiu, tantal, trans. din germană., M., 1968; Manual de metale rare, [trad. din engleză], M., 1965, p. 98-121; Materiale refractare în inginerie mecanică. Manual, M., 1967, p. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Rolul biologic al vanadiului în ascidie, „Progresele în biologia modernă”, 1965, vol. 60, c. 1(4); Bowen H. j. M., oligoelemente în biochimie, l. - n. a., 1966.

I. Romankov. V. V. Kovalsky.

Vanadiul este un element chimic reprezentat prin simbolul „V”. Masa atomică a vanadiului este de 50,9415 amu. e. m., număr atomic - 23. Este un metal solid gri-argintiu, maleabil și fuzibil, rar întâlnit în natură. Se găsește în peste 60 de minerale și poate fi găsit chiar și în combustibilii fosili.

Descoperire nerecunoscută

Vanadiul metalic a fost descoperit pentru prima dată de mineralogul mexican de origine spaniolă Andrés Manuel Del Río în 1801. Un cercetător a extras un nou element dintr-un eșantion de minereu de plumb brun extras în Mexic. După cum s-a dovedit, sărurile metalice au o mare varietate de culori, așa că Del Rio a numit-o inițial „pancrom” (din greacă „παγχρώμιο” - „colorat”).

Mai târziu, mineralogul a redenumit elementul erythronium (din grecescul „ερυθρός” – „roșu”), deoarece majoritatea sărurilor au devenit roșii atunci când sunt încălzite. S-ar părea că norocul incredibil a zâmbit unui om de știință puțin cunoscut din Europa. Descoperirea unui nou element chimic, vanadiul, promitea, dacă nu faimă, atunci măcar recunoașterea colegilor. Cu toate acestea, din cauza lipsei de autoritate semnificativă în lumea științifică, realizarea mexicanului a fost ignorată.

În 1805, chimistul francez Hippolyte Victor Collet-Decotyls a sugerat că noul element explorat de Del Rio era doar o probă de cromat de plumb cu impurități. În cele din urmă, cercetătorul mexican, pentru a nu se pierde cu totul fața în fața fraternității științifice, a acceptat afirmația lui Collet-Decotil și a abandonat descoperirea acestuia. Cu toate acestea, realizarea lui nu a căzut în uitare. Astăzi, Andres Manuel Del Rio este recunoscut drept descoperitorul metalului rar.

Redeschidere

În 1831, suedezul Niels Gabriel Sefström a redescoperit elementul chimic vanadiu din oxidul pe care l-a obţinut în timp ce lucra cu minereul de fier. Ca denumire, omul de știință a ales litera „V”, care nu a fost încă atribuită niciunui element. Sefström a numit noul metal datorită colorației sale frumoase și bogate, după zeița veche a frumuseții, Vanadis.

Vestea a trezit un interes sporit în comunitatea științifică. Și-au amintit imediat de munca mineralogului mexican. Tot în 1831, Friedrich Wöhler a verificat din nou și a confirmat descoperirea anterioară a lui Del Rio. Iar geologul George William Featherstonhaup a sugerat chiar să denumească metalul „rionium” în onoarea descoperitorului, dar inițiativa nu a fost susținută.

Evaziv

Izolarea vanadiului metalului în forma sa pură s-a dovedit a fi dificilă. Înainte de asta, oamenii de știință lucrau numai cu sărurile sale. De aceea, adevăratele proprietăți ale vanadiului erau necunoscute. În 1831, Berzelius a raportat că a obținut o substanță metalizată, dar Henry Enfield Roscoe a dovedit că Berzelius producea de fapt nitrură de vanadiu (VN). Roscoe a produs în cele din urmă metalul în 1867 prin reducerea clorurii de vanadiu (VCl 2 ) cu hidrogen. Din 1927, vanadiul pur a fost obținut prin reducerea pentoxidului de vanadiu cu participarea calciului.

Prima utilizare industrială în serie a elementului datează din 1905. Metalul a fost adăugat aliajului de oțel pentru șasiul mașinilor de curse și, mai târziu, Ford Model T. Caracteristicile vanadiului reduc greutatea structurii, crescând în același timp rezistența la tracțiune. Apropo, chimistul german Martin Henze a descoperit vanadiul în celulele sanguine (sau celulele celomice) ale vieții marine - accidia - în 1911.

Proprietăți fizice

Vanadiul este un metal maleabil cenușiu-albastru, de duritate medie, cu un luciu oțel și o densitate de 6,11 g/cm³. Unele surse descriu materialul ca fiind moale, referindu-se la ductilitatea sa ridicată. Structura cristalină a elementului este mai complexă decât majoritatea metalelor și oțelurilor.

Vanadiul are o rezistență bună la coroziune, acizi alcalini, sulfuric și clorhidric. Se oxidează în aer la aproximativ 660°C (933K, 1220°F), deși pasivarea oxidului are loc chiar și la temperatura camerei. Acest material se topește când temperatura atinge 1920°C, iar la 3400°C fierbe.

Proprietăți chimice

Vanadiul sub influența oxigenului formează patru tipuri de oxizi:

Compușii de vanadiu de tip (II) sunt agenți reducători, iar compușii de tip (V) sunt agenți de oxidare. Compușii (IV) există adesea ca derivați ai cationului vanadil.

Oxid

Cel mai important compus din punct de vedere comercial este pentoxidul de vanadiu. Este un solid galben-maroniu, deși atunci când este proaspăt precipitat din soluție apoasă, culoarea sa este portocaliu închis.

Oxidul este folosit ca catalizator pentru a produce acid sulfuric. Acest compus oxidează dioxidul de sulf (SO2) la trioxid (SO3). În această reacție redox, sulful este oxidat de la +4 la +6, iar vanadiul este redus de la +5 la +4. Formula pentru vanadiu este următoarea:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Catalizatorul este regenerat prin oxidarea oxigenului:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Procese similare de oxidare sunt utilizate în producerea de anhidridă maleică, anhidridă ftalică și alți câțiva compuși organici în vrac.

Acest oxid este folosit și în producția de ferovanadiu. Se încălzește cu fier și ferosiliciu cu adaos de var. Când se utilizează aluminiu, se obține un aliaj fier-vanadiu împreună cu alumina ca produs secundar. Datorită coeficientului ridicat de rezistență termică, oxidul de vanadiu (V) este utilizat ca material detector în bolometre și rețele microbolometrice în dispozitivele de imagistică termică.

Caracteristici

Un metal rar are următoarele caracteristici:

  • Structura cristalului: cubic centrat pe corp.
  • Conductivitate sonoră: 4560 m/s (la 20°C).
  • Valența vanadiului: V (rar IV, III, II).
  • Dilatare termică: 8,4 µm/(m·K) (la 25°C).
  • Conductivitate termică: 30,7 W/(m K).
  • Rezistenta electrica: 197 nΩ m (la 20°C).
  • Magnetism: paramagnetic.
  • Susceptibilitate magnetică: +255·10 -6 cm 3 /mol (298K).
  • Modulul de elasticitate: 128 GPa.
  • Modul de forfecare: 47 GPa.
  • Modulul de elasticitate în vrac: 160 GPa.
  • Raportul lui Poisson: 0,37.
  • Duritate Mohs: 6,7.
  • Duritate Vickers: 628-640 MPa.
  • Duritate Brinell: 600-742 MPa.
  • Categoria de elemente: metal de tranziție.
  • Configurație electronică: 3d 3 4s 2 .
  • Căldura de topire: 21,5 kJ/mol.
  • Căldura de vaporizare: 444 kJ/mol.
  • Capacitate termică molară: 24,89 J/(mol K).

Vanadiul din tabelul periodic este în grupa a 5-a (subgrupa vanadiului), a 4-a perioadă, bloc d.

Răspândirea

Vanadiul la scara Universului reprezintă aproximativ 0,0001% din volumul total al materiei. Este la fel de comun ca cuprul și zincul. Metalul se găsește în strălucirea spectrală a Soarelui și a altor stele.

Elementul este al 20-lea cel mai abundent element din scoarța terestră. Vanadiul metalic sub formă cristalină este destul de rar, dar compușii acestui material se găsesc în 65 de minerale diferite. Din punct de vedere economic semnificative dintre ele sunt patronita (VS 4), vanadinita (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) și carnotita (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Ionii de vanadil sunt abundenți în apa de mare și au o concentrație medie de 30 nM. Unele surse de apă minerală conțin și concentrații mari ale acestor ioni. De exemplu, izvoarele din apropierea Muntelui Fuji conțin până la 54 µg/l.

Minerit

Majoritatea acestui metal rar este derivat din magnetita de vanadiu găsită în rocile magmatice de gabro ultramafice. Materia primă este extrasă în principal în Africa de Sud, nord-vestul Chinei și estul Rusiei. În 2013, aceste țări au produs mai mult de 97% din totalul de vanadiu (79.000 de tone în greutate).

Metalul este, de asemenea, prezent în bauxite și zăcăminte de petrol brut, cărbune, șisturi bituminoase și nisipuri bituminoase. În țiței au fost raportate concentrații de până la 1200 ppm. Datorită proprietăților oxidante ale vanadiului (unii dintre oxizii săi), după arderea unor astfel de produse petroliere, reziduurile elementului pot provoca coroziune în motoare și cazane.

Se estimează că 110.000 de tone de substanță intră în atmosferă în fiecare an prin arderea combustibililor fosili. Astăzi, tehnologiile sunt dezvoltate pentru a extrage substanțe valoroase din hidrocarburi.

Productie

Vanadiul este folosit în principal ca aditiv în aliajele de oțel numite feroaliaje. Ferovanadiul se obține direct prin reducerea unui amestec de oxid de vanadiu cu valență (V), oxizi de fier și fier pur într-un cuptor electric.

Metalul este obținut printr-un proces în mai multe etape care începe cu prăjirea minereului de vanadiu-magnetit zdrobit cu adăugarea de clorură de sodiu (NaCl) sau carbonat de sodiu (Na 2 CO 3) la o temperatură de aproximativ 850 ° C pentru a obține sodiu. metavanadat (NaVO 3). Se acidulează un extract apos din această substanță, obținându-se o sare polivanadat, care este redusă de un metal de calciu. Ca alternativă la producția la scară mică, pentoxidul de vanadiu este redus cu hidrogen sau magneziu.

De asemenea, sunt utilizate multe alte metode, toate producând vanadiu ca produs secundar al altor procese. Purificarea sa este posibilă prin metoda iodurii dezvoltată de Anton Eduard van Arkel și Jan Hendrik de Bor în 1925. Aceasta implică formarea iodurii de vanadiu (III) și descompunerea ei ulterioară pentru a obține metalul pur:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

O modalitate destul de exotică de a obține acest element a fost inventată de japonezi. Ei cresc stropi de mare (un tip de cordate) în plantațiile subacvatice, care absorb vanadiul din apa de mare. Apoi sunt colectate și arse. Metalul valoros este extras din cenușa rezultată. Apropo, concentrația sa în acest caz este mult mai mare decât în ​​cele mai bogate zăcăminte.

Aliaje

Ce sunt aliajele de vanadiu? Aproximativ 85% din metalul rar produs este folosit pentru a face ferovanadiu sau ca aditiv pentru oțel. La începutul secolului al XX-lea, s-a descoperit că chiar și o cantitate mică de vanadiu crește semnificativ rezistența oțelului. Acest element formează nitruri și carburi stabile, ceea ce duce la îmbunătățirea caracteristicilor oțelurilor și aliajelor.

Din acel moment, s-a remarcat utilizarea vanadiului în osii, cadre, arbori cotiți, angrenaje și alte componente importante ale vehiculelor cu roți. Există două grupe de aliaje:

  • Conținut ridicat de carbon, cu un conținut de 0,15% până la 0,25% vanadiu.
  • Oțeluri de scule de mare viteză (HSS) cu un conținut de 1% până la 5% din acest element.

Pentru oțelurile HSS se pot obține durități peste HRC 60. Acestea sunt utilizate în instrumentele chirurgicale. În metalurgia pulberilor aliajele pot conține până la 18% vanadiu. Conținutul ridicat de carburi din aceste aliaje îmbunătățește semnificativ rezistența la uzură. Ei fac unelte și cuțite.

Datorită proprietăților sale, vanadiul stabilizează forma beta a titanului, îi crește rezistența și stabilitatea temperaturii. Amestecat cu aluminiu în aliaje de titan, este utilizat în motoarele cu reacție, avioanele de mare viteză și implanturile dentare. Cel mai comun aliaj pentru țevile fără sudură este titanul 3/2,5 care conține 2,5% vanadiu. Aceste materiale sunt utilizate pe scară largă în industria aerospațială, de apărare și de biciclete. Un alt aliaj comun, produs în principal în foi, este titanul 6AL-4V, unde 6% aluminiu și 4% vanadiu.

Mai multe aliaje de vanadiu prezintă proprietăți supraconductoare. Primul supraconductor de fază A15 a fost un compus de vanadiu V3Si, care a fost obținut în 1952. Banda de vanadiu galiu este utilizată la magneții supraconductori. Structura fazei supraconductoare A15 V 3 Ga este similară cu structura supraconductorilor mai obișnuiți: stanidă de triniobiu (Nb 3 Sn) și niobiu-titan (Nb 3 Ti).

Recent, oamenii de știință au descoperit că, în Evul Mediu, o cantitate mică de vanadiu (de la 40 la 270 de părți per milion) a fost adăugată la unele mostre de Damasc și oțel de damasc. Acest lucru a îmbunătățit proprietățile lamelor. Cu toate acestea, nu este clar unde și cum a fost extras metalul rar. Este posibil să fi făcut parte din unele minereuri.

Aplicație

Pe lângă metalurgie, vanadiul este folosit și pentru alte aplicații. Secțiunea transversală de captare termică a neutronilor și timpul scurt de înjumătățire al izotopilor produși prin captarea neutronilor fac din acest metal un material potrivit pentru utilizare în interiorul unui reactor de fuziune.

Cel mai comun oxid de vanadiu, pentoxidul V 2 O 5, este utilizat ca catalizator în producerea acidului sulfuric și ca agent oxidant în producerea anhidridei maleice. Oxidul de vanadiu este utilizat la fabricarea produselor ceramice.

Metalul este o componentă importantă a catalizatorilor amestecați de oxizi metalici utilizați în oxidarea propanului și propilenei la acroleină, acid acrilic sau amoxidarea propilenei în acrilonitril. Un alt oxid de vanadiu, dioxidul de VO2, este utilizat în producerea de acoperiri de sticlă care blochează radiația infraroșie la o anumită temperatură.

O baterie redox cu vanadiu este o celulă galvanică compusă din ioni de vanadiu apos în diferite stări de oxidare. Bateriile de acest tip au fost propuse pentru prima dată în anii 1930, iar utilizarea comercială a început în anii 1980. Vanadatul poate fi folosit pentru a proteja oțelul împotriva coroziunii.

Vanadiul este esențial pentru sănătatea umană. Ajută la reglarea metabolismului carbonului și lipidelor și este implicat în producerea de energie. Se recomandă consumul a 6-63 mcg pe zi (date OMS) dintr-o substanță care vine cu alimente. Este destul de suficient în cereale, leguminoase, legume, ierburi, fructe.