Formula kimike e vanadiumit. Vanadium: vetitë, masa atomike, formula, aplikimi. Pjesa e elementeve të çelikut

PËRKUFIZIM

Vanadium ndodhet në periodën e katërt të grupit V të nëngrupit dytësor (B) të tabelës periodike.

I referohet elementeve të familjes d. Metal. Emërtimi - V. Numri i serisë - 23. Masa atomike relative - 50.941 amu.

Struktura elektronike e atomit të vanadiumit

Atomi i vanadiumit përbëhet nga një bërthamë e ngarkuar pozitivisht (+23), brenda së cilës ka 23 protone dhe 28 neutrone, dhe 23 elektrone lëvizin në katër orbita.

Fig.1. Struktura skematike e atomit të vanadiumit.

Shpërndarja e elektroneve midis orbitaleve është si më poshtë:

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

Niveli i jashtëm i energjisë i atomit të vanadiumit përmban 5 elektrone, të cilat janë elektrone valente. Gjendja e oksidimit të kalciumit është +5. Diagrami i energjisë i gjendjes bazë merr formën e mëposhtme:

Bazuar në diagram, mund të argumentohet se vanadiumi gjithashtu ka një gjendje oksidimi +3.

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

SHEMBULL 1

Ushtrimi	Vizatoni shpërndarjen e elektroneve nëpër nivelet dhe nënnivelet e energjisë në atomet e silikonit dhe vanadiumit. Cilat lloje të elementeve i përkasin për nga struktura atomike?
Përgjigju	Silikoni: 14 Si) 2) 8) 4 ; 1s 2 2s 2 2fq 6 3s 2 3fq 2 . Vanadium: 23 V) 2) 8) 11) 2 ; 1s 2 2s 2 2fq 6 3s 2 3fq 6 3d 3 4s 2 . Siliconi i përket familjes fq- dhe vanadium d-elementet.

Vanadium

VANADIUM-Unë; m.[lat. Vanadium nga Old Scand.] Element kimik (V), një metal i fortë me ngjyrë gri të çelur, që përdoret për prodhimin e llojeve të çelikut të çelikut. ● Emëruar pas perëndeshës së vjetër norvegjeze të bukurisë Vanadis për shkak të ngjyrës së bukur të kripërave të saj.

◁ Vanadium, -aya, -oh. Xheroret e dyta. Çeliku i dytë.

vanadium

(lat. Vanadium), element kimik i grupit V të tabelës periodike. Emri vjen nga perëndeshë e vjetër norvegjeze e bukurisë Vanadis. Metal i fortë gri prej çeliku. Dendësia 6.11 g/cm 3 t pl 1920°C. Rezistent ndaj ujit dhe shumë acideve. Ai shpërndahet në koren e tokës dhe shpesh shoqëron hekurin ( xeherorët e hekurit janë një burim i rëndësishëm industrial i vanadiumit). Komponent aliazh i çeliqeve strukturore dhe lidhjeve të përdorura në teknologjinë e aviacionit dhe hapësirës, ​​në ndërtimin e anijeve detare, përbërës të lidhjeve superpërcjellëse. Komponimet e vanadiumit përdoren në industrinë e tekstilit, bojës dhe llakut dhe qelqit.

VANADIUM

VANADIUM (lat. Vanadium), V (lexo “vanadium”), element kimik me numër atomik 23, pesha atomike 50,9415. Vanadiumi natyror është një përzierje e dy nuklideve (cm. NUKLIDI): i qëndrueshëm 51 V (99,76% në masë) dhe radioaktiv i dobët 52 V (gjysma e jetës më shumë se 3,9 10 17 vjet). Konfigurimi i dy shtresave të jashtme elektronike 3 s 2 fq 6 d 3 4s 2 . Në tabelën periodike të Mendelejevit ndodhet në periudhën e katërt në grupin VB. Vanadiumi formon komponime në gjendje oksidimi nga +2 në +5 (valenca nga II në V).
Rrezja e një atomi neutral të vanadiumit është 0,134 nm, rrezja e joneve V 2+ është 0,093 nm, V 3+ është 0,078 nm, V 4+ është 0,067-0,086 nm, V 5+ është 0,050-0,068 nm Energjitë sekuenciale të jonizimit të atomit të vanadiumit janë 6.74, 14.65, 29.31, 48.6 dhe 65.2 eV. Sipas shkallës Pauling, elektronegativiteti i vanadiumit është 1.63.
Në formën e tij të lirë është një metal me shkëlqim argjendi-gri.
Historia e zbulimit
Vanadiumi u zbulua në 1801 nga mineralologu meksikan A. M. del Rio si një papastërti në mineralin e plumbit nga një minierë në Zimapan. Del Rio e quajti elementin e ri erythronium (nga greqishtja erythros - e kuqe) për shkak të ngjyrës së kuqe të përbërjeve të tij. Megjithatë, më pas ai vendosi se nuk kishte zbuluar një element të ri, por një shumëllojshmëri kromi, të zbuluar katër vjet më parë dhe ende pothuajse të pa studiuar. Në vitin 1830, kimisti gjerman F. Wöhler studioi mineralin meksikan. (cm. WELER Friedrich) Megjithatë, pasi u helmua nga fluori i hidrogjenit, ai ndaloi kërkimet për disa muaj. Në të njëjtin vit, kimisti suedez N. Sefström (cm. SEFStröm Nils Gabriel) tërhoqi vëmendjen për praninë e një papastërtie në mineral hekuri, e cila, së bashku me elementët e njohur, përmbante një substancë të re. Si rezultat i analizave në laboratorin e J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob) u vërtetua se ishte zbuluar një element i ri. Ky element formon komponime me ngjyra të bukura, prej nga vjen emri i elementit, i lidhur me emrin e perëndeshës skandinave të bukurisë Vanadis. Në 1831, Wöhler vërtetoi identitetin e erythronium dhe vanadium, por elementi ruajti emrin e dhënë nga Sefström dhe Berzelius.
Të qenit në natyrë
Vanadiumi nuk gjendet në natyrë në formën e tij të lirë; ai klasifikohet si një element gjurmë. (cm. GJUROMENET). Përmbajtja e vanadiumit në koren e tokës është 1.6 10 -2% në masë, në ujin e oqeanit 3.10 -7%. Mineralet më të rëndësishme: patroniti V(S 2) 2, vanadiniti Pb 5 (VO 4) 3 Cl dhe disa të tjerë. Burimi kryesor i vanadiumit janë xehet e hekurit që përmbajnë vanadium si papastërti.
Faturë
Në industri, kur merret vanadium nga mineralet e hekurit me përzierjen e tij, fillimisht përgatitet një koncentrat, në të cilin përmbajtja e vanadiumit arrin 8-16%. Më pas, me trajtimin oksidativ, vanadiumi transferohet në gjendjen më të lartë të oksidimit +5 dhe ndahet vanadati i natriumit NaVO 3, lehtësisht i tretshëm në ujë. Kur tretësira acidifikohet me acid sulfurik, formohet një precipitat, i cili pas tharjes përmban më shumë se 90% vanadium.
Koncentrati primar zvogëlohet në furrat e shpërthimit dhe fitohet koncentrati i vanadiumit, i cili më pas përdoret në shkrirjen e një aliazhi vanadiumi dhe hekuri - i ashtuquajturi ferrovanadium (përmban nga 35 deri në 70% vanadium). Vanadiumi metalik mund të përgatitet me reduktimin e klorurit të vanadiumit me hidrogjen, reduktimin termik të kalciumit të oksideve të vanadiumit (V 2 O 5 ose V 2 O 3), shpërbërjen termike të VI 2 dhe metoda të tjera.
Vetite fizike dhe kimike
Vanadiumi është i ngjashëm në dukje me çelikun; është metal mjaft i fortë, por në të njëjtën kohë i urtë. Pika e shkrirjes 1920 °C, pika e vlimit rreth 3400 °C, dendësia 6.11 g/cm3. Rrjeta kristalore është kubike, me qendër trupin, parametri a = 0,3024 nm.
Kimikisht, vanadiumi është mjaft inert. Është rezistent ndaj ujit të detit, zgjidhjeve të holluara të acideve klorhidrik, nitrik dhe sulfurik dhe alkaleve. Me oksigjen, vanadiumi formon disa okside: VO, V 2 O 3, V 3 O 5, VO 2, V 2 O 5. Portokalli V 2 O 5 është një oksid acid, blu e errët VO 2 është amfoterike, oksidet e mbetura të vanadiumit janë bazikë. Me halogjenet, vanadiumi formon halogjene të përbërjeve VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 dhe disa oksohalide (VOCl, VOCl 2, VOF. 3, etj.).
Përbërjet e vanadiumit në gjendje oksidimi +2 dhe +3 janë agjentë të fortë reduktues; në gjendje oksidimi +5 shfaqin vetitë e agjentëve oksidues. Njihen karabit vanadium zjarrdurues VC (t pl =2800 °C), nitridi i vanadiumit VN, sulfuri i vanadiumit V 2 S 5, silici i vanadiumit V 3 Si dhe komponime të tjera të vanadiumit.
Kur V 2 O 5 ndërvepron me oksidet bazë, formohen vanadate (cm. VANADATËT)- kripërat e acidit vanadik me përbërje të mundshme H 2 .
Aplikacion
Vanadiumi përdoret kryesisht si një aditiv aliazh në prodhimin e lidhjeve rezistente ndaj konsumit, rezistente ndaj nxehtësisë dhe rezistente ndaj korrozionit (kryesisht çeliqe speciale) dhe si një komponent në prodhimin e magneteve. Oksidi i vanadiumit V 2 O 5 shërben si një katalizator efektiv, për shembull, në oksidimin e dioksidit të squfurit SO 2 në gaz squfuri SO 3 në prodhimin e acidit sulfurik. Komponimet e vanadiumit gjejnë një larmi aplikimesh në industri të ndryshme (tekstile, qelqi, bojë dhe llak, etj.).
Roli biologjik
Vanadiumi është vazhdimisht i pranishëm në indet e të gjithë organizmave në sasi të vogla. Në bimë përmbajtja e tij (0,1-0,2%) është dukshëm më e lartë se tek kafshët (1·10 –5 -1·10 –4%). Disa organizma detarë - briozoanët, molusqet dhe, veçanërisht, ascidët - janë në gjendje të përqendrojnë vanadiumin në sasi të konsiderueshme (në ascidët, vanadiumi gjendet në plazmën e gjakut ose në qelizat e veçanta - vanadocitet). Me sa duket, vanadiumi është i përfshirë në disa procese oksiduese në inde. Indet e muskujve të njeriut përmbajnë 2·10 - 6% vanadium, indi kockor - 0,35·10 - 6%, në gjak - më pak se 2·10 - 4% mg/l. Në total, një person mesatar (pesha trupore 70 kg) përmban 0,11 mg vanadium. Vanadiumi dhe komponimet e tij janë toksike. Doza toksike për njerëzit është 0.25 mg, doza vdekjeprurëse është 2-4 mg. Për V 2 O 5 përqendrimi maksimal i lejuar në ajër është 0,1-0,5 mg/m 3 .

fjalor enciklopedik. 2009 .

Sinonime:

Shihni se çfarë është "vanadium" në fjalorë të tjerë:

- (lat. vanadium). Një metal i brishtë, me ngjyrë të bardhë, i zbuluar në vitin 1830 dhe i emëruar pas hyjnisë skandinave Vanadium. Fjalori i fjalëve të huaja të përfshira në gjuhën ruse. Chudinov A.N., 1910. VANADIUM lat. vanadium, i quajtur Vanadia,... ... Fjalori i fjalëve të huaja të gjuhës ruse

- (vlera kimike V, pesha atomike 51) një element kimik i ngjashëm me përbërjet me fosfor dhe azot. Komponimet V. gjenden shpesh, edhe pse në sasi të papërfillshme, në mineralet e hekurit dhe disa argjila; parapërpunimi i xeheve të hekurit vanadik, V. pjesa... ... Enciklopedia e Brockhaus dhe Efron

Fjalori Vanad i sinonimeve ruse. Emër vanadium, numri i sinonimeve: 2 element vanadium (1)... Fjalor sinonimik

VANADIUM- VANADIUM, kimik. shenja V, në. V. 51.0, metal i fortë, elastik me ngjyrë çeliku, pika e shkrirjes 1715°, sp. pesha 5.688. V. përbërjet janë të përhapura në natyrë. Këto komponime janë helme, jo inferiore në forcë ndaj arsenikut; ata kane... ... Enciklopedia e Madhe Mjekësore

- (Vanadium), V, element kimik i grupit V të sistemit periodik, numri atomik 23, masa atomike 50,9415; metal, pika e shkrirjes 1920°C. Përdoret për lidhjen e çelikut dhe gize, si një përbërës i lidhjeve rezistente ndaj nxehtësisë, të forta dhe rezistente ndaj korrozionit, si... Enciklopedi moderne

- (lat. Vanadium) V, element kimik i grupit V të sistemit periodik, numri atomik 23, masa atomike 50,9415. Emri vjen nga perëndeshë e vjetër norvegjeze e bukurisë Vanadis. Metal i fortë gri prej çeliku. Dendësia 6,11 g/cm³, pika e shkrirjes 1920 .C.… … Fjalori i madh enciklopedik

- (simboli V), ELEMENT KALIMTARI, zbuluar në vitin 1801. Metal i bardhë argjendtë, i lakueshëm, i fortë. Gjendet në xehet e hekurit, të plumbit dhe të uraniumit, si dhe në qymyr dhe naftë. Përdoret në lidhjet e çelikut për të rritur forcën dhe rezistencën ndaj nxehtësisë. Fjalor enciklopedik shkencor dhe teknik Enciklopedi fizike

vanadium- V Elementi i grupit V Periodik. sistemet; në. n. 23, në. m 50,942; çeliku metal gri. Natyral V përbëhet nga dy izotope: 51V (99,75%) dhe 50V (0,25%). V u hap në 1801 Meksikë. mineralogisti A. M. del Rio. Në prom. Shkalla V...... Udhëzues teknik i përkthyesit

Vanadium(vanadium), v, element kimik i grupit V të sistemit periodik të Mendelejevit; numri atomik 23, masa atomike 50,942; ngjyrë metali gri-çeliku. Natyral V. përbëhet nga dy izotope: 51 v (99,75%) dhe 50 v (0,25%); kjo e fundit është dobët radioaktive (gjysmë-jeta T 1/2 = 10 14 vjet). V. u zbulua në vitin 1801 nga mineralologu meksikan A. M. del Rio në mineralin kafe meksikan të plumbit dhe u emërua pas ngjyrës së bukur të kuqe të kripërave të nxehta erythronium (nga greqishtja erythr o s - e kuqe). Në vitin 1830, kimisti suedez N. G. Sefström zbuloi një element të ri në mineral hekuri nga Taberg (Suedi) dhe e quajti atë V. për nder të perëndeshës së vjetër norvegjeze të bukurisë Vanadis. Në vitin 1869, kimisti anglez G. Roscoe përftoi metalin pluhur V. duke reduktuar vcl 2 me hidrogjen. V. është nxjerrë në shkallë industriale që nga fillimi i shekullit të 20-të.

Përmbajtja V në koren e tokës është 1.5-10 -2% ndaj peshës; është një element mjaft i zakonshëm, por i shpërndarë në shkëmbinj dhe minerale. Nga numri i madh i mineraleve të V. rëndësi industriale kanë patroniti, roskoeliti, deklojiti, karnotiti, vanadiniti dhe disa të tjerë.Burime të rëndësishme të V. janë titanomagnetiti dhe xehet e hekurit sedimentar (fosfor), si dhe bakër-plumb i oksiduar. xeheroret e zinkut. V. nxirret si nënprodukt gjatë përpunimit të lëndëve të para të uraniumit, fosforiteve, boksiteve dhe depozitimeve të ndryshme organike (asfaltite, argjilë nafte).

Vetite fizike dhe kimike. V. ka një rrjetë kubike me qendër trupin me një periodë a = 3,0282 å. Në gjendjen e tij të pastër, V. është i farkëtuar dhe mund të përpunohet lehtësisht me presion. Dendësia 6.11 G/ cm 3 , t pl 1900 ± 25°С, t balon 3400°C; kapaciteti specifik i nxehtësisë (në 20-100°C) 0.120 feçet/ ggrad; koeficienti termik i zgjerimit linear (në 20-1000°C) 10,6·10 -6 breshër-1, rezistenca elektrike në 20 °C 24,8·10 -8 ohm· m(24.8·10 -6 ohm· cm), nën 4,5 K V. kalon në gjendje superpërcjellshmërie. Vetitë mekanike të pastërtisë së lartë V. pas pjekjes: moduli elastik 135.25 n/ m 2 (13520 kgf/ mm 2), qëndrueshmëria në tërheqje 120 nm/ m 2 (12 kgf/ mm 2), zgjatim 17%, fortësi Brinell 700 pl/ m 2 (70 kgf/ mm 2). Papastërtitë e gazit reduktojnë ndjeshëm plasticitetin e fibrës dhe rrisin fortësinë dhe brishtësinë e saj.

Në temperatura të zakonshme, V. nuk ekspozohet ndaj ajrit, ujit të detit dhe solucioneve alkale; rezistent ndaj acideve jooksiduese, me përjashtim të acidit hidrofluorik. Për sa i përket rezistencës ndaj korrozionit në acidet klorhidrike dhe sulfurike, V. është dukshëm më superior ndaj titanit dhe çelikut inox. Kur nxehet në ajër mbi 300°C, thith oksigjenin dhe bëhet i brishtë. Në 600-700°C oksidohet intensivisht V. me formimin e pentoksidit v 2 o 5, si dhe të oksideve më të ulëta. Kur V nxehet mbi 700°C në një rrjedhë azoti, nitridi vn ( t mp 2050°C), e qëndrueshme në ujë dhe acide. V. ndërvepron me karbonin në temperatura të larta, duke dhënë karabit zjarrdurues vc ( t pl 2800°C), i cili ka fortësi të lartë.

V. jep përbërje që i korrespondojnë valencave 2, 3, 4 dhe 5; Prandaj, njihen oksidet e mëposhtme: vo dhe v 2 o 3 (me karakter bazë), vo 2 (amfoterike) dhe v 2 o 5 (acid). Komponimet e qelqit 2 dhe 3 valent janë të paqëndrueshëm dhe janë agjentë të fortë reduktues. Komponimet me valenca më të larta kanë rëndësi praktike. Tendenca e V. për të formuar komponime me valenca të ndryshme përdoret në kiminë analitike dhe gjithashtu përcakton vetitë katalitike të v 2 o 5. V. pentoksidi tretet në alkale për të formuar vanadat.

Marrja dhe aplikimi. Për nxjerrjen e mineraleve përdoren: shpëlarja e drejtpërdrejtë e mineralit ose koncentratit të xehes me tretësirë ​​të acideve dhe alkaleve; pjekja e lëndës së parë (shpesh me aditivë nacl) e ndjekur nga shpëlarja e produktit të djegur me ujë ose acide të holluara. Pentoksidi V i hidratuar izolohet nga tretësirat me anë të hidrolizës (në pH = 1-3).Kur mineralet e hekurit që përmbajnë vanadium shkrihen në furrën e lartë, V shndërrohet në gize, gjatë përpunimit të së cilës skorje që përmban 10-16% v. 2 o 5 përftohet në çelik. Skorjet e vanadiumit piqen me kripë gjelle. Materiali i djegur shpëlahet me ujë dhe më pas me acid sulfurik të holluar. V 2 o 5 është i izoluar nga tretësirat. Ky i fundit përdoret për shkrirje ferrovanadium(lidhjet e hekurit me 35-70% V.) dhe marrja e metalit V. dhe përbërjet e tij. Metali i lakueshëm V. fitohet nga reduktimi termik i kalciumit i v 2 o 5 ose v 2 o 3 i pastër; reduktimi i v 2 o 5 me alumin; reduktimi termik i karbonit me vakum v 2 o 3; reduktimi termik i magnezit vc1 3; shpërbërja termike e jodidit.V. shkrihet në furrat me hark vakum me elektrodë harxhuese dhe në furrat me rreze elektronike.

Metalurgjia e zezë është konsumatori kryesor i metalit (deri në 95% të të gjithë metalit të prodhuar). V. është një përbërës i çelikut me shpejtësi të lartë, zëvendësuesve të tij, çeliqeve të veglave me aliazh të ulët dhe disa çeliqeve strukturorë. Me futjen e 0,15-0,25% V., forca, qëndrueshmëria, rezistenca ndaj lodhjes dhe rezistenca ndaj konsumit të çelikut rriten ndjeshëm. V., i futur në çelik, është edhe një element deoksidues dhe karabit-formues. Karbidet V., të shpërndara në formën e përfshirjeve të shpërndara, parandalojnë rritjen e kokrrave kur çeliku nxehet. V. futet në çelik në formën e një aliazh master - ferrovanadium. V. përdoret edhe për lidhjen e gizës. Një konsumator i ri i titanit është industria me zhvillim të shpejtë të lidhjeve të titanit; disa lidhje titani përmbajnë deri në 13% V. Në aviacion, raketa dhe fusha të tjera të teknologjisë, janë përdorur lidhje të bazuara në niobium, krom dhe tantal që përmbajnë aditivë V. Lidhjet rezistente ndaj nxehtësisë dhe korrozioni të bazuara në V me shtimin e janë zhvilluar ti, nb., w, zr dhe al, përdorimi i të cilave pritet në aviacionin, teknologjinë raketore dhe bërthamore. Me interes janë lidhjet superpërcjellëse dhe komponimet V me ga, si dhe ti.

V. i pastër metalik përdoret në energjinë bërthamore (predha për elementët e karburantit, tubacionet) dhe në prodhimin e pajisjeve elektronike.

Komponimet V. përdoren në industrinë kimike si katalizatorë, në bujqësi dhe mjekësi, në industrinë e tekstilit, bojës dhe llakut, gomës, qeramikës, qelqit, fotografisë dhe filmit.

V. komponimet janë helmuese. Helmimi është i mundur duke thithur pluhurin që përmban përbërës B. Shkakton acarim të rrugëve të frymëmarrjes, hemorragji pulmonare, marramendje, shqetësime në funksionimin e zemrës, veshkave etj.

V. në trup. V. është një përbërës konstant i organizmave bimorë dhe shtazorë. Burimi i ujit janë shkëmbinj magmatikë dhe rreshpe (që përmbajnë rreth 0,013% ujë), si dhe ranorë dhe gëlqerorë (rreth 0,002% ujë). Në toka, V. është rreth 0,01% (kryesisht në humus); në ujërat e ëmbla dhe të detit 1·10 7 -2·10 7%. Në bimët tokësore dhe ujore, përmbajtja e V. është dukshëm më e lartë (0,16-0,2%) sesa në kafshët tokësore dhe detare (1,5·10 -5 -2·10 -4%). V. përqendrues janë: plumatella bryozoare, molusku pleurobranchus plumula, kastraveci i detit stichopus mobii, disa ascidianë, nga myku - aspergilusi i zi, nga kërpudhat - kërpudha (amanita muscaria). Roli biologjik i V. është studiuar te ascidët, në qelizat e gjakut të të cilëve V. është në gjendje 3 dhe 4 valente, domethënë ka një ekuilibër dinamik.

Roli fiziologjik i V. në ascidianët nuk lidhet me transferimin respirator të oksigjenit dhe dioksidit të karbonit, por me proceset redoks-transferimin e elektroneve duke përdorur të ashtuquajturin sistem vanadium, i cili ndoshta ka rëndësi fiziologjike në organizmat e tjerë.

Lit.: Meerson G. A., Zelikman A. N., Metalurgy of rare metals, M., 1955; Polyakov A. Yu., Bazat e metalurgjisë së vanadiumit, M., 1959; Rostoker U., Metalurgjia e Vanadiumit, përkth. nga anglishtja, M., 1959; Kieffer p., Brown H., Vanadium, niobium, tantal, trans. nga gjermanishtja, M., 1968; Handbook of Rare Metals, [përkth. nga anglishtja], M., 1965, f. 98-121; Materialet zjarrduruese në inxhinierinë mekanike. Drejtori, M., 1967, f. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Roli biologjik i vanadiumit në ascidët, "Përparimet e biologjisë moderne", 1965, v. 60, v. 1 (4); Bowen N. j. M., elementët gjurmë në biokimi, l. - n. v., 1966.

I. Romankov. V. V. Kovalsky.

Vanadiumi është një element kimik i simbolizuar me simbolin "V". Masa atomike e vanadiumit është 50,9415 a. e.m., numri atomik - 23. Është metal i fortë argjend-gri, i lakueshëm dhe i shkrirë, që gjendet rrallë në natyrë. Gjendet në mbi 60 minerale dhe mund të gjendet edhe në lëndët djegëse fosile.

Zbulim i panjohur

Vanadiumi metalik u zbulua për herë të parë nga mineralologu meksikan me origjinë spanjolle Andres Manuel Del Rio në 1801. Një studiues ka nxjerrë një element të ri nga një mostër e mineralit "kafe" të plumbit të minuar në Meksikë. Siç rezulton, kripërat e metalit kanë një shumëllojshmëri të gjerë ngjyrash, kështu që Del Rio fillimisht e quajti atë "panchromium" (nga greqishtja "παγχρώμιο" - "me shumë ngjyra").

Mineralogu më vonë e quajti elementin erythronium (nga greqishtja "ερυθρός" - "e kuqe"), sepse shumica e kripërave bëheshin të kuqe kur nxeheshin. Duket se fati i jashtëzakonshëm i buzëqeshi një shkencëtari pak të njohur në Evropë. Zbulimi i elementit të ri kimik vanadium premtoi, nëse jo famë, atëherë të paktën njohje nga kolegët. Sidoqoftë, për shkak të mungesës së autoritetit të rëndësishëm në botën shkencore, arritja e meksikanit u injorua.

Në 1805, kimisti francez Hippolyte Victor Collet-Decotils sugjeroi se elementi i ri i studiuar nga Del Rio ishte vetëm një mostër e kromatit të plumbit me papastërti. Në fund të fundit, studiuesi meksikan, për të mos e humbur plotësisht fytyrën para vëllazërisë shkencore, pranoi deklaratën e Collet-Decotille dhe braktisi zbulimin e tij. Megjithatë, arritja e tij nuk u shua në harresë. Sot, Andres Manuel Del Rio njihet si zbuluesi i metalit të rrallë.

Rihapja

Në 1831, suedezi Nils Gabriel Sefström rizbuloi elementin kimik vanadium në oksidin që përftoi gjatë punës me mineral hekuri. Shkencëtari zgjodhi shkronjën "V" si përcaktimin e saj, e cila ende nuk i është caktuar asnjë elementi. Säfström e quajti metalin e ri për shkak të ngjyrosjes së tij të bukur dhe të pasur sipas perëndeshës së vjetër norvegjeze të bukurisë Vanadis.

Lajmi ngjalli interes të shtuar në komunitetin shkencor. Ne kujtuam menjëherë punën e mineralogistit meksikan. Në të njëjtin 1831, Friedrich Wöhler rishikoi dhe konfirmoi zbulimin e mëparshëm të Del Rios. Dhe gjeologu George William Featherstonhoop madje propozoi ta quante metalin "rionium" për nder të zbuluesit, por nisma nuk u mbështet.

E pakapshme

Izolimi i metalit vanadium në formën e tij të pastër ka qenë i vështirë. Para kësaj, shkencëtarët punonin vetëm me kripërat e tij. Kjo është arsyeja pse vetitë e vërteta të vanadiumit janë të panjohura. Në 1831, Berzelius raportoi se kishte marrë një substancë të metalizuar, por Henry Enfield Roscoe vërtetoi se Berzelius kishte prodhuar në të vërtetë nitrid vanadium (VN). Roscoe përfundimisht prodhoi metalin në 1867 duke reduktuar klorurin e vanadiumit (VCl 2) me hidrogjen. Që nga viti 1927, vanadiumi i pastër është marrë duke reduktuar pentoksidin e vanadiumit me kalcium.

Përdorimi i parë industrial serik i elementit daton në 1905. Metali u shtua në një aliazh çeliku për të bërë shasinë e makinave garuese dhe më vonë në karakteristikat e Ford Model T. Vanadium ndihmojnë në uljen e peshës strukturore duke rritur rezistencën në tërheqje. Nga rruga, kimisti gjerman Martin Henze zbuloi vanadiumin në qelizat e gjakut (ose qelizat coelomic) të banorëve detarë - accidia - në 1911.

Vetitë fizike

Vanadiumi është një metal i lakueshëm gri-blu me fortësi mesatare me një shkëlqim çeliku dhe një densitet prej 6,11 g/cm³. Disa burime e përshkruajnë materialin si të butë, që do të thotë duktilitet i lartë i tij. Struktura kristalore e elementit është më komplekse se shumica e metaleve dhe çeliqeve.

Vanadiumi ka rezistencë të mirë ndaj korrozionit, alkaleve, acideve sulfurik dhe klorhidrik. Ai oksidohet në ajër në rreth 660°C (933K, 1220°F), megjithëse pasivizimi i oksidit ndodh edhe në temperaturën e dhomës. Ky material shkrihet kur temperatura arrin 1920°C, dhe vlon në 3400°C.

Vetitë kimike

Vanadiumi, kur ekspozohet ndaj oksigjenit, formon katër lloje oksidesh:

Komponimet e tipit (II) të vanadiumit janë agjentë reduktues, dhe përbërjet e tipit (V) janë agjentë oksidues. Komponimet (IV) shpesh ekzistojnë si derivate të kationit vanadil.

Oksid

Komponimi më i rëndësishëm tregtar është pentoksidi i vanadiumit. Është një lëndë e ngurtë kafe-verdhë, megjithëse kur precipitohet rishtazi nga tretësira ujore, ngjyra e saj është portokalli e errët.

Oksidi përdoret si katalizator për prodhimin e acidit sulfurik. Ky përbërës oksidon dioksidin e squfurit (SO 2) në trioksid (SO 3). Në këtë reaksion redoks, squfuri oksidohet nga +4 në +6, dhe vanadiumi reduktohet nga +5 në +4. Formula për vanadiumin është si më poshtë:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Katalizatori rigjenerohet nga oksidimi i oksigjenit:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Procese të ngjashme oksidimi përdoren në prodhimin e anhidrit maleik, anhidrit ftalik dhe disa komponimeve të tjera organike me shumicë.

Ky oksid përdoret gjithashtu në përgatitjen e ferrovanadiumit. Nxehet me hekur dhe ferrosilicon me shtimin e gëlqeres. Kur përdoret alumini, prodhohet një aliazh hekur-vanadium së bashku me oksidin e aluminit si nënprodukt. Për shkak të koeficientit të tij të lartë të rezistencës termike, oksidi i vanadiumit (V) përdoret si material detektor në bolometra dhe grupe mikrobolometrash në instrumentet e imazhit termik.

Karakteristikat

Metali i rrallë ka këto karakteristika:

• Struktura kristalore: kub me qendër trupin.
• Përçueshmëria e zërit: 4560 m/s (në 20°C).
• Valenca e vanadiumit: V (më rrallë IV, III, II).
• Zgjerimi termik: 8,4 µm/(m K) (në 25°C).
• Përçueshmëria termike: 30,7 W/(m K).
• Rezistenca elektrike: 197 nΩ m (në 20°C).
• Magnetizëm: paramagnetik.
• Ndjeshmëria magnetike: +255·10 -6 cm 3 /mol (298K).
• Moduli elastik: 128 GPa.
• Moduli i prerjes: 47 GPa.
• Moduli pjesa më e madhe e elasticitetit: 160 GPa.
• Raporti Poisson: 0.37.
• Fortësia në shkallën Mohs: 6.7.
• Fortësia e Vickers: 628-640 MPa.
• Fortësia e Brinelit: 600-742 MPa.
• Kategoria e elementit: metal kalimtar.
• Konfigurimi elektronik: 3d 3 4s 2.
• Nxehtësia e shkrirjes: 21.5 kJ/mol.
• Nxehtësia e avullimit: 444 kJ/mol.
• Kapaciteti molar i nxehtësisë: 24,89 J/(mol K).

Vanadiumi në tabelën periodike është në grupin e 5-të (nëngrupi i vanadiumit), periudha e 4-të, blloku d.

Përhapja

Vanadiumi në shkallën e Universit është afërsisht 0.0001% e vëllimit të përgjithshëm të materies. Është po aq e zakonshme sa bakri dhe zinku. Metali u zbulua në shkëlqimin spektral të Diellit dhe yjeve të tjerë.

Elementi është i 20-ti më i bollshëm në koren e tokës. Metali vanadium është mjaft i rrallë në formë kristalore, por komponimet e këtij materiali gjenden në 65 minerale të ndryshme. Ekonomikisht të rëndësishme prej tyre janë patroniti (VS 4), vanadiniti (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) dhe karnotiti (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Jonet vanadil janë të bollshme në ujin e detit dhe kanë një përqendrim mesatar prej 30 nMa. Disa burime të ujit mineral përmbajnë gjithashtu këto jone në përqendrime të larta. Për shembull, burimet pranë malit Fuji përmbajnë deri në 54 µg/l.

Prodhimi

Pjesa më e madhe e këtij metali të rrallë është marrë nga magnetiti vanadium, i gjetur në shkëmbinjtë gabro magmatikë ultramafik. Lëndët e para minohen kryesisht në Afrikën e Jugut, Kinën veriperëndimore dhe Rusinë lindore. Në vitin 2013, këto vende prodhuan më shumë se 97% të të gjithë vanadiumit (79,000 tonë në peshë).

Metali është gjithashtu i pranishëm në boksitin dhe depozitat e naftës së papërpunuar, qymyrit, argjilës së naftës dhe rërës së katranit. Përqendrimet deri në 1200 ppm janë raportuar në naftën bruto. Për shkak të vetive oksiduese të vanadiumit (disa nga oksidet e tij), pas djegies së produkteve të tilla të naftës, mbetjet e elementit mund të shkaktojnë korrozion në motorë dhe kaldaja.

Rreth 110,000 tonë substancë lëshohen në atmosferë çdo vit nga djegia e lëndëve djegëse fosile. Sot po zhvillohen teknologji për nxjerrjen e substancave të vlefshme nga hidrokarburet.

Prodhimi

Vanadiumi përdoret kryesisht si një shtesë për lidhjet e çelikut të quajtura ferroaliazhe. Ferrovanadiumi prodhohet drejtpërdrejt duke reduktuar një përzierje të oksidit të vanadiumit valent (V), oksideve të hekurit dhe hekurit të pastër në një furrë elektrike.

Metali prodhohet duke përdorur një proces me shumë hapa që fillon me pjekjen e mineralit të magnetitit vanadium të bluar me shtimin e klorurit të natriumit (NaCl) ose karbonatit të natriumit (Na2CO3) në rreth 850°C për të prodhuar metavanadat natriumi (NaVO3). Një ekstrakt ujor i kësaj substance acidifikohet për të marrë një kripë polivanadate, e cila reduktohet me metal kalcium. Si një alternativë ndaj prodhimit në shkallë të vogël, pentoksidi i vanadiumit reduktohet me hidrogjen ose magnez.

Përdoren edhe shumë metoda të tjera, të cilat prodhojnë vanadium si nënprodukt të proceseve të tjera. Pastrimi i tij është i mundur duke përdorur metodën e jodit, të zhvilluar nga Anton Eduard van Arkel dhe Jan Hendrik de Boer në 1925. Ai përfshin formimin e jodidit të vanadiumit (III) dhe zbërthimin e tij pasues për të prodhuar metal të pastër:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Japonezët dolën me një mënyrë mjaft ekzotike për të marrë këtë element. Ata mbarështojnë ascidianët (një lloj chordata) në plantacione nënujore, të cilat thithin vanadiumin nga uji i detit. Më pas mblidhen dhe digjen. Nga hiri që rezulton nxirret metal i vlefshëm. Nga rruga, përqendrimi i tij në këtë rast është shumë më i lartë se në depozitat më të pasura.

aliazhet

Cilat janë lidhjet e vanadiumit? Përafërsisht 85% e metalit të rrallë të prodhuar përdoret për të prodhuar ferrovanadium ose si një shtesë për çelikun. Në fillim të shekullit të 20-të, u zbulua se edhe një sasi e vogël vanadiumi rrit ndjeshëm forcën e çelikut. Ky element formon nitride dhe karbide të qëndrueshme, gjë që çon në përmirësimin e karakteristikave të çeliqeve dhe lidhjeve.

Që nga ajo kohë, vanadiumi është përdorur në boshte, korniza, bosht me gunga, ingranazhe dhe përbërës të tjerë të rëndësishëm të automjeteve me rrota. Ekzistojnë dy grupe lidhjesh:

• Karbon i lartë me një përmbajtje prej 0,15% deri në 0,25% vanadium.
• Çeliqet e veglave me shpejtësi të lartë (HSS) që përmbajnë nga 1% deri në 5% të këtij elementi.

Fortësitë mbi HRC 60 mund të arrihen për çeliqet e klasës HSS. Ato përdoren në instrumente kirurgjikale. Në metalurgjinë pluhur, lidhjet mund të përmbajnë deri në 18% vanadium. Përmbajtja e lartë e karabit në këto aliazhe rrit ndjeshëm rezistencën ndaj konsumit. Prej tyre bëhen vegla dhe thika.

Për shkak të vetive të tij, vanadium stabilizon formën beta të titanit, rrit forcën dhe qëndrueshmërinë e temperaturës. I përzier me alumin në lidhjet e titanit, përdoret në motorët e avionëve, avionët me shpejtësi të lartë dhe implantet dentare. Lidhja më e zakonshme për tubat pa qepje është titani 3/2.5, që përmban 2.5% vanadium. Këto materiale përdoren gjerësisht në industrinë e hapësirës ajrore, të mbrojtjes dhe të biçikletave. Një tjetër aliazh i zakonshëm, i prodhuar kryesisht në fletë, është titani 6AL-4V, i cili përbëhet nga 6% alumin dhe 4% vanadium.

Disa lidhje vanadiumi shfaqin veti superpërcjellëse. Superpërcjellësi i fazës së parë A15 ishte një përbërje vanadiumi V 3 Si, e cila u mor në 1952. Shiriti i galiumit vanadium përdoret në magnet superpërçues. Struktura e fazës superpërcjellëse A15 V 3 Ga është e ngjashme me strukturën e superpërcjellësve më të zakonshëm: stannidi i triniobit (Nb 3 Sn) dhe titan niobiumit (Nb 3 Ti).

Kohët e fundit, shkencëtarët kanë zbuluar se në mesjetë, sasi të vogla vanadiumi (nga 40 në 270 pjesë për milion) u shtuan në disa mostra të Damaskut dhe çelikut damask. Kjo përmirësoi vetitë e teheve. Megjithatë, është e paqartë se ku dhe si është nxjerrë metali i rrallë. Ndoshta ishte pjesë e disa xeheroreve.

Aplikacion

Përveç metalurgjisë, vanadiumi përdoret për aplikime të tjera. Seksioni kryq i kapjes së neutronit termik dhe gjysma e shkurtër e izotopeve të prodhuara nga kapja e neutronit e bëjnë metalin një material të përshtatshëm për përdorim brenda një reaktori shkrirje.

Oksidi më i zakonshëm i vanadiumit, pentoksidi V 2 O 5, përdoret si katalizator në prodhimin e acidit sulfurik dhe si agjent oksidues në prodhimin e anhidrit maleik. Shkuma e vanadiumit përdoret në prodhimin e produkteve qeramike.

Metali është një komponent i rëndësishëm i katalizatorëve të përzier të oksidit të metalit të përdorur në oksidimin e propanit dhe propilenit në akroleinë, acid akrilik ose amooksidimin e propilenit në akrilonitril. Një tjetër oksid vanadiumi, dioksidi VO 2, përdoret në prodhimin e veshjeve të qelqit që bllokojnë rrezatimin infra të kuqe në temperatura të caktuara.

Një bateri redoks vanadiumi është një qelizë voltaike e përbërë nga jone ujore të vanadiumit në gjendje të ndryshme oksidimi. Bateritë e këtij lloji u propozuan për herë të parë në vitet 1930, dhe përdorimi komercial filloi në vitet 1980. Vanadate mund të përdoret për të mbrojtur çelikun nga korrozioni.

Vanadiumi është i rëndësishëm për shëndetin e njeriut. Ndihmon në rregullimin e metabolizmit të karbonit dhe lipideve dhe është i përfshirë në prodhimin e energjisë. Rekomandohet të konsumoni 6-63 mcg në ditë (të dhënat e OBSH) të substancës nga ushqimi. Është mjaft i mjaftueshëm në drithëra, bishtajore, perime, barishte dhe fruta.