Hem » direktör, rektor

Vanadin kemisk formel. Vanadin: egenskaper, atommassa, formel, tillämpning. Stålparti av elementet

DEFINITION

Vanadinär belägen i den fjärde perioden i grupp V i den sekundära (B) undergruppen av det periodiska systemet.

Avser delar av d-familjen. Metall. Beteckning - V. Ordningsnummer - 23. Relativ atommassa - 50.941 a.m.u.

Elektronisk struktur av vanadinatomen

Vanadinatomen består av en positivt laddad kärna (+23), inuti vilken det finns 23 protoner och 28 neutroner, och 23 elektroner rör sig i fyra banor.

Figur 1. Schematisk struktur av vanadinatomen.

Fördelningen av elektroner i orbitaler är följande:

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

Vanadinatomens yttre energinivå innehåller 5 elektroner, som är valens. Oxidationstillståndet för kalcium är +5. Energidiagrammet för grundtillståndet har följande form:

Utifrån diagrammet kan man hävda att vanadin också har ett oxidationstillstånd på +3.

Exempel på problemlösning

EXEMPEL 1

Träning Rita fördelningen av elektroner över energinivåer och undernivåer i kisel- och vanadinatomer. Vilka typer av grundämnen i termer av atomstruktur tillhör de?
Svar Silikon:

14 Si) 2) 8) 4;

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

Vanadin:

23 V) 2) 8) 11) 2 ;

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

Kisel tillhör familjen sid- och vanadin d-element.

Vanadin

VANADIUM-Jag; m.[lat. Vanadin från Nord.] Ett kemiskt grundämne (V), en ljusgrå hårdmetall som används för att tillverka värdefulla stålkvaliteter. ● Den är uppkallad efter den nordiska skönhetsgudinnan Vanadis på grund av den vackra färgen på dess salter.

◁ Vanadin, th, th. V-te malmer. V-te stål.

vanadin

(lat. Vanadin), ett kemiskt element i grupp V i det periodiska systemet. Namnet kommer från den fornnordiska skönhetsgudinnan Vanadis. Hårdmetall i grått stål. Densitet 6,11 g/cm 3, t pl 1920°C. Motståndskraftig mot vatten och många syror. Dispergerat i jordskorpan, ofta tillsammans med järn (järnmalmer är en viktig industriell källa till vanadin). En legeringskomponent av konstruktionsstål och legeringar som används inom flyg- och rymdteknik, marin skeppsbyggnad, en komponent av supraledande legeringar. Vanadinföreningar används inom textil-, färg- och lackindustrin samt glasindustrin.

VANADIUM

VANADIUM (lat. Vanadin), V (läs "vanadin"), ett kemiskt grundämne med atomnummer 23, atommassa 50,9415. Naturligt vanadin är en blandning av två nuklider (centimeter. NUKLID): stabil 51 V (99,76 viktprocent) och svagt radioaktiv 52 V (halveringstid mer än 3,9 10 17 år). Konfiguration av två yttre elektronlager 3 s 2 sid 6 d 3 4s 2 . I det periodiska systemet av Mendeleev är det beläget i den fjärde perioden i gruppen VB. Vanadin bildar föreningar i oxidationstillstånd från +2 till +5 (valenser från II till V).
Radien för den neutrala vanadinatomen är 0,134 nm, radien för V2+-jonerna är 0,093 nm, V3+ är 0,078 nm, V4+ är 0,067-0,086 nm, V5+ är 0,050-0,068. Energierna för successiv jonisering av vanadinatomen är 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 och 65,2 eV. På Pauling-skalan är vanadinets elektronegativitet 1,63.
I den fria formen - en blank silvergrå metall.
Upptäcktshistoria
Vanadin upptäcktes 1801 av den mexikanske mineralogen A. M. del Río som en blandning i blymalm från en gruva i Zimapan. Del Rio kallade det nya grundämnet erythronium (från grekiskans erythros, röd) på grund av den röda färgen på dess föreningar. Men senare bestämde han sig för att han inte upptäckt ett nytt grundämne, utan en mängd krom, upptäckt fyra år tidigare och fortfarande nästan outforskad. 1830 tog den tyske kemisten F. Wehler upp det mexikanska mineralet. (centimeter. Wehler Friedrich) Men efter att ha blivit förgiftad av fluorväte stoppade han forskningen i flera månader. Samma år har den svenske kemisten N. Sefström (centimeter. SEFSTRAM Nils Gabriel) uppmärksammade förekomsten av föroreningar i järnmalm, i vilken det, tillsammans med de kända grundämnena, visade sig vara något nytt ämne. Som ett resultat av analys i laboratoriet av J. Berzelius (centimeter. BERZELIUS Jens Jacob) det har bevisats att ett nytt element har upptäckts. Detta element bildar föreningar med vacker färg, därav namnet på elementet som är associerat med namnet på den skandinaviska skönhetsgudinnan Vanadis. År 1831 bevisade Wöhler identiteten för erytronium och vanadin, men grundämnet behöll det namn som Sefström och Berzelius gav det.
Att vara i naturen
I naturen förekommer vanadin inte i fri form, det tillhör spårämnen. (centimeter. SPÅRELEMENT). Halten vanadin i jordskorpan är 1,6 10 -2 viktprocent, i havens vatten 3,10 -7 %. De viktigaste mineralerna är patronit V(S 2) 2 , vanadinite Pb 5 (VO 4) 3 Cl och några andra. Den huvudsakliga källan till vanadin är järnmalm som innehåller vanadin som en förorening.
Mottagande
Inom industrin, när vanadin erhålls från järnmalm med dess inblandning, bereds först ett koncentrat, i vilket vanadinhalten når 8-16%. Vidare, genom oxidativ behandling, överförs vanadin till det högsta oxidationstillståndet på +5 och det lätt vattenlösliga natriumvanadatet NaVO 3 separeras. När lösningen surgörs med svavelsyra bildas en fällning, som efter torkning innehåller mer än 90 % vanadin.
Primärkoncentratet reduceras i masugnar och ett vanadinkoncentrat erhålls, som sedan används vid smältning av en legering av vanadin och järn - det så kallade ferrovanadiumet (innehåller från 35 till 70 % vanadin). Vanadinmetall kan framställas genom reduktion av vanadinklorid med väte, kalcium-termisk reduktion av vanadinoxider (V 2 O 5 eller V 2 O 3), termisk dissociation av VI 2 och andra metoder.
Fysiska och kemiska egenskaper
Vanadin liknar stål till utseendet, det är ganska hårt, men samtidigt seg metall. Smältpunkt 1920°C, kokpunkt ca 3400°C, densitet 6,11 g/cm 3. Kristallgittret är kubiskt kroppscentrerat, parameter a=0,3024 nm.
Kemiskt är vanadin ganska inert. Det är resistent mot havsvatten, utspädda lösningar av saltsyra, salpetersyra och svavelsyra, alkalier. Vanadin bildar flera oxider med syre: VO, V 2 O 3 , V 3 O 5 , VO 2 , V 2 O 5 . Orange V 2 O 5 är en sur oxid, mörkblå VO 2 är amfoter, resten av vanadinoxiderna är basiska. Med halogener bildar vanadin halogenider av kompositionerna VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 och flera oxohalider (VOCl, VOCl 2, VOF 3 , etc...).
Vanadinföreningar i oxidationstillstånd +2 och +3 är starka reduktionsmedel, i oxidationstillstånd +5 uppvisar de egenskaperna hos oxidationsmedel. Känd eldfast vanadinkarbid VC (t pl =2800 °C), vanadinnitrid VN, vanadinsulfid V2S5, vanadinsilicid V3Si och andra vanadinföreningar.
När V 2 O 5 interagerar med basiska oxider bildas vanadat (centimeter. VANADATES)- salter av vanadinsyra med den troliga sammansättningen H 2 .
Ansökan
Vanadin används främst som legeringstillsats vid tillverkning av slitstarka, värmebeständiga och korrosionsbeständiga legeringar (särskilt specialstål), som en komponent vid tillverkning av magneter. Vanadinoxid V2O5 fungerar som en effektiv katalysator, till exempel vid oxidation av svaveldioxid SO2 till svavelgas SO3 vid framställning av svavelsyra. Vanadinföreningar hittar en mängd olika tillämpningar inom olika industrier (textil, glas, färg och lack, etc.).
Biologisk roll
Vanadin är ständigt närvarande i alla organismers vävnader i spårmängder. I växter är dess innehåll (0,1-0,2%) betydligt högre än hos djur (1 10 -5 -1 10 -4 %). Vissa marina organismer - bryozoer, blötdjur och särskilt ascidier - kan koncentrera vanadin i betydande mängder (hos ascidianer finns vanadin i blodplasma eller speciella celler - vanadocyter). Tydligen är vanadin involverad i vissa oxidativa processer i vävnader. Mänsklig muskelvävnad innehåller 2 10 - 6% vanadin, benvävnad - 0,35 10 - 6%, i blodet - mindre än 2 10 - 4% mg / l. Totalt innehåller kroppen hos en genomsnittlig person (kroppsvikt 70 kg) 0,11 mg vanadin. Vanadin och dess föreningar är giftiga. Den toxiska dosen för människor är 0,25 mg, den dödliga dosen är 2-4 mg. För V 2 O 5 är MPC i luften 0,1-0,5 mg/m 3.

encyklopedisk ordbok. 2009 .

Synonymer:

Se vad "vanadium" är i andra ordböcker:

    - (lat. vanadin). Bräcklig metall, vit, upptäckt 1830 och uppkallad efter den skandinaviska gudomen Vanadium. Ordbok med främmande ord som ingår i det ryska språket. Chudinov A.N., 1910. VANADIUM lat. vanadin, som heter Vanadia, ... ... Ordbok med främmande ord i ryska språket

    - (kemiskt värde V, atomvikt 51) ett kemiskt grundämne som liknar föreningar med fosfor och kväve. V:s förbindelser träffas ganska ofta, ehuru i försumbart små mängder, i järnmalmer och några leror; vid bearbetning av vanadiska järnmalmer, V. del ... ... Encyclopedia of Brockhaus and Efron

    Vanad ordbok för ryska synonymer. vanadin n., antal synonymer: 2 vanadin (1) element ... Synonym ordbok

    VANADIUM- VANADIUM, kemi. tecken V, kl. V. 51,0, hård, fjädrande stålfärgad metall, smältpunkt 1715°, sp. vikt 5.688. V:s förbindelser är till sin natur vitt spridda. Dessa föreningar är gifter, inte sämre i styrka än de av arsenik; de har…… Big Medical Encyclopedia

    - (Vanadium), V, ett kemiskt element i grupp V i det periodiska systemet, atomnummer 23, atommassa 50,9415; metall, smp 1920shC. Används för legering av stål och gjutjärn, som en komponent av värmebeständiga, hårda och korrosionsbeständiga legeringar, som ... Modern Encyclopedia

    - (lat. Vanadium) V, ett kemiskt element i grupp V i det periodiska systemet, atomnummer 23, atommassa 50,9415. Namnet kommer från den fornnordiska skönhetsgudinnan Vanadis. Grå stål hårdmetall. Densitet 6,11 g/cm³, smp 1920 .C.… … Stor encyklopedisk ordbok

    - (symbol V), ÖVERGÅNGSELEMENT, upptäckt 1801. Silvervit, formbar, trögflytande metall. Finns i järn-, bly- och uranmalmer, samt i kol och olja. Används i stållegeringar för att öka styrkan och värmebeständigheten. ... ... Vetenskaplig och teknisk encyklopedisk ordbok Physical Encyclopedia

    vanadin- V Element i V-gruppen Periodisk. system; på. n. 23, kl. m. 50,942; stålgrå metall. Natural V består av två isotoper: 51V (99,75%) och 50V (0,25%). V upptäcktes 1801 av Mex. mineralogen A. M. del Rio. I balen. skala V … … Teknisk översättarhandbok

Vanadin(vanadin), v, kemiskt element av grupp v i Mendeleevs periodiska system; atomnummer 23, atommassa 50,942; stålgrå metall. Naturlig V. består av två isotoper: 51 v (99,75%) och 50 v (0,25%); den senare är svagt radioaktiv (halveringstid T 1/2 = 10 14 år). V. upptäcktes 1801 av den mexikanske mineralogen A. M. del Rio i mexikansk brun blymalm och fick namn efter de uppvärmda salternas vackra röda färg, erythronium (från grekiskans erythr o s, röd). År 1830 upptäckte den svenske kemisten N. G. Sefström ett nytt grundämne i järnmalm från Taberg (Sverige) och gav det namnet B. för att hedra Vanadis, den fornnordiska skönhetsgudinnan. År 1869 erhöll den engelske kemisten H. Roscoe pulverformig metall V. genom att reducera vcl 2 med väte. V. har brutits i industriell skala sedan början av 1900-talet.

Innehållet av V. i jordskorpan är 1,5-10 -2 viktprocent, detta är ett ganska vanligt grundämne, men utspridda i stenar och mineraler. Patronit, roscoelit, dekloisit, karnotit, vanadinit och några andra mineraler är av industriell betydelse Titan-magnetit och sedimentära (fosfor) järnmalmer, samt oxiderade koppar-bly-zink malmer, är en viktig källa till diamanter. V. utvinns som en biprodukt vid bearbetning av uranråvaror, fosforiter, bauxiter och olika organiska avlagringar (asfaltiter, oljeskiffer).

Fysiska och kemiska egenskaper. V. har ett kroppscentrerat kubiskt gitter med perioden a = 3,0282 å. I sitt rena tillstånd är V. smidd och kan lätt bearbetas med tryck. Densitet 6,11 G/ centimeter 3 , t pl 1900 ± 25°С, t kip 3400°С; specifik värmekapacitet (vid 20-100°C) 0,120 avföring/ ggrad; termisk linjär expansionskoefficient (vid 20-1000°C) 10,6 10 -6 hagel-1, elektrisk resistivitet vid 20 °C 24,8 10 -8 ohm· m(24,8 10 -6 ohm· centimeter), under 4,5 K V. går in i ett tillstånd av supraledning. Mekaniska egenskaper hos hög renhet V. efter glödgning: elasticitetsmodul 135,25 n/ m 2 (13520 kgf/ mm 2), draghållfasthet 120 nm/ m 2 (12 kgf/ mm 2), töjning 17 %, Brinell hårdhet 700 pl/ m 2 (70 kgf/ mm 2). Gasföroreningar minskar kraftigt ullens plasticitet och ökar dess hårdhet och sprödhet.

Vid vanliga temperaturer påverkas V. inte av luft, havsvatten och alkalilösningar; resistent mot icke-oxiderande syror, med undantag för fluorväte. När det gäller korrosionsbeständighet i salt- och svavelsyror är titan avsevärt överlägset titan och rostfritt stål. Vid uppvärmning i luft över 300°C absorberar ull syre och blir spröd. Vid 600-700°C oxideras V. intensivt med bildning av v 2 o 5 pentoxid, samt lägre oxider. När V. värms över 700 ° C i en ström av kväve, bildas nitrid vn ( t pl 2050°C), stabil i vatten och syror. V. interagerar med kol vid höga temperaturer, vilket ger eldfast karbid vc ( t pl 2800°C) med hög hårdhet.

V. ger föreningar som motsvarar valenserna 2, 3, 4 och 5; följaktligen är oxider kända: vo och v 2 o 3 (som har en grundläggande karaktär), vo 2 (amfotär) och v 2 o 5 (sur). Föreningar av 2- och 3-valent V. är instabila och är starka reduktionsmedel. Föreningar med högre valens är av praktisk betydelse. V:s benägenhet att bilda föreningar med olika valens används inom analytisk kemi och bestämmer även de katalytiska egenskaperna hos v 2 o 5. V. pentoxid löses i alkalier med bildningen vanadater.

Kvitto och ansökan. För utvinning av V. används följande: direkt urlakning av malm eller malmkoncentrat med lösningar av syror och alkalier; rostning av råvaran (ofta med nacl-tillsatser) följt av urlakning av den rostade produkten med vatten eller utspädda syror. Hydraterad pentoxid V isoleras från lösningar genom hydrolys (vid pH = 1-3) När vanadinhaltiga järnmalmer smälts i en masugn övergår V. till gjutjärn, vid vilkens bearbetning slagg innehållande 10-16 % v. 2 o 5 erhålls till stål. Vanadinslagg rostas med bordssalt. Det brända materialet lakas med vatten och sedan med utspädd svavelsyra. V 2 o 5 isoleras från lösningar. Den senare tjänar till att smälta ferrovanadium(järnlegeringar med 35-70 % vikt) och erhållande av metalliskt W. och dess föreningar. Formbar metallisk V. erhålls genom kalcium-termisk reduktion av ren v 2 o 5 eller v 2 o 3; återvinning v 2 o 5 aluminium; vakuum kol termisk reduktion v 2 o 3 ; magnesium termisk reduktion vcl3; termisk dissociation av jodid B. B. smälts i vakuumbågsugnar med en förbrukningsbar elektrod och i elektronstråleugnar.

Järnmetallurgi är den största konsumenten i Storbritannien (upp till 95 % av all metall som produceras). V. är en del av snabbstål, dess substitut, låglegerade verktyg och vissa konstruktionsstål. Med införandet av 0,15-0,25% V. ökar styrkan, segheten, utmattningsbeständigheten och slitstyrkan hos stål kraftigt. V., införd i stål, är både ett deoxiderande och karbidbildande element. Vetekarbider, som distribueras i form av spridda inneslutningar, förhindrar korntillväxt när stålet värms upp. V. införs i stål i form av en ligaturlegering - ferrovanadium. V. används även för legering av gjutjärn. En ny konsument av titanlegeringar är den snabbt växande industrin för titanlegeringar; Vissa titanlegeringar innehåller upp till 13 % B. Legeringar baserade på niob, krom och tantal innehållande B-tillsatser har funnits tillämpliga inom flyg, raketer och andra teknikområden. Värmebeständiga och korrosionsbeständiga legeringar baserade på B. med tillägg av ti, nb , w, zr och al, som förväntas användas inom flyg-, raket- och kärnteknik. Av intresse är de supraledande legeringarna och föreningarna av B. med ga, si och ti.

Ren metallisk V. används inom kärnkraftsindustrin (skal för bränsleelement, rör) och vid tillverkning av elektroniska apparater.

V. föreningar används inom den kemiska industrin som katalysatorer, inom jordbruk och medicin, inom textil-, färg- och lackindustrin, gummi-, keramik-, glas-, foto- och filmindustrin.

V:s förbindelser är giftiga. Förgiftning är möjlig genom inandning av damm som innehåller föreningar B. De orsakar irritation av luftvägarna, lungblödningar, yrsel, störningar i hjärtats, njurarnas aktivitet, etc.

B. i kroppen. V. är en permanent komponent i växt- och djurorganismer. V:s källa är magmatiska bergarter och skiffer (innehållande ca 0,013 % V.), samt sandstenar och kalkstenar (ca 0,002 % V.). I jordarna i V. ca 0,01 % (huvudsakligen i humus); i söt- och havsvatten 1 10 7 -2 10 7%. Hos land- och vattenväxter är halten av V. mycket högre (0,16-0,2%) än hos land- och havsdjur (1,5 10 -5 -2 10 -4%). V:s koncentratorer är: mossan plumatella, blötdjuret pleurobranchus plumula, sjögurkan stichopus mobii, några ascidier, från mögelsvampar - svart aspergillus, från svampar - paddsvamp (amanita muscaria). Den biologiska rollen för V. studerades på ascidianer, i blodkropparna av vilka V. är i det 3- och 4-valenta tillståndet, det vill säga det finns en dynamisk balans.

V.s fysiologiska roll i ascidia är inte förknippad med överföring av syre och koldioxid i andningsvägarna, utan med redoxprocesser - överföring av elektroner med hjälp av det så kallade vanadinsystemet, vilket förmodligen har fysiologisk betydelse även i andra organismer.

Belyst.: Meyerson G. A., Zelikman A. N., Metallurgy of rare metals, M., 1955; Polyakov A. Yu., Fundamentals of vanadium metallurgy, M., 1959; Rostoker U., Vanadinets metallurgi, övers. från English, M., 1959; Kieffer p., Brown H., Vanadium, niob, tantal, trans. från German., M., 1968; Handbok för sällsynta metaller, [övers. från engelska], M., 1965, sid. 98-121; Eldfasta material inom maskinteknik. Handbook, M., 1967, sid. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Vanadinets biologiska roll vid ascidia, "Advances in modern biology", 1965, vol. 60, ca. 1(4); Bowen H.j. M., spårämnen i biokemi, l. - n. år, 1966.

I. Romankov. V. V. Kovalsky.

Vanadin är ett kemiskt element som representeras av symbolen "V". Atommassan för vanadin är 50,9415 amu. e. m., atomnummer - 23. Det är en solid silvergrå, formbar och smältbar metall, som sällan finns i naturen. Det finns i över 60 mineraler och kan till och med finnas i fossila bränslen.

Okänd upptäckt

Metallen vanadin upptäcktes först av den spanskfödde mexikanske mineralogen Andrés Manuel Del Río 1801. En forskare har extraherat ett nytt element från ett prov av brun blymalm som bryts i Mexiko. Som det visade sig har metallsalter en mängd olika färger, så Del Rio kallade det ursprungligen "panchromium" (från grekiskan "παγχρώμιο" - "färgstark").

Senare döpte mineralogen om grundämnet erythronium (från grekiskan "ερυθρός" - "rött"), eftersom de flesta av salterna blev röda vid upphettning. Det verkar som om otrolig tur log mot en föga känd vetenskapsman i Europa. Upptäckten av ett nytt kemiskt element, vanadin, lovade, om inte berömmelse, så åtminstone erkännande av kollegor. Men på grund av bristen på betydande auktoritet i den vetenskapliga världen ignorerades mexikanens prestation.

År 1805 föreslog den franske kemisten Hippolyte Victor Collet-Decotyls att det nya grundämnet Del Rio hade utforskat bara var ett prov av blykromat med föroreningar. I slutändan accepterade den mexikanska forskaren, för att inte helt tappa ansiktet inför det vetenskapliga brödraskapet, Collet-Decotils uttalande och övergav sin upptäckt. Men hans prestation har inte sjunkit i glömska. Idag är Andres Manuel Del Rio erkänd som upptäckaren av den sällsynta metallen.

Återöppning

År 1831 återupptäckte svensken Niels Gabriel Sefström det kemiska grundämnet vanadin i den oxid han fick under arbetet med järnmalm. Som dess beteckning valde vetenskapsmannen bokstaven "V", som ännu inte har tilldelats något element. Sefström döpte den nya metallen på grund av dess vackra och rika färg, efter den fornnordiska skönhetsgudinnan Vanadis.

Nyheten väckte ett ökat intresse i vetenskapssamfundet. De mindes genast den mexikanska mineralogens arbete. Även 1831 kontrollerade och bekräftade Friedrich Wöhler Del Rios tidigare upptäckt. Och geologen George William Featherstonhaup föreslog till och med att metallen skulle döpas till "rionium" för att hedra upptäckaren, men initiativet stöddes inte.

Svårfångad

Isoleringen av vanadinmetall i dess rena form visade sig vara svår. Innan dess arbetade forskare bara med dess salter. Det är därför de verkliga egenskaperna hos vanadin var okända. 1831 rapporterade Berzelius att han fick ett metalliserat ämne, men Henry Enfield Roscoe bevisade att Berzelius faktiskt producerade vanadinnitrid (VN). Roscoe producerade till slut metallen 1867 genom att reducera vanadinklorid (VCl 2 ) med väte. Sedan 1927 har ren vanadin erhållits genom reduktion av vanadinpentoxid med deltagande av kalcium.

Den första seriella industriella användningen av elementet går tillbaka till 1905. Metallen lades till stållegering för racingbilschassier och senare till Ford Model T. Vanadinets egenskaper minskar vikten på strukturen samtidigt som draghållfastheten ökar. Förresten upptäckte den tyske kemisten Martin Henze vanadin i blodcellerna (eller coelomiska cellerna) i det marina livet - accidia - 1911.

Fysikaliska egenskaper

Vanadin är en formbar gråblå metall med medelhårdhet med en stålglans och en densitet på 6,11 g/cm³. Vissa källor beskriver materialet som mjukt, med hänvisning till dess höga duktilitet. Kristallstrukturen hos elementet är mer komplex än de flesta metaller och stål.

Vanadin har god motståndskraft mot korrosion, alkali, svavelsyra och saltsyra. Den oxiderar i luft vid cirka 660°C (933K, 1220°F), även om passivering av oxiden sker även vid rumstemperatur. Detta material smälter när temperaturen når 1920°C, och vid 3400°C kokar det.

Kemiska egenskaper

Vanadin under inverkan av syre bildar fyra typer av oxider:

Vanadinföreningar av typ (II) är reduktionsmedel och föreningar av typ (V) är oxidationsmedel. Föreningar (IV) existerar ofta som derivat av vanadylkatjonen.

Oxid

Den kommersiellt viktigaste föreningen är vanadinpentoxid. Det är ett brungult fast ämne, även om färgen är mörkorange när den nyfällts ut från vattenlösning.

Oxiden används som katalysator för att producera svavelsyra. Denna förening oxiderar svaveldioxid (SO 2) till trioxid (SO 3). I denna redoxreaktion oxideras svavel från +4 till +6, och vanadin reduceras från +5 till +4. Formeln för vanadin är följande:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Katalysatorn regenereras genom syreoxidation:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Liknande oxidationsprocesser används vid framställning av maleinsyraanhydrid, ftalsyraanhydrid och flera andra organiska bulkföreningar.

Denna oxid används också vid tillverkning av ferrovanadium. Den värms upp med järn och ferrokisel med tillsats av kalk. När aluminium används erhålls en järn-vanadinlegering tillsammans med aluminiumoxid som biprodukt. På grund av den höga termiska motståndskoefficienten används vanadin(V)oxid som detektormaterial i bolometrar och mikrobolometriska arrayer i värmeavbildningsenheter.

Egenskaper

En sällsynt metall har följande egenskaper:

  • Kristallstruktur: kubisk kroppscentrerad.
  • Ljudledningsförmåga: 4560 m/s (vid 20°C).
  • Valens av vanadin: V (sällan IV, III, II).
  • Termisk expansion: 8,4 µm/(m·K) (vid 25°C).
  • Värmeledningsförmåga: 30,7 W/(m K).
  • Elektriskt motstånd: 197 nΩ m (vid 20°C).
  • Magnetism: paramagnetisk.
  • Magnetisk känslighet: +255·10 -6 cm 3 /mol (298K).
  • Elasticitetsmodul: 128 GPa.
  • Skjuvmodul: 47 GPa.
  • Bulk elasticitetsmodul: 160 GPa.
  • Poissons förhållande: 0,37.
  • Mohs hårdhet: 6,7.
  • Vickers hårdhet: 628-640 MPa.
  • Brinell hårdhet: 600-742 MPa.
  • Elementkategori: övergångsmetall.
  • Elektronisk konfiguration: 3d 3 4s 2 .
  • Smältvärme: 21,5 kJ/mol.
  • Förångningsvärme: 444 kJ/mol.
  • Molär värmekapacitet: 24,89 J / (mol K).

Vanadin i det periodiska systemet är i den 5:e gruppen (vanadinundergrupp), 4:e period, d-block.

Spridning

Vanadin på universums skala är ungefär 0,0001 % av den totala materiavolymen. Det är lika vanligt som koppar och zink. Metallen finns i solens och andra stjärnors spektralsken.

Grundämnet är det 20:e vanligaste grundämnet i jordskorpan. Metallen vanadin i kristallin form är ganska sällsynt, men föreningar av detta material finns i 65 olika mineraler. Ekonomiskt betydelsefulla av dem är patronit (VS 4), vanadinit (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) och karnotit (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Vanadyljoner finns rikligt i havsvatten och har en genomsnittlig koncentration på 30 nM. Vissa mineralvattenkällor innehåller också höga koncentrationer av dessa joner. Till exempel innehåller källor nära berget Fuji upp till 54 µg/l.

Brytning

Det mesta av denna sällsynta metall kommer från vanadinmagnetit som finns i ultramafiska magmatiska gabbrostenar. Råvaran bryts främst i Sydafrika, nordvästra Kina och östra Ryssland. Under 2013 producerade dessa länder mer än 97 % av allt vanadin (79 000 ton i vikt).

Metallen finns också i bauxiter och avlagringar av råolja, kol, oljeskiffer och tjärsand. I råolja har koncentrationer upp till 1200 ppm rapporterats. På grund av de oxiderande egenskaperna hos vanadin (några av dess oxider), efter förbränning av sådana petroleumprodukter, kan rester av elementet orsaka korrosion i motorer och pannor.

Uppskattningsvis 110 000 ton av ämnet kommer ut i atmosfären varje år genom förbränning av fossila bränslen. Idag utvecklas tekniker för att utvinna värdefulla ämnen ur kolväten.

Produktion

Vanadin används främst som tillsats i stållegeringar som kallas ferrolegeringar. Ferrovanadium erhålls direkt genom att reducera en blandning av vanadinoxid med valens (V), järnoxider och rent järn i en elektrisk ugn.

Metallen erhålls genom en flerstegsprocess som börjar med rostning av krossad vanadin-magnetitmalm med tillsats av natriumklorid (NaCl) eller natriumkarbonat (Na 2 CO 3) vid en temperatur av cirka 850 ° C för att erhålla natrium metavanadat (NaVO 3). Ett vattenhaltigt extrakt av detta ämne surgörs, vilket ger ett polyvanadatsalt, som reduceras av en kalciummetall. Som ett alternativ till småskalig produktion reduceras vanadinpentoxid med väte eller magnesium.

Många andra metoder används också, som alla producerar vanadin som en biprodukt av andra processer. Dess rening är möjlig genom jodidmetoden som utvecklades av Anton Eduard van Arkel och Jan Hendrik de Bor 1925. Det innebär bildandet av vanadin(III)jodid och dess efterföljande sönderdelning för att erhålla ren metall:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Ett ganska exotiskt sätt att få detta element uppfanns av japanerna. De föder upp havssprutor (en typ av chordater) i undervattensplantager, som absorberar vanadin från havsvatten. Sedan samlas de upp och bränns. Värdefull metall utvinns från den resulterande askan. Förresten, dess koncentration i det här fallet är mycket högre än i de rikaste fyndigheterna.

Legeringar

Vad är vanadinlegeringar? Cirka 85 % av den sällsynta metallen som produceras används för att tillverka ferrovanadium eller som tillsats till stål. I början av 1900-talet upptäcktes att även en liten mängd vanadin avsevärt ökar stålets hållfasthet. Detta element bildar stabila nitrider och karbider, vilket leder till förbättrade egenskaper hos stål och legeringar.

Sedan dess har användningen av vanadin i axlar, ramar, vevaxlar, växlar och andra viktiga komponenter i hjulförsedda fordon noterats. Det finns två grupper av legeringar:

  • Högkolhaltig med en halt på 0,15 % till 0,25 % vanadin.
  • Höghastighetsverktygsstål (HSS) med en halt på 1 % till 5 % av detta element.

För HSS-stål kan hårdheter över HRC 60 uppnås.De används i kirurgiska instrument. I pulvermetallurgi kan legeringar innehålla upp till 18% vanadin. Det höga innehållet av karbider i dessa legeringar förbättrar avsevärt slitstyrkan. De gör verktyg och knivar.

På grund av dess egenskaper stabiliserar vanadin betaformen av titan, ökar dess styrka och temperaturstabilitet. Blandat med aluminium i titanlegeringar används det i jetmotorer, höghastighetsflygplan och tandimplantat. Den vanligaste legeringen för sömlösa rör är titan 3/2,5 innehållande 2,5 % vanadin. Dessa material används i stor utsträckning inom flyg-, försvars- och cykelindustrin. En annan vanlig legering, främst tillverkad i plåt, är titan 6AL-4V, där 6% aluminium och 4% vanadin.

Flera vanadinlegeringar uppvisar supraledande egenskaper. Den första fasens supraledare A15 var en vanadinförening V 3 Si, som erhölls 1952. Vanadin galliumtejp används i supraledande magneter. Strukturen för den supraledande fasen A15 V 3 Ga liknar strukturen hos vanligare supraledare: triniobstannid (Nb 3 Sn) och niob-titan (Nb 3 Ti).

Nyligen har forskare funnit att under medeltiden tillsattes en liten mängd vanadin (från 40 till 270 delar per miljon) till några prover av Damaskus och damaskstål. Detta förbättrade bladens egenskaper. Det är dock oklart var och hur den sällsynta metallen bröts. Det kan ha varit en del av några malmer.

Ansökan

Förutom metallurgi används vanadin även för andra applikationer. Det termiska neutroninfångningstvärsnittet och den korta halveringstiden för de isotoper som produceras av neutroninfångning gör denna metall till ett lämpligt material för användning inuti en fusionsreaktor.

Den vanligaste vanadinoxiden, V 2 O 5 pentoxid, används som katalysator vid framställning av svavelsyra och som oxidationsmedel vid framställning av maleinsyraanhydrid. Vanadinoxid används vid tillverkning av keramiska produkter.

Metallen är en viktig komponent i blandade metalloxidkatalysatorer som används vid oxidation av propan och propen till akrolein, akrylsyra eller ammoxidation av propen till akrylnitril. En annan vanadinoxid, VO2-dioxid, används vid tillverkning av glasbeläggningar som blockerar infraröd strålning vid en viss temperatur.

Ett vanadinredoxbatteri är en galvanisk cell som består av vattenhaltiga vanadinjoner i olika oxidationstillstånd. Batterier av denna typ föreslogs först på 1930-talet och kommersiell användning började på 1980-talet. Vanadat kan användas för att skydda stål från korrosion.

Vanadin är viktigt för människors hälsa. Det hjälper till att reglera kol- och lipidmetabolismen och är involverad i energiproduktionen. Det rekommenderas att konsumera 6-63 mcg per dag (WHO-data) av ett ämne som följer med maten. Det är ganska tillräckligt i spannmål, baljväxter, grönsaker, örter, frukt.