TANIM
Vanadyum Periyodik tablonun ikincil (B) alt grubunun V grubunun dördüncü periyodunda yer alır.
D-ailesinin elemanlarını ifade eder. Metal. Tanım - V. Seri numarası - 23. Bağıl atom kütlesi - 50,941 amu.
Vanadyum atomunun elektronik yapısı
Vanadyum atomu, içinde 23 proton ve 28 nötronun bulunduğu pozitif yüklü bir çekirdekten (+23) oluşur ve 23 elektron dört yörüngede hareket eder.
Şekil 1. Vanadyum atomunun şematik yapısı.
Elektronların yörüngeler arasındaki dağılımı aşağıdaki gibidir:
1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 3 4S 2 .
Vanadyum atomunun dış enerji seviyesi değerlik elektronları olan 5 elektron içerir. Kalsiyumun oksidasyon durumu +5'tir. Temel durumun enerji diyagramı aşağıdaki formu alır:
Diyagrama dayanarak vanadyumun da +3 oksidasyon durumuna sahip olduğu söylenebilir.
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
| Egzersiz yapmak | Silikon ve vanadyum atomlarındaki enerji düzeyleri ve alt düzeylerdeki elektronların dağılımını çizin. Atomik yapı bakımından hangi tür elementlere aittirler? |
| Cevap | Silikon: 14Si)2)8)4; 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2 . Vanadyum: 23 V) 2) 8) 11)2; 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 3 4S 2 . Silikon aileye aittir P- ve vanadyum D-elementler. |
Vanadyum
VANADYUM-BEN; M.[enlem. Eski Scand'den Vanadyum.] Değerli çelik kalitelerinin yapımında kullanılan, açık gri renkli sert bir metal olan kimyasal element (V). ● Tuzlarının güzel rengi nedeniyle Eski İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'in adını almıştır.
◁ Vanadyum, -aya, -oh. İkinci cevherler. İkinci çelik.
vanadyum(lat. Vanadyum), periyodik tablonun V grubunun kimyasal elementi. Adı, Eski İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'ten geliyor. Çelik grisi sert metal. Yoğunluk 6,11 g/cm3 T pl 1920°C. Suya ve birçok asitlere karşı dayanıklıdır. Yerkabuğunda dağılmıştır ve sıklıkla demire eşlik eder (demir cevherleri önemli bir endüstriyel vanadyum kaynağıdır). Havacılık ve uzay teknolojisinde, deniz gemi yapımında kullanılan yapısal çeliklerin ve alaşımların alaşım bileşeni, süper iletken alaşımların bileşeni. Vanadyum bileşikleri tekstil, boya, vernik ve cam endüstrilerinde kullanılmaktadır.
VANADYUMVANADYUM (enlem. Vanadyum), V (“vanadyum” olarak okunur), atom numarası 23, atom ağırlığı 50,9415 olan kimyasal element. Doğal vanadyum iki nüklidin karışımıdır (santimetre. NÜKLİD): kararlı 51 V (kütlece %99,76) ve zayıf radyoaktif 52 V (yarı ömür 3,9 10 17 yıldan fazla). İki dış elektronik katmanın konfigürasyonu 3 S 2
P 6
D 3
4S 2
. Mendeleev'in periyodik tablosunda VB grubunun dördüncü periyodunda yer alır.
Vanadyum, +2'den +5'e kadar oksidasyon durumlarında bileşikler oluşturur (değerlik II'den V'e).
Nötr vanadyum atomunun yarıçapı 0,134 nm, V 2+ iyonlarının yarıçapı 0,093 nm, V 3+ - 0,078 nm, V 4+ - 0,067-0,086 nm, V 5+ - 0,050-0,068 nm'dir. Vanadyum atomunun sıralı iyonlaşma enerjileri 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 ve 65,2 eV'dir. Pauling ölçeğine göre vanadyumun elektronegatifliği 1,63'tür.
Serbest haliyle parlak gümüş grisi bir metaldir.
Keşif tarihi (santimetre. Vanadyum, 1801 yılında Meksikalı mineralog A. M. del Rio tarafından Zimapan'daki bir madenden çıkan kurşun cevherindeki bir yabancı madde olarak keşfedildi. Del Rio, bileşiklerinin kırmızı rengi nedeniyle yeni elemente eritronyum (Yunanca eritros kelimesinden - kırmızı) adını verdi. Ancak daha sonra yeni bir element değil, dört yıl önce keşfedilen ve hala neredeyse hiç araştırılmamış olan bir çeşit krom keşfettiğine karar verdi. 1830'da Alman kimyager F. Wöhler Meksika mineralini inceledi. WELER Friedrich) (santimetre. Ancak hidrojen florür tarafından zehirlendikten sonra araştırmalarını birkaç ay durdurdu. Aynı yıl İsveçli kimyager N. Sefström SEFStröm Nils Gabriel) (santimetre. demir cevherinde, bilinen elementlerin yanı sıra bazı yeni maddeler içeren bir safsızlığın varlığına dikkat çekti. J. Berzelius'un laboratuvarında yapılan analizler sonucunda BERZELIUS Jens Jacob)
yeni bir elementin keşfedildiği kanıtlandı. Bu element güzel renklere sahip bileşikler oluşturur, dolayısıyla elementin adı İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'in adıyla ilişkilendirilir. 1831'de Wöhler eritronyum ve vanadyumun kimliğini kanıtladı, ancak element kendisine Sefström ve Berzelius tarafından verilen adı korudu.
Doğada olmak (santimetre. Vanadyum doğada serbest halde bulunmaz; eser element olarak sınıflandırılır.İZ ELEMANLAR)
. Vanadyumun yer kabuğundaki içeriği kütlece %1,6 ila %10-2, okyanus suyunda ise %3,10-7'dir. En önemli mineraller: patronit V(S 2) 2, vanadinit Pb 5 (VO 4) 3 Cl ve diğerleri. Vanadyumun ana kaynağı, safsızlık olarak vanadyum içeren demir cevherleridir.
Endüstride, demir cevherlerinden vanadyumun kendi karışımıyla elde edilmesi sırasında, önce vanadyum içeriğinin% 8-16'ya ulaştığı bir konsantre hazırlanır. Daha sonra oksidatif işlemle vanadyum en yüksek oksidasyon durumu +5'e aktarılır ve suda kolayca çözünen sodyum vanadat NaV03 ayrılır. Çözelti sülfürik asitle asitleştirildiğinde, kuruduktan sonra %90'dan fazla vanadyum içeren bir çökelti oluşur.
Birincil konsantre yüksek fırınlarda indirgenir ve vanadyum konsantresi elde edilir, bu daha sonra ferrovanadyum adı verilen bir vanadyum ve demir alaşımının eritilmesinde kullanılır (% 35 ila 70 vanadyum içerir). Metalik vanadyum, vanadyum klorürün hidrojen ile indirgenmesi, vanadyum oksitlerin (V205 veya V203) kalsiyum-termal indirgenmesi, VI2'nin termal ayrışması ve diğer yöntemlerle hazırlanabilir.
Fiziksel ve kimyasal özellikler
Vanadyum görünüş olarak çeliğe benzer; oldukça sert ama aynı zamanda sünek bir metaldir. Erime noktası 1920 °C, kaynama noktası yaklaşık 3400 °C, yoğunluk 6,11 g/cm3. Kristal kafes kübiktir, vücut merkezlidir, a parametresi = 0,3024 nm'dir.
Kimyasal olarak vanadyum oldukça inerttir. Deniz suyuna, hidroklorik, nitrik ve sülfürik asitlerin seyreltilmiş çözeltilerine ve alkalilere karşı dayanıklıdır. Vanadyum oksijenle birlikte birkaç oksit oluşturur: VO, V203, V305, VO2, V205. Turuncu V2O5 asidik bir oksittir, koyu mavi VO2 amfoteriktir, geri kalan vanadyum oksitler baziktir. Halojenlerle vanadyum, VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 ve birkaç oksohalojenür (VOCl, VOCl 2, VOF) bileşimlerinin halojenürlerini oluşturur. 3 vb.).
+2 ve +3 oksidasyon durumlarındaki vanadyum bileşikleri güçlü indirgeyici ajanlardır; +5 oksidasyon durumunda ise oksitleyici ajanların özelliklerini sergilerler. Refrakter vanadyum karbür VC (t pl =2800 °C), vanadyum nitrür VN, vanadyum sülfit V2S5, vanadyum silisit V3Si ve diğer vanadyum bileşikleri bilinmektedir.
V 2 O 5 bazik oksitlerle etkileşime girdiğinde vanadatlar oluşur (santimetre. VANADALAR)- muhtemel bileşim H2'nin vanadik asit tuzları.
Başvuru
Vanadyum esas olarak aşınmaya dayanıklı, ısıya dayanıklı ve korozyona dayanıklı alaşımların (öncelikle özel çelikler) üretiminde alaşım katkı maddesi olarak ve mıknatıs üretiminde bir bileşen olarak kullanılır. Vanadyum oksit V205, örneğin sülfürik asit üretiminde kükürt dioksit SO2'nin kükürt gazı S03'e oksidasyonunda etkili bir katalizör görevi görür. Vanadyum bileşikleri çeşitli endüstrilerde (tekstil, cam, boya ve vernik vb.) çeşitli uygulamalar bulmaktadır.
Biyolojik rol
Vanadyum tüm organizmaların dokularında çok küçük miktarlarda sürekli olarak bulunur. Bitkilerdeki içeriği (%0,1-0,2) hayvanlardakinden (%1·10 –5 -1·10 –4) önemli ölçüde daha yüksektir. Bazı deniz organizmaları - bryozoanlar, yumuşakçalar ve özellikle ascidians - vanadyumu önemli miktarlarda konsantre edebilir (ascidianlarda vanadyum kan plazmasında veya özel hücrelerde - vanadositlerde bulunur). Görünüşe göre vanadyum dokulardaki bazı oksidatif süreçlerde rol oynuyor. İnsan kas dokusu %2.10 - 6 vanadyum, kemik dokusu - %0.35.10 - 6, kanda - %2.10 - 4 mg/l'den az vanadyum içerir. Toplamda ortalama bir kişi (vücut ağırlığı 70 kg) 0,11 mg vanadyum içerir. Vanadyum ve bileşikleri toksiktir. İnsanlar için toksik doz 0,25 mg, öldürücü doz ise 2-4 mg'dır. V205 için havada izin verilen maksimum konsantrasyon 0,1-0,5 mg/m3'tür.
Ansiklopedik Sözlük. 2009 .
Eş anlamlılar:Diğer sözlüklerde “vanadyum” un ne olduğunu görün:
- (lat. vanadyum). 1830'da keşfedilen ve adını İskandinav tanrısı Vanadium'dan alan, beyaz renkli, kırılgan bir metal. Rus dilinde yer alan yabancı kelimeler sözlüğü. Chudinov A.N., 1910. VANADYUM lat. Vanadia isimli vanadyum,... ... Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü
- (kimyasal değer V, atom ağırlığı 51) fosfor ve nitrojen içeren bileşiklere benzer bir kimyasal element. V. bileşikler, ihmal edilebilir miktarlarda olmasına rağmen, demir cevherlerinde ve bazı killerde sıklıkla bulunur; Vanadik demir cevherlerinin ön işlenmesi, V. kısmı... ... Brockhaus ve Efron Ansiklopedisi
Vanad Rusça eş anlamlılar sözlüğü. vanadyum ismi, eşanlamlı sayısı: 2 vanadyum (1) elementi... Eşanlamlılar sözlüğü
VANADYUM- VANADYUM, kimyasal. V işareti, adresinde. V. 51.0, sert, elastik çelik renginde metal, erime noktası 1715°, sp. ağırlık 5.688. V. bileşikleri doğada yaygındır. Bu bileşikler, arsenikten daha düşük güçte olmayan zehirlerdir; onlar sahip... ... Büyük Tıp Ansiklopedisi
- (Vanadyum), V, periyodik sistemin V grubunun kimyasal elementi, atom numarası 23, atom kütlesi 50,9415; metal, erime noktası 1920°C. Isıya dayanıklı, sert ve korozyona dayanıklı alaşımların bir bileşeni olarak çelik ve dökme demirin alaşımlanmasında kullanılır. Modern ansiklopedi
- (lat. Vanadyum) V, periyodik sistemin V grubunun kimyasal elementi, atom numarası 23, atom kütlesi 50.9415. Adı, Eski İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'ten geliyor. Çelik grisi sert metal. Yoğunluk 6,11 g/cm³, erime noktası 1920 .C.… … Büyük Ansiklopedik Sözlük
- (sembol V), GEÇİŞ ELEMANI, 1801'de keşfedildi. Gümüşi beyaz, dövülebilir, sert metal. DEMİR, KURŞUN VE URANYUM cevherlerinin yanı sıra kömür ve petrolde de bulunur. Çelik alaşımlarında mukavemeti ve ısı direncini arttırmak için kullanılır.… … Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük Fiziksel ansiklopedi
vanadyum- V Grubunun V Elementi Periyodik. sistemler; en. N. 23, saat. m.50.942; çelik gri metal. Natural V iki izotoptan oluşur: 51V (%99,75) ve 50V (%0,25). V, 1801 Meksika'da açıldı. mineralog A. M. del Rio. Baloda. V ölçeği... ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
Vanadyum(vanadyum), v, Mendeleev'in periyodik sisteminin V grubunun kimyasal elementi; atom numarası 23, atom kütlesi 50,942; metal gri-çelik rengi. Natural V. iki izotoptan oluşur: 51 v (%99,75) ve 50 v (%0,25); ikincisi zayıf radyoaktiftir (yarı ömür T 1/2 = 10 14 yıl). V., 1801 yılında Meksikalı mineralog A. M. del Rio tarafından Meksika kahverengi kurşun cevherinde keşfedildi ve adını ısıtılmış eritronyum tuzlarının (Yunanca eritros - kırmızıdan) güzel kırmızı renginden aldı. 1830'da İsveçli kimyager N. G. Sefström, Taberg'den (İsveç) demir cevherinde yeni bir element keşfetti ve ona Eski İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'in onuruna V. adını verdi. 1869'da İngiliz kimyager G. Roscoe, vcl 2'yi hidrojenle indirgeyerek toz metal V.'yi elde etti. V., 20. yüzyılın başından beri endüstriyel ölçekte çıkarılmaktadır.
Yerkabuğundaki V içeriği ağırlıkça %1,5-10-2'dir; oldukça yaygın bir elementtir, ancak kayalarda ve minerallerde dağılmıştır. Çok sayıda V. mineralinden patronit, roskoelit, dekloysit, karnotit, vanadinit ve diğer bazıları endüstriyel öneme sahiptir. V.'nin önemli kaynakları titanomagnetit ve tortul (fosforlu) demir cevherlerinin yanı sıra oksitlenmiş bakır-kurşundur. çinko cevherleri. V., uranyum hammaddelerinin, fosforitlerin, boksitlerin ve çeşitli organik yatakların (asfaltit, petrol şist) işlenmesi sırasında bir yan ürün olarak çıkarılır.
Fiziksel ve kimyasal özellikler. V. periyodu a = 3,0282 å olan, cisim merkezli kübik bir kafese sahiptir. Saf haliyle V. dövülür ve basınçla kolayca işlenebilir. Yoğunluk 6.11 G/ santimetre 3 , T pl 1900 ± 25°С, T balya 3400°C; özgül ısı kapasitesi (20-100°C'de) 0,120 dışkı/ Grad; doğrusal genleşmenin termal katsayısı (20-1000°C'de) 10,6·10 -6 dolu-1, 20 °C'de elektriksel direnç 24,8·10 -8 ohm· M(24,8·10 -6 ohm· santimetre), 4,5 K V'nin altında süperiletkenlik durumuna geçer. Tavlamadan sonra yüksek saflıkta V.'nin mekanik özellikleri: elastik modül 135.25 N/ M 2 (13520 kgf/ mm 2), çekme mukavemeti 120 nm/ M 2 (12 kgf/ mm 2), uzama %17, Brinell sertliği 700 lütfen/ M 2 (70 kgf/ mm 2). Gaz safsızlıkları elyafın plastisitesini keskin bir şekilde azaltır ve sertliğini ve kırılganlığını arttırır.
Normal sıcaklıklarda V. havaya, deniz suyuna ve alkali çözeltilere maruz kalmaz; Hidroflorik asit hariç, oksitleyici olmayan asitlere karşı dayanıklıdır. Hidroklorik ve sülfürik asitlerdeki korozyon direnci açısından V., titanyum ve paslanmaz çelikten önemli ölçüde üstündür. 300°C'nin üzerindeki havada ısıtıldığında oksijeni emer ve kırılgan hale gelir. 600-700°C'de V., düşük oksitlerin yanı sıra pentoksit v2 o 5'in oluşumuyla yoğun bir şekilde oksitlenir. V bir nitrojen akışında 700°C'nin üzerine ısıtıldığında nitrür vn ( T mp 2050°C), su ve asitlerde stabildir. V. yüksek sıcaklıklarda karbonla etkileşime girerek refrakter karbür vc ( T lütfen 2800°C) yüksek sertliğe sahiptir.
V. 2, 3, 4 ve 5 değerliklerine karşılık gelen bileşikleri verir; Buna göre aşağıdaki oksitler bilinmektedir: vo ve v 2 o 3 (temel karaktere sahip), vo 2 (amfoterik) ve v 2 o 5 (asidik). 2 ve 3 değerlikli camsı bileşikler kararsızdır ve güçlü indirgeyici maddelerdir. Daha yüksek değerliklere sahip bileşikler pratik öneme sahiptir. V.'nin farklı değerlikli bileşikler oluşturma eğilimi analitik kimyada kullanılır ve ayrıca v2o5'in katalitik özelliklerini belirler. V. pentoksit alkalilerde çözünerek oluşur vanadatlar.
Kabul ve başvuru. Mineralleri çıkarmak için aşağıdakiler kullanılır: cevher veya cevher konsantresinin asit ve alkali çözeltileriyle doğrudan liçi; Hammaddenin pişirilmesi (çoğunlukla NaCl katkı maddeleri ile) ve ardından pişirilen ürünün su veya seyreltik asitlerle süzülmesi. Hidratlanmış V pentoksit, hidroliz yoluyla çözeltilerden izole edilir (pH = 1-3'te). Vanadyum içeren demir cevherleri yüksek fırında eritildiğinde, V, işlenmesi sırasında cürufun% 10-16 v olduğu dökme demire dönüştürülür. 2 o 5 çelik haline getirilir. Vanadyum cürufları sofra tuzu ile kavrulur. Yanmış malzeme önce suyla, sonra da seyreltik sülfürik asitle süzülür. V 2 o 5 çözeltilerden izole edilir. İkincisi eritme için kullanılır ferrovanadyum(%35-70 V. içeren demir alaşımları) ve metal V. ve bileşiklerinin elde edilmesi. Dövülebilir metal V., saf v2o5 veya v2o3'ün kalsiyum-termal indirgenmesiyle elde edilir; v 2 o 5'in alüminyum ile indirgenmesi; vakumlu karbon-termal indirgeme v 2 veya 3; magnezyum-termal indirgeme vc1 3; iyodürün termal ayrışması V., tüketilebilir elektrotlu vakum ark fırınlarında ve elektron ışınlı fırınlarda eritilir.
Demir metalurjisi, metalin ana tüketicisidir (üretilen tüm metallerin %95'ine kadar). V. yüksek hız çeliğinin, onun ikamelerinin, düşük alaşımlı takım çeliklerinin ve bazı yapı çeliklerinin bir bileşenidir. % 0,15-0,25 V'nin eklenmesiyle çeliğin mukavemeti, tokluğu, yorulma direnci ve aşınma direnci keskin bir şekilde artar. Çeliğe eklenen V., hem oksitleyici hem de karbür oluşturucu bir elementtir. Dağınık kalıntılar şeklinde dağıtılan V. karbürler, çelik ısıtıldığında tane büyümesini önler. V. çeliğe ana alaşım - ferrovanadyum formunda eklenir. V. aynı zamanda dökme demirin alaşımlanmasında da kullanılır. Titanyumun yeni bir tüketicisi, hızla gelişen titanyum alaşımları endüstrisidir; bazı titanyum alaşımları %13'e kadar V içerir. Havacılık, roket ve diğer teknoloji alanlarında V katkı maddeleri içeren niyobyum, krom ve tantal bazlı alaşımlar ilavesiyle V bazlı ısıya dayanıklı ve korozyona dayanıklı alaşımlar kullanılmıştır. ti, nb, havacılık, roket ve nükleer teknolojide kullanılması beklenen , w, zr ve al geliştirilmiştir. Süperiletken alaşımlar ve ga, si ve ti içeren V bileşikleri ilgi çekicidir.
Saf metalik V. nükleer enerjide (yakıt elemanları, borular için kabuklar) ve elektronik cihazların üretiminde kullanılır.
V. bileşikleri kimya endüstrisinde katalizör olarak, tarım ve tıpta, tekstil, boya ve vernik, kauçuk, seramik, cam, fotoğraf ve film endüstrilerinde kullanılmaktadır.
V. bileşikleri zehirlidir. B bileşiklerini içeren tozun solunmasıyla zehirlenme mümkündür. Solunum yollarının tahriş olmasına, akciğer kanamalarına, baş dönmesine, kalbin, böbreklerin vb. işleyişinde bozukluklara neden olurlar.
V. vücutta. V. bitki ve hayvan organizmalarının sabit bir bileşenidir. Suyun kaynağı magmatik kayalar ve şeyllerin (yaklaşık %0,013 su içerir) yanı sıra kum taşları ve kireçtaşlarıdır (yaklaşık %0,002 su). Topraklarda V. yaklaşık %0,01'dir (esas olarak humusta); tatlı ve deniz sularında 1·10 7 -2·10 %7. Kara ve su bitkilerinde V. içeriği kara ve deniz hayvanlarına (%1,5·10 -5 -2·10 -4) göre önemli ölçüde daha yüksektir (%0,16-0,2). V. yoğunlaştırıcılar şunlardır: bryozoan plumatella, yumuşakça pleurobranchus plumula, deniz hıyarı stichopus mobii, bazı ascidians, küflerden - siyah aspergillus, mantarlardan - mantardan (amanita muscaria). V.'nin biyolojik rolü, V.'nin kan hücrelerinde 3 ve 4 değerlikli bir durumda olduğu, yani dinamik bir dengenin olduğu ascidianlarda incelenmiştir.
V.'nin ascidians'taki fizyolojik rolü, oksijen ve karbon dioksitin solunum yoluyla aktarımıyla değil, redoks süreçleriyle - muhtemelen diğer organizmalarda fizyolojik öneme sahip olan vanadyum sistemi adı verilen sistemi kullanarak elektronların aktarımıyla - ilişkilidir.
Yandı: Meerson G.A., Zelikman A.N., Nadir metallerin metalurjisi, M., 1955; Polyakov A. Yu., Vanadyum metalurjisinin temelleri, M., 1959; Rostoker U., Vanadyum Metalurjisi, çev. İngilizce'den, M., 1959; Kieffer s., Brown H., Vanadyum, niyobyum, tantal, çev. German, M., 1968'den; Nadir Metaller El Kitabı, [çev. İngilizceden], M., 1965, s. 98-121; Makine mühendisliğinde refrakter malzemeler. Rehber, M., 1967, s. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Ascidians'ta vanadyumun biyolojik rolü, “Modern biyolojinin ilerlemeleri”, 1965, v. 60, v. 1(4); Bowen N.j. M., biyokimyada eser elementler, l. - N. y., 1966.
I. Romankov. V. V. Kovalsky.
Vanadyum "V" sembolü ile sembolize edilen kimyasal bir elementtir. Vanadyumun atom kütlesi 50.9415 a'dır. e.m., atom numarası - 23. Doğada nadiren bulunan sert, gümüş grisi, dövülebilir ve eriyebilir bir metaldir. 60'tan fazla mineralde bulunur ve hatta fosil yakıtlarda bile bulunabilir.
Tanınmayan keşif
Metal vanadyum ilk olarak 1801 yılında İspanya doğumlu Meksikalı mineralog Andres Manuel Del Rio tarafından keşfedildi. Bir araştırmacı, Meksika'da çıkarılan "kahverengi" kurşun cevheri örneğinden yeni bir element çıkardı. Görünüşe göre, metalin tuzları çok çeşitli renklere sahip, bu yüzden Del Rio ona orijinal olarak "pankromyum" adını verdi (Yunanca "παγχρώμιο" - "çok renkli").
Mineralog daha sonra eritronyum elementini yeniden adlandırdı (Yunanca "ερυθρός" - "kırmızı" kelimesinden geliyor), çünkü çoğu tuz ısıtıldığında kırmızıya dönüyordu. Görünüşe göre inanılmaz şans Avrupa'da az tanınan bir bilim insanına gülümsedi. Yeni kimyasal element vanadyumun keşfi, şöhret olmasa da en azından meslektaşları tarafından tanınma sözü verdi. Ancak bilim dünyasında ciddi bir otoritenin olmaması nedeniyle Meksikalının başarısı göz ardı edildi.
1805 yılında Fransız kimyager Hippolyte Victor Collet-Decotils, Del Rio'nun incelediği yeni elementin yalnızca safsızlıklar içeren bir kurşun kromat örneği olduğunu öne sürdü. Sonuçta Meksikalı araştırmacı, bilim camiası karşısında itibarını tamamen kaybetmemek için Collet-Decotille'in açıklamasını kabul etti ve keşfinden vazgeçti. Ancak başarısı unutulmaya yüz tutmadı. Bugün Andres Manuel Del Rio, nadir metalin kaşifi olarak tanınmaktadır.
Yeniden açılıyor
1831 yılında İsveçli Nils Gabriel Sefström, demir cevheri ile çalışırken elde ettiği oksitte vanadyum kimyasal elementini yeniden keşfetti. Bilim adamı, henüz herhangi bir elemente atanmamış olan "V" harfini atama olarak seçti. Säfström, güzel ve zengin rengi nedeniyle yeni metale Eski İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'in adını verdi.
Haber bilim camiasında ilginin artmasına neden oldu. Meksikalı mineralojistin çalışmalarını hemen hatırladık. Aynı 1831'de Friedrich Wöhler, Del Rio'nun önceki keşfini yeniden kontrol etti ve doğruladı. Hatta jeolog George William Featherstonhoop, kaşifin onuruna metale "rionyum" adını vermeyi bile önerdi, ancak bu girişim desteklenmedi.
Yakalanması zor
Vanadyum metalini saf haliyle izole etmenin zor olduğu kanıtlanmıştır. Bundan önce bilim adamları sadece tuzlarıyla çalışıyordu. Vanadyumun gerçek özelliklerinin bilinmemesinin nedeni budur. 1831'de Berzelius metalize bir madde elde ettiğini bildirdi ancak Henry Enfield Roscoe, Berzelius'un aslında vanadyum nitrür (VN) ürettiğini kanıtladı. Roscoe sonunda 1867'de vanadyum klorürü (VCl2) hidrojenle indirgeyerek metali üretti. 1927'den beri vanadyum pentoksitin kalsiyum ile indirgenmesiyle saf vanadyum elde edilmektedir.
Elementin ilk seri endüstriyel kullanımı 1905 yılına dayanmaktadır. Metal, yarış arabası şasisi yapmak için çelik alaşımına ve daha sonra Ford Model T'ye eklendi. Vanadyum'un özellikleri, çekme mukavemetini artırırken yapısal ağırlığın azaltılmasına yardımcı oluyor. Bu arada, Alman kimyager Martin Henze, 1911'de deniz sakinlerinin - accidia - kan hücrelerinde (veya sölomik hücrelerde) vanadyumu keşfetti.
Fiziksel özellikler
Vanadyum, çelik gibi parlaklığa ve 6,11 g/cm³ yoğunluğa sahip, orta sertlikte, dövülebilir gri-mavi bir metaldir. Bazı kaynaklar malzemeyi yumuşak olarak tanımlıyor, bu da onun yüksek sünekliği anlamına geliyor. Elementin kristal yapısı çoğu metal ve çelikten daha karmaşıktır.
Vanadyum korozyona, alkalilere, sülfürik ve hidroklorik asitlere karşı iyi bir dirence sahiptir. Yaklaşık 660°C'de (933K, 1220°F) havada oksitlenir, ancak oksitin pasifleşmesi oda sıcaklığında bile meydana gelir. Bu malzeme sıcaklık 1920°C'ye ulaştığında erir ve 3400°C'de kaynar.
Kimyasal özellikler
Vanadyum oksijene maruz kaldığında dört tür oksit oluşturur:
Tip (II) vanadyum bileşikleri indirgeyici maddelerdir ve tip (V) bileşikler oksitleyici maddelerdir. Bileşikler (IV) sıklıkla vanadil katyonunun türevleri olarak mevcuttur.
Oksit
Ticari açıdan en önemli bileşik vanadyum pentoksittir. Kahverengimsi sarı bir katıdır, ancak sulu çözeltiden taze olarak çökeltildiğinde rengi koyu turuncu olur.
Oksit, sülfürik asit üretiminde katalizör olarak kullanılır. Bu bileşik kükürt dioksiti (SO2) trioksite (S03) oksitler. Bu redoks reaksiyonunda kükürt +4'ten +6'ya oksitlenir ve vanadyum +5'ten +4'e indirgenir. Vanadyumun formülü aşağıdaki gibidir:
V 2 Ö 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3
Katalizör oksijenin oksidasyonu ile yenilenir:
2VO2 + Ö2 → V2Ö5
Maleik anhidrit, ftalik anhidrit ve diğer birçok organik bileşiğin üretiminde benzer oksidasyon işlemleri kullanılır.
Bu oksit aynı zamanda ferrovanadyumun hazırlanmasında da kullanılır. Kireç ilavesi ile demir ve ferrosilikon ile ısıtılır. Alüminyum kullanıldığında yan ürün olarak alüminyum oksitle birlikte demir-vanadyum alaşımı üretilir. Yüksek termal direnç katsayısı nedeniyle vanadyum(V) oksit, termal görüntüleme cihazlarındaki bolometrelerde ve mikrobolometre dizilerinde dedektör malzemesi olarak kullanılır.
Özellikler
Nadir metal aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- Kristal yapı: vücut merkezli kübik.
- Ses iletkenliği: 4560 m/s (20°C'de).
- Vanadyumun değeri: V (daha az sıklıkla IV, III, II).
- Termal genleşme: 8,4 µm/(m·K) (25°C'de).
- Isı iletkenliği: 30,7 W/(m·K).
- Elektrik direnci: 197 nΩm (20°C'de).
- Manyetizma: paramanyetik.
- Manyetik duyarlılık: +255·10 -6 cm3 /mol (298K).
- Elastik modül: 128 GPa.
- Kayma modülü: 47 GPa.
- Toplu elastikiyet modülü: 160 GPa.
- Poisson oranı: 0,37.
- Mohs ölçeğine göre sertlik: 6,7.
- Vickers sertliği: 628-640 MPa.
- Brinell sertliği: 600-742 MPa.
- Eleman kategorisi: geçiş metali.
- Elektronik konfigürasyon: 3d 3 4s 2.
- Füzyon ısısı: 21,5 kJ/mol.
- Buharlaşma ısısı: 444 kJ/mol.
- Molar ısı kapasitesi: 24,89 J/(mol K).
Periyodik tablodaki vanadyum 5. grupta (vanadyum alt grubu), 4. periyotta, d-blokta yer alır.
Yayılıyor
Evren ölçeğinde vanadyum, toplam madde hacminin yaklaşık %0,0001'idir. Bakır ve çinko kadar yaygındır. Metal, Güneş'in ve diğer yıldızların spektral parıltısında keşfedildi.
Element yerkabuğunda en çok bulunan 20. elementtir. Metal vanadyum kristal formda oldukça nadirdir, ancak bu malzemenin bileşikleri 65 farklı mineralde bulunur. Bunlardan ekonomik açıdan önemli olanları patronit (VS 4), vanadinit (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) ve karnotittir (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).
Vanadil iyonları deniz suyunda bol miktarda bulunur ve ortalama 30 nMa konsantrasyona sahiptir. Bazı maden suyu kaynakları da bu iyonları yüksek konsantrasyonlarda içerir. Örneğin Fuji Dağı yakınındaki kaynaklar 54 µg/l'ye kadar su içerir.
Üretme
Bu nadir metalin çoğu, ultramafik magmatik gabro kayalarında bulunan vanadyum manyetitinden elde edilir. Hammaddeler çoğunlukla Güney Afrika, kuzeybatı Çin ve doğu Rusya'da çıkarılıyor. 2013 yılında bu ülkeler tüm vanadyumun %97'sinden fazlasını (ağırlıkça 79.000 ton) üretti.
Metal ayrıca boksit ve ham petrol, kömür, bitümlü şist ve katran kumu yataklarında da mevcuttur. Ham petrolde 1200 ppm'e kadar konsantrasyonlar rapor edilmiştir. Vanadyumun (bazı oksitleri) oksitleyici özellikleri nedeniyle, bu tür petrol ürünlerinin yanmasından sonra elementin kalıntıları motorlarda ve kazanlarda korozyona neden olabilir.
Fosil yakıtların yakılmasıyla her yıl atmosfere yaklaşık 110.000 ton madde salınıyor. Günümüzde hidrokarbonlardan değerli maddelerin çıkarılmasına yönelik teknolojiler geliştirilmektedir.
Üretme
Vanadyum öncelikle ferroalyaj adı verilen çelik alaşımlarına katkı maddesi olarak kullanılır. Ferrovanadyum, değerlik (V) vanadyum oksit, demir oksitler ve saf demir karışımının bir elektrikli fırında indirgenmesiyle doğrudan üretilir.
Metal, sodyum metavanadat (NaVO3) üretmek için öğütülmüş vanadyum manyetit cevherinin sodyum klorür (NaCl) veya sodyum karbonat (Na2CO3) ilavesiyle yaklaşık 850°C'de kavrulmasıyla başlayan çok aşamalı bir işlem kullanılarak üretilir. Bu maddenin sulu ekstraktı, kalsiyum metali ile indirgenen bir polivanadat tuzu elde etmek üzere asitleştirilir. Küçük ölçekli üretime alternatif olarak vanadyum pentoksit, hidrojen veya magnezyum ile indirgenir.
Tamamı diğer süreçlerin yan ürünü olarak vanadyum üreten başka birçok yöntem de kullanılmaktadır. 1925 yılında Anton Eduard van Arkel ve Jan Hendrik de Boer tarafından geliştirilen iyodür yöntemi kullanılarak saflaştırılması mümkündür. Vanadyum (III) iyodürün oluşumunu ve bunun ardından saf metal üretmek üzere ayrışmasını içerir:
2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3
Japonlar bu elementi elde etmenin oldukça egzotik bir yolunu buldular. Deniz suyundan vanadyumu emen su altı tarlalarında ascidians (bir tür korda) yetiştiriyorlar. Daha sonra toplanıp yakılıyorlar. Ortaya çıkan külden değerli metal çıkarılır. Bu arada, bu durumda konsantrasyonu en zengin yataklardan çok daha yüksektir.
Alaşımlar
Vanadyum alaşımları nelerdir? Üretilen nadir metalin yaklaşık %85'i ferrovanadyum üretiminde veya çeliğe katkı maddesi olarak kullanılıyor. 20. yüzyılın başında az miktarda vanadyumun bile çeliğin mukavemetini önemli ölçüde arttırdığı keşfedildi. Bu element, çeliklerin ve alaşımların gelişmiş özelliklerine yol açan kararlı nitrürler ve karbürler oluşturur.
O zamandan bu yana vanadyum tekerlekli araçların akslarında, şasilerinde, krank millerinde, dişlilerinde ve diğer önemli bileşenlerinde kullanıldı. İki grup alaşım vardır:
- %0,15 ila %0,25 vanadyum içeriğine sahip yüksek karbon.
- Bu elementin %1 ila %5'ini içeren yüksek hız takım çelikleri (HSS).
HSS kalite çelikler için HRC 60'ın üzerinde sertlikler elde edilebilir. Cerrahi aletlerde kullanılırlar. Toz metalurjisinde alaşımlar %18'e kadar vanadyum içerebilir. Bu alaşımlardaki yüksek karbür içeriği aşınma direncini önemli ölçüde artırır. Aletler ve bıçaklar onlardan yapılır.
Vanadyum, özellikleri nedeniyle titanyumun beta formunu stabilize eder, mukavemetini ve sıcaklık stabilitesini arttırır. Titanyum alaşımlarında alüminyum ile karıştırılarak jet motorlarında, yüksek hızlı uçaklarda ve diş implantlarında kullanılır. Dikişsiz borular için en yaygın alaşım %2,5 vanadyum içeren titanyum 3/2,5'tir. Bu malzemeler havacılık, savunma ve bisiklet endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Esas olarak levhalar halinde üretilen bir diğer yaygın alaşım ise %6 alüminyum ve %4 vanadyumdan oluşan titanyum 6AL-4V'dir.
Çeşitli vanadyum alaşımları süper iletken özellikler sergiler. Birinci faz süperiletken A15, 1952'de elde edilen bir vanadyum bileşiği V3Si idi. Vanadyum galyum bant süper iletken mıknatıslarda kullanılır. Süper iletken faz A15 V3 Ga'nın yapısı, daha yaygın süper iletkenlerin yapısına benzer: triniobyum stannibit (Nb 3 Sn) ve niyobyum titanyum (Nb 3 Ti).
Son zamanlarda bilim adamları, Orta Çağ'da bazı Şam ve Şam çeliği örneklerine az miktarda vanadyumun (milyonda 40 ila 270 parça) eklendiğini keşfettiler. Bu, bıçakların özelliklerini geliştirdi. Ancak nadir metalin nerede ve nasıl çıkarıldığı belli değil. Belki bazı cevherlerin parçasıydı.
Başvuru
Metalurjiye ek olarak vanadyum diğer uygulamalar için de kullanılır. Termal nötron yakalama kesiti ve nötron yakalamayla üretilen izotopların kısa yarı ömrü, metali bir füzyon reaktöründe kullanım için uygun bir malzeme haline getirir.
En yaygın vanadyum oksit olan V205 pentoksit, sülfürik asit üretiminde katalizör olarak ve maleik anhidrit üretiminde oksitleyici madde olarak kullanılır. Vanadyum köpüğü seramik ürünlerin imalatında kullanılmaktadır.
Metal, propan ve propilenin akroleine, akrilik asite oksidasyonunda veya propilenin akrilonitrile amoksidasyonunda kullanılan karışık metal oksit katalizörlerinin önemli bir bileşenidir. Başka bir vanadyum oksit olan VO2 dioksit, belirli sıcaklıklarda kızılötesi radyasyonu engelleyen cam kaplamaların üretiminde kullanılır.
Vanadyum redoks pili, çeşitli oksidasyon durumlarında sulu vanadyum iyonlarından oluşan bir voltaik hücredir. Bu tip piller ilk olarak 1930'larda önerildi ve ticari kullanım 1980'lerde başladı. Vanadat çeliği korozyondan korumak için kullanılabilir.
Vanadyum insan sağlığı açısından önemlidir. Karbon ve lipit metabolizmasını düzenlemeye yardımcı olur ve enerji üretiminde rol oynar. Maddenin gıdalardan günde 6-63 mcg (WHO verileri) tüketilmesi tavsiye edilir. Tahıllarda, baklagillerde, sebzelerde, şifalı bitkilerde ve meyvelerde oldukça yeterlidir.