Vanadium | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Titanium | Chrome → | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
Udseende af et simpelt stof | ||||||||||||||||||||||||||||
Vanadium prøver | ||||||||||||||||||||||||||||
Atom egenskaber | ||||||||||||||||||||||||||||
Navn, symbol, nummer | Vanadium / Vanadium (V), 23 | |||||||||||||||||||||||||||
Gruppe , punktum , blok |
15 (forældet 5), 4, d-element |
|||||||||||||||||||||||||||
Atommasse ( molær masse ) |
50.9415(1) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfiguration |
[Ar] 3d 3 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 |
|||||||||||||||||||||||||||
Atomradius | 134 kl | |||||||||||||||||||||||||||
Kemiske egenskaber | ||||||||||||||||||||||||||||
kovalent radius | 122 kl | |||||||||||||||||||||||||||
Ion radius | (+5e)59 (+3e)74 kl | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitet | 1,63 (Pauling-skala) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektrodepotentiale | 0 | |||||||||||||||||||||||||||
Oxidationstilstande | 0, +2, +3, +4, +5 | |||||||||||||||||||||||||||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
650,1 (6,74) kJ / mol ( eV ) | |||||||||||||||||||||||||||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | ||||||||||||||||||||||||||||
Tæthed ( i.a. ) | 6,11 [2] g/cm³ | |||||||||||||||||||||||||||
Smeltetemperatur | 2160 K (1887 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Kogetemperatur | 3650 K (3377 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. fusionsvarme | 17,5 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. fordampningsvarme | 460 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Molær varmekapacitet | 24,95 [2] J/(K mol) | |||||||||||||||||||||||||||
Molært volumen | 8,35 cm³ / mol | |||||||||||||||||||||||||||
Krystalgitteret af et simpelt stof | ||||||||||||||||||||||||||||
Gitterstruktur |
Kubisk krop centreret |
|||||||||||||||||||||||||||
Gitterparametre | 3.024 Å [2] | |||||||||||||||||||||||||||
Debye temperatur | 390K _ | |||||||||||||||||||||||||||
Andre egenskaber | ||||||||||||||||||||||||||||
Varmeledningsevne | (300 K) 30,7 W/(m K) | |||||||||||||||||||||||||||
CAS nummer | 7440-62-2 | |||||||||||||||||||||||||||
længst levede isotoper | ||||||||||||||||||||||||||||
|
23 | Vanadium |
V50,9415 | |
3d 3 4s 2 |
Vanadium ( kemisk symbol - V, fra lat . Vanadium ) - et kemisk element af den 15. gruppe (ifølge den forældede klassificering - en sideundergruppe af den femte gruppe, VB), den fjerde periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 23 og atommasse 50,9415(1) [1] . Elementet er et overgangsmetal .
Det simple stof vanadium er et duktilt sølvgråt metal , dækket af luft med en smuk film af vanadiumoxider , hvis forskellige farver skyldes oxidlagets forskellige tykkelse [3] .
Vanadium blev opdaget i 1801 af Andres Manuel Del Rio , professor i mineralogi fra Mexico City , i blymalm. Han opdagede et nyt metal og foreslog navnet "panchromium" for det på grund af det brede udvalg af farver i dets forbindelser, og ændrede derefter navnet til "erythronium". Del Rio havde ingen autoritet i den videnskabelige verden i Europa, og europæiske kemikere satte spørgsmålstegn ved hans resultater. Så mistede Del Rio selv tilliden til sin opdagelse og erklærede, at han kun havde opdaget blykromat.
I 1830 blev vanadium genopdaget af den svenske kemiker Nils Sefström i jernmalm. Navnet blev givet til det nye element af Berzelius og Sefström.
Friedrich Wöhler , som udforskede mexicansk malm, havde en chance for at opdage vanadium , men han blev alvorligt forgiftet af hydrogenfluorid kort før Sefströms opdagelse og var ude af stand til at fortsætte sin forskning. Wöhler afsluttede imidlertid undersøgelsen af malmen og beviste til sidst, at den indeholdt vanadium og ikke krom .
Dette grundstof danner sammensætninger med en smuk farve, deraf navnet på grundstoffet, forbundet med navnet på den skandinaviske gudinde for kærlighed og skønhed Freya ( Old Scandinavian Vanadís - datter af Vans; Vanadis ) [4] . I 1831 foreslog geologen George William Featherstonhaugh at omdøbe vanadium til "rionium" (til ære for Del Rio), men dette forslag blev ikke støttet [5] .
Vanadium er det 20. mest udbredte grundstof i jordskorpen [6] . Det tilhører sporstoffer og forekommer ikke i naturen i fri form. Indholdet af vanadium i jordskorpen er 1,6⋅10 −2 vægtprocent, i oceanernes vand 3⋅10 −7 %. Det højeste gennemsnitlige indhold af vanadium i magmatiske bjergarter ses i gabbro og basalt (230-290 ppm). I sedimentære bjergarter forekommer en betydelig ophobning af vanadium i biolitter (asfaltitter, kul, bituminøse fosfater), bituminøse skifere, bauxitter samt i oolitiske og kiselholdige jernmalme . Nærheden af de ioniske radius af vanadium og jern og titanium , som er udbredt i magmatiske bjergarter , fører til, at vanadium i hypogene processer er helt i en dispergeret tilstand og ikke danner sine egne mineraler. Dens bærere er talrige titaniummineraler (titanomagnetit, sphen , rutil , ilmenit ), glimmer , pyroxener og granater , som har en øget isomorf kapacitet i forhold til vanadium. De vigtigste mineraler er patronit VS 4 , vanadinit Pb 5 (VO 4 ) 3 Cl og nogle andre. Hovedkilden til vanadium er jernmalm, der indeholder vanadium som en urenhed.
Vanadylion (VO 2+ ) findes i overflod i havvand, med en gennemsnitlig koncentration på 30 nMa [7] . Nogle mineralvandskilder indeholder også ionen i høje koncentrationer. For eksempel indeholder kilder nær Mount Fuji op til 54 mikrogram vanadium per liter [7] .
I løbet af det første årti af det 20. århundrede blev det meste af vanadiummalmen udvundet af det amerikanske firma Vanadium fra Minas Ragra i Peru. Senere førte en stigning i efterspørgslen efter uran til en stigning i udvindingen af malm af dette metal. En af de vigtigste uranmalme var carnotit , som også indeholder vanadium. Således blev vanadium tilgængeligt som et biprodukt af uranproduktion. Med tiden begyndte uranudvinding at give en stor del af efterspørgslen efter vanadium [8] [9] .
Indskud er kendt i Peru, USA, Sydafrika, Finland, Australien, Armenien, Tyrkiet, England, Rusland [10] . En af de største forekomster af vanadium kaldes Chineyskoye-forekomsten i Trans-Baikal-territoriet [11] .
Vanadium er et duktilt sølvgråt metal , der ligner stål i udseende . Danner krystaller af kubisk system (kropscentreret gitter), rumgruppe Im 3 m , celleparametre a = 0,3024 nm , Z = 2 . Smeltepunkt 1920 °C, kogepunkt 3400 °C, massefylde 6,11 g/cm³ . Ved opvarmning i luft over 300 °C bliver vanadium skørt. Urenheder af ilt , brint og nitrogen reducerer kraftigt vanadiums plasticitet og øger dets hårdhed og skørhed [2] .
Naturligt vanadium består af to isotoper : svagt radioaktivt 50 V (isotopoverflod 0,250%) og stabilt 51V (99,750%). Halveringstiden for vanadium-50 er 1,5⋅10 17 år , det vil sige, at den for alle praktiske formål kan betragtes som stabil; denne isotop i 83% af tilfældene omdannes til 50 Ti ved elektronindfangning , og i 17% af tilfældene gennemgår den beta-minus henfald , der bliver til 50 Cr .
Der er 24 kendte kunstige radioaktive isotoper af vanadium med massetal fra 40 til 65 (samt 5 metastabile tilstande ). Af disse er 49 V ( T 1/2 = 337 dage) og 48 V ( T 1/2 = 15.974 dage) de mest stabile.
Kemisk er vanadium ret inert. Det har god modstandsdygtighed over for korrosion, påvirkning af havvand, fortyndede opløsninger af saltsyre, salpetersyre og svovlsyre, alkalier [12] .
Med oxygen danner vanadium flere oxider : VO, V 2 O 3 , VO 2 , V 2 O 5 . Orange V 2 O 5 er et surt oxid, mørkeblåt VO 2 er amfotert, resten af vanadiumoxiderne er basiske.
Følgende vanadiumoxider er kendt:
Systematisk | Chem. formel | Massefylde , g/cm³ | Smeltepunkt , °C | Kogepunkt , °C | Molær masse , g/ mol | Farve |
---|---|---|---|---|---|---|
Vanadium(II)oxid | VO | 5,76 | 1830 | 3100 | 66,94 | Det sorte |
Vanadium(III)oxid | V2O3 _ _ _ | 4,87 | 1967 | 3000 | 149,88 | Det sorte |
Vanadium(IV)oxid | VO2 _ | 4,571 g/cm³ | 1542 | 2700 | 82,94 | mørkeblå |
Vanadium(V)oxid | V2O5 _ _ _ | 3,357 | 670 | 2030 | 181,88 | rød-gul |
Vanadiumhalogenider hydrolyseres. Med halogener danner vanadium ret flygtige halogenider af sammensætningerne VX 2 (X \ u003d F , Cl , Br , I ), VX 3 , VX 4 (X \ u003d F , Cl , Br ), VF 5 og flere oxohalider (VOCl, VOCl2 , VOF3 og etc.) .
Vanadiumforbindelser i oxidationstilstande +2 og +3 er stærke reduktionsmidler, i oxidationstilstande +5 udviser de egenskaberne som oxidationsmidler. Kendt ildfast vanadiumcarbid VC (t pl =2800 °C), vanadiumnitrid VN , vanadiumsulfid V2S5 , vanadiumsilicid V3Si og andre vanadiumforbindelser .
Når V 2 O 5 interagerer med basiske oxider, dannes vanadater - salte af vanadinsyre med den sandsynlige sammensætning HVO 3 .
Reagerer med syrer .
I industrien, når vanadium opnås fra jernmalm med dets tilblanding, fremstilles først et koncentrat, hvor vanadiumindholdet når 8-16%. Ved oxidativ behandling overføres vanadium til den højeste oxidationstilstand på +5, og det let vandopløselige natriumvanadat NaVO 3 udskilles . Når opløsningen syrnes med svovlsyre, dannes et bundfald, som efter tørring indeholder mere end 90 % vanadium.
Det primære koncentrat reduceres i højovne, og der opnås et vanadiumkoncentrat, som derefter bruges til smeltning af en legering af vanadium og jern - det såkaldte ferrovanadium (indeholder fra 35 til 80 % vanadium). Vanadiummetal kan fremstilles ved reduktion af vanadiumchlorid med hydrogen, termisk reduktion af vanadiumoxider (V 2 O 5 eller V 2 O 3 ) med calcium, termisk dissociation af VI 2 og andre metoder.
Nogle af sorterne af ascidianer har en unik egenskab: de indeholder vanadium i deres blod. Ascidians absorberer det fra vandet. I Japan er det blevet foreslået at opdrætte ascidianer på undervandsplantager, høste dem, brænde dem og opnå aske, som indeholder vanadium i en højere koncentration end i malmen i mange af dens aflejringer [13] .
Vanadiumchlorid bruges til den termokemiske nedbrydning af vand i nuklear-hydrogen-energi (vanadium-chlorid-cyklus "General Motors", USA).
Kemiske strømkilderVanadiumpentoxid er meget udbredt som en positiv elektrode (anode) i højeffekts lithiumbatterier og -akkumulatorer [14] .
Ved fremstilling af svovlsyreVanadium(V)oxid bruges som katalysator [15] på stadiet for omdannelse af svovldioxid til svovldioxid [16] .
MetallurgiOver 90 % [17] af al produceret vanadium bruges som legeringsadditiv i stål , hovedsageligt højstyrke lavlegerede, i mindre omfang rustfrit stål og værktøjsstål, samt i produktion af højstyrke titanlegeringer [ 18] baseret på Ti-6Al-4V (i den russiske klassifikation - BT6, indeholder ca. 4% vanadium). I stål danner vanadium fint spredte VC-carbider, hvilket øger de mekaniske egenskaber og strukturstabiliteten. Dens anvendelse er især effektiv i kombination med wolfram, molybdæn og nikkel. I konstruktionsstål overstiger vanadiumindholdet som regel ikke 0,25%, i værktøjs- og højhastighedsskærende stål når det 4%. I den russiske nomenklatur af stål er vanadium betegnet med bogstavet F.
Bil industrienVanadium bruges i dele, der kræver meget høj styrke, såsom automobilmotor stempler. Den amerikanske industrimand Henry Ford bemærkede den vigtige rolle, vanadium spiller i bilindustrien. "Hvis der ikke var vanadium, ville der ikke være nogen bil." Ford [19] sagde . Vanadiumstål gjorde det muligt at reducere vægten og samtidig øge trækstyrken [ 20] .
OlieproduktionVanadiumstål bruges til at skabe nedsænkelige boreplatforme til boring af oliebrønde [21] .
SouvenirprodukterPrivate virksomheder i USA producerer medaljer og samleobjekter af rent vanadium. En af vanadiummedaljerne udkom i 2011 [22] .
ElektronikHalvledermateriale baseret på vanadiumdioxid bruges til termistorer , hukommelseskontakter og displays [23] .
Vanadium og mange af dets forbindelser er giftige (for mennesker ) ved høje koncentrationer. Forbindelser af pentavalent vanadium er de mest giftige. Dens oxid (V) V 2 O 5 er giftig (giftig ved indtagelse og indånding påvirker åndedrætssystemet). Den semi-letale dosis af LD50 af vanadium(V)oxid til rotter oralt er 10 mg/kg .
Vanadium og dets forbindelser er meget giftige for vandlevende organismer (miljø).
Det er blevet fastslået, at vanadium kan hæmme syntesen af fedtsyrer og hæmme dannelsen af kolesterol . Vanadium hæmmer en række enzymsystemer hæmmer phosphorylering og ATP -syntese , reducerer niveauet af coenzymer A og Q , stimulerer monoaminoxidaseaktivitet og oxidativ phosphorylering.
Overdreven indtagelse af vanadium i kroppen er normalt forbundet med miljø- og produktionsfaktorer. Under akut eksponering for toksiske doser af vanadium oplever arbejdere lokale betændelsesreaktioner i huden og slimhinderne i øjnene, de øvre luftveje, ophobning af slim i bronkierne og alveolerne. Der er også systemiske allergiske reaktioner såsom astma og eksem ; samt leukopeni og anæmi , som er ledsaget af krænkelser af kroppens vigtigste biokemiske parametre.
Når vanadium administreres til dyr (ved doser på 25-50 μg/kg), bemærkes væksthæmning, diarré og en stigning i dødeligheden.
I alt indeholder kroppen af en gennemsnitlig person (kropsvægt 70 kg) 0,11 mg vanadium. Den toksiske dosis for mennesker er 0,25 mg, den dødelige dosis er 2-4 mg.
Det øgede indhold af proteiner og chrom i kosten reducerer vanadiums toksiske virkning. Normer for forbrug af dette mineralske stof er ikke fastlagt.
Desuden blev der fundet et højt indhold af vanadium i nogle marine hvirvelløse dyr ( holothurians og ascidians ), hvori det er en del af proteinkomplekserne af plasma og blodceller og coelomisk væske. I ascidians blodceller kan massefraktionen af vanadium nå op til 8,75 % [13] . Funktionen af elementet i kroppen er ikke helt klar , forskellige videnskabsmænd anser det for at være ansvarligt enten for overførsel af ilt i kroppen af disse dyr eller for overførsel af næringsstoffer. Fra et praktisk brugssynspunkt - det er muligt at udvinde vanadium fra disse organismer, er den økonomiske tilbagebetaling af sådanne "havplantager" ikke klar i øjeblikket, men der er prøvemuligheder i Japan.
Ordbøger og encyklopædier |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie af metaller | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |