О ванадий, символ V, е преходен метал на атомно число 23, разположени в група 5 на периодичната таблица. Той представя няколко възможни степени на окисление, генерирайки разтвори с различни и впечатляващи цветове. Метал ванадий има добра устойчивост на корозия и сивкав цвят.
Елементът се използва най-вече при производството на ферованадиева сплав, която придава на стоманата изгодни свойства, като по-голяма механична и корозионна устойчивост. Също така е важен катализатор за индустрия химикал, действащ в няколко промишлени процеси. Основният източник на ванадий е ванадинит, но е трудно да се намери минерал, в който ванадий е основният метал.
Вижте също: Тантал — друг метал от група 5 на периодичната таблица
Резюме за ванадий
Ванадий е а метални преходна група 5 от Периодичната таблица.
Основните му минерални източници са ванадинит и карнотит, но може да се намери в няколко природни източника, като фосфатни скали и петрол суров.
Показва много състояния на окисляване възможен.
Използва се главно при производството на ферованадиева сплав.
Откриването му датира от началото на 19 век и името му се отнася за скандинавската богиня на красотата Ванадис.
Свойства на ванадий
символ: v.
Атомно число: 23.
Атомна маса: 50 942 c.u.s.
електроотрицателност: 1,63.
Точка на сливане: 1910°С.
Точка на кипене: 3407°С.
Плътност: 6,0 g.cm-3 (при 18,7°С).
Електронна конфигурация: [Въздух] 4s2 3г3.
Химическа серия: група 5; преходни метали.
Не спирай сега... След рекламата има още ;)
Характеристики на ванадий
Ванадий е а мек метал, с добра устойчивост на корозия, сив на цвят. Визуално прилича на стомана. Металната му форма е неразтворима в киселини неокисляващи, с изключение на флуороводородна киселина (HF), и в бази. Въпреки това, той може да бъде химически атакуван от азотна киселина (HNO3) и царска аква (смес от солна киселина и азотна киселина във висока концентрация).
Подобно на много преходни метали, ванадий има многоокислителни числа възможен, обикновено между +2 и +5. Известно е обаче, че има съединения, в които той приема -1 или дори -3 заряд. Това голямо разнообразие от възможни заряди се забелязва чрез техните реакции.
При нагряване ванадий може да реагира и с двете кислород колко с халогени, както се вижда от следните реакции:
4V + 5O2 → 2 V2О5
2V + 5F2 → 2 VF5
V + 2 Cl2 → VCl4
2V + 3X2 → 2 VX3, с X = Br или I
Ванадиеви соли, в които има степен на окисление равно на +3, са доста редуциращи, тъй като степента на окисление +4 е най-стабилната за елемента.
Естественият ванадий е смес от два изотопа, 50 (с изобилие от 0,25%) и 51 (с изобилие от 99,75%). О 50V е слабо радиоактивен, с време на полуживот дълги, в диапазона от 3,9 x 1017 години.
Прочетете също: Никел - друг метал с добра устойчивост на корозия
Къде може да се намери ванадий?
ванадий е 22-ият най-разпространен елемент в земната кора, с изчислена концентрация от 97 mg/kg почва, се счита за сравнително богат метал. Има около 65 ванадиеви минерала, но металът се среща най-вече:
във ванадинит, Pb5(БАБА4)3Cl;
в карнотита, K2(OU2)2(БАБА4)·3H2О;
в роскоелит, слюда, съдържаща ванадий;
в патронит, полисулфид с формула VS4.
Заслужава внимание и ванадият от скали фосфати, титанов магнетит, боксит и органични материали като:
въглища;
суров нефт;
нефтени шисти;
битумни пясъци.
Ванадий, между другото, е най-разпространеният метал в петрола, със съдържание около 1600 mg/kg. В битума съдържанието на ванадий може да достигне 4760 mg/kg.
В световните запаси на ванадий надхвърлят 63 милиона тона, обаче, това се счита за метал, който се среща разпространен из цялата планета. Повечето от минералите, които съдържат ванадий, го имат като вторичен елемент, а почти няма минерали, в които ванадий е основен метал.
Получаване на ванадий
Голяма част от металния ванадий е получени през на вашето намаление използвайки ванадиев оксид V или ванадиев хлорид IV. Използваните редуктори обикновено са метали. магнезий, калций и алуминий. Възможно е и използване на неметални скоростни кутии, като напр въглерод и силиций.
Сред споменатите елементи алуминият е най-разпространеният в този контекст. След редукция, ванадий трябва да се усъвършенства, за да се премахнат следите от примеси. За това обикновено се използва една от следните опции:
електролиза;
пречистване чрез електронен обмен;
термично разлагане на ванадий II йодид.
В случай на редукция на алуминий, например, се използва алуминий с висока чистота по метод, известен като Goldschmidt Process, разработен през 1893 г. Той беше впрегнат и използван от Карлсън за получаване на метален ванадий.
3 V2О5 + 10 Al ⇌ 6 V + 5 Al2О3
Този експеримент се провежда в атмосфера в аргон, и първоначално се образува сплав от ванадий и алуминий с около 11% ванадий от масата. След това, при температура между 1700–1800 °C и във вакуум, алуминият излиза.
През 1927 г. Джон Мардън и Малкълм Рич произвеждат ванадий със средна чистота от 99%, като го редуцират с калций и хлорид на калций. В този случай реагентите се поставят в контейнер и след това системата се нагрява до 900–950 °C. След охлаждане на системата се получава ванадий.
V2О5 + 5 Ca + 5 CaCl2 ⇌ 2 V + 5 CaO·CaCl2
Ванадиеви приложения
Най-малко 80% от получения ванадий е използвани за производството на ферованадиева сплав, използвани при производството на стомана и други сплави. Добавянето на 0,1 до 5% ванадий към стоманата я кара да взаимодейства с въглерода и да образува карбиди.
В резултат на това стоманата става по-здрава, по-твърда и има по-голяма устойчивост на удар и корозия. В инструментите е обичайно да се използва стомана с ванадий, но също и с хром. След това ванадиевата стомана се използва в:
режещи и строителни материали;
транспортен и енергиен сектор.
Извън металургията, ванадий, в състава V2О5, често е така използва се като катализатор в реакции органичен и неорганичен. Те са от голямо икономическо значение, напр.
в производството на сярна киселина, една от най-използваните киселини в химическата индустрия;
при превръщането на нафталина във фталова киселина;
в производството на полиамиди, като найлон;
при окисляването на етилов алкохол до ацеталдехид, захар до оксалова киселина и антрацен до антрахинон.
Освен това има и разработка на ванадиеви батерии, които са били използвани за съхранение на електрическа енергия. Предимството на ванадия е, че той може да съществува едновременно в четири различни окислителни състояния във водна среда, произвеждайки батерия с един електроактивен елемент. Тези батерии също обещават да бъдат по-издръжливи, стабилни, по-малко запалими и генерират лесно рециклирани съединения.
Биологично, ванадий изглежда е от съществено значение за човешкото същество, но неговата функция все още не е известна конкретно.. Ванадатният анион, (VO4)3-, а неговите производни са фосфатни аналози, което означава, че ванадиевите съединения са потенциални инхибитори на фосфатазите, рибонуклеазите и АТФазите.
Знам повече: Рений — друг химичен елемент, използван при производството на катализатори
Предпазни мерки с ванадий
Работници, изложени на V-образен ванадий2О5 в индустриите съобщават няколко симптома, като например:
дразнене на дихателните пътища;
език със зеленикаво оцветяване;
метален вкус в устата;
дразнене на гърлото;
кашлица.
история на ванадий
Откриването на ванадий датира от 1801 г., в Мексико Сити, от испанския химик и минералог Дон Андрес Мануел дел Рио. Той открива метала от минерала ванадинит, извлечен от град Зимапан, Мексико.
Заради цветовете на ванадиевите съединения, дел Рио го нарече панхром към новия елемент, но след това го нарече a еритроний, намеквайки за червения цвят на неговите соли. Испанецът обаче вярвал, че новият елемент не е нищо повече от нечиста форма на хром.
Фридрих Вьолер, немски химик, дойде да оцени ванадинита, изследван от Андрес дел Рио, и установи, че всъщност испанецът е открил нов елемент. Въпреки това се спекулира, че по това време германецът е страдал от интоксикации в резултат на излагане на флуороводородна киселина, HF, и не е позволил публикуването на изследванията.
В резултат на това ванадий е преоткрит през 1830 г. от шведския химик Нилс Габриел Сефстрьом. Ученият реши да нарече новия елемент ванадис, в чест на скандинавската богиня на красотата и младостта, тъй като в разтвор ванадиевите съединения винаги са представяли красиви цветове.
Само През 1867 г. за първи път е изолиран ванадий., чрез работата на английския химик Хенри Енфийлд Роско, от VCl2.
Решени упражнения върху ванадий
Въпрос 1
(PUC Campinas-SP) Ванадий (Z = 23), преходен елемент, представлява важен компонент на стоманата за произвеждат вид сплав, която значително подобрява издръжливостта, механичната якост и корозията на желязо. Колко електрона има в 3d подниво на ванадиевата електронна конфигурация?
ДО 1
Б) 2
в) 3
Г) 4
Д) 5
Резолюция:
Алтернатива C
когато правите електронно разпределение на химичен елемент ванадий, Z = 23, имаме:
1s2 2s2 2стр6 3s2 3п6 4s2 3г3
И така, броят на електрони в 3d подниво е равно на 3.
въпрос 2
Ванадий е метал, който има голямо значение за химическата промишленост, тъй като неговото съединение ванадиев оксид V се използва широко като катализатор. Сред алтернативите посочете тази, която съдържа молекулната формула на ванадиев оксид V.
БАБА5
Б) В2О4
В) VO3
Г) В2О5
E) VO2
Резолюция:
Алтернатива D
Името "оксид на ванадий V“ показва, че елементът има степен на окисление, равно на +5 в това съединение. Тъй като в оксидите кислородът има степен на окисление -2, правилната формула за ванадиев оксид V е V2О5, тъй като това е единственият начин, по който целият положителен заряд на ванадия се неутрализира от целия отрицателен заряд на кислорода.
От Стефано Араужо Новаис
Учител по химия
