Ο βανάδιο, σύμβολο V, είναι ένα μέταλλο μετάπτωσης του ατομικός αριθμός 23 που βρίσκονται στην ομάδα 5 του Περιοδικού Πίνακα. Παρουσιάζει πολλές πιθανές καταστάσεις οξείδωσης, δημιουργώντας διαλύματα με διαφορετικά και εντυπωσιακά χρώματα. Το μεταλλικό βανάδιο έχει καλή αντοχή στη διάβρωση και γκριζωπό χρώμα.
Το στοιχείο χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον στην παραγωγή κράματος σιδηροαναδίου, το οποίο προσδίδει στον χάλυβα πλεονεκτικές ιδιότητες, όπως μεγαλύτερη μηχανική αντοχή και αντοχή στη διάβρωση. Είναι επίσης ένας σημαντικός καταλύτης για την βιομηχανία χημικό, που δρα σε διάφορες βιομηχανικές διεργασίες. Η κύρια πηγή βαναδίου είναι ο βαναδινίτης, ωστόσο, είναι δύσκολο να βρεθεί ορυκτό στο οποίο το βανάδιο είναι το κύριο μέταλλο.
Δείτε επίσης: Ταντάλιο — ένα άλλο μέταλλο στην ομάδα 5 του Περιοδικού Πίνακα
Περίληψη για το βανάδιο
Το βανάδιο είναι α μέταλλο μεταβατική ομάδα 5 του Περιοδικός Πίνακας.
Οι κύριες ορυκτές πηγές του είναι ο βαναδινίτης και ο καρνοτίτης, αλλά μπορεί να βρεθεί σε πολλές φυσικές πηγές, όπως φωσφορικά πετρώματα και Πετρέλαιο ακατέργαστος.
Εμφανίζει πολλές καταστάσεις του οξείδωση δυνατόν.
Χρησιμοποιείται κυρίως στην κατασκευή κράματος φερροβαναδίου.
Η ανακάλυψή του χρονολογείται στις αρχές του 19ου αιώνα και το όνομά του παραπέμπει στη Σκανδιναβική θεά της ομορφιάς Βανάδη.
Ιδιότητες βαναδίου
Σύμβολο: v.
Ατομικός αριθμός: 23.
Ατομική μάζα: 50.942 κ.ε.
Ηλεκτραρνητικότητα: 1,63.
Σημείο σύντηξης: 1910°C.
Σημείο βρασμού: 3407°C.
Πυκνότητα: 6,0 γρ.εκ-3 (στους 18,7°C).
Ηλεκτρονική διαμόρφωση: [Αέρας] 4 δευτ2 3d3.
Χημική Σειρά: ομάδα 5; μεταβατικά μέταλλα.
Μη σταματάς τώρα… Υπάρχουν και άλλα μετά τη διαφήμιση ;)
Χαρακτηριστικά Βαναδίου
Το βανάδιο είναι α μαλακό μέταλλο, με καλή αντοχή στη διάβρωση, γκρι χρώμα. Οπτικά, μοιάζει με το ατσάλι. Η μεταλλική του μορφή είναι αδιάλυτη σε οξέα μη οξειδωτικό, με εξαίρεση το υδροφθορικό οξύ (HF), και σε βάσεις. Ωστόσο, μπορεί να προσβληθεί χημικά από νιτρικό οξύ (HNO3) και aqua regia (ένα μείγμα από υδροχλωρικό οξύ και νιτρικό οξύ σε υψηλή συγκέντρωση).
Όπως πολλά μέταλλα μετάπτωσης, το βανάδιο έχει Πολλάαριθμοί οξείδωσης δυνατόν, συνήθως μεταξύ +2 και +5. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι υπάρχουν ενώσεις στις οποίες υιοθετεί -1 ή και -3 φορτίο. Αυτή η μεγάλη ποικιλία πιθανών φορτίων γίνεται αντιληπτή μέσα από τις αντιδράσεις τους.
Κατά τη θέρμανση, το βανάδιο μπορεί να αντιδράσει με οποιοδήποτε από τα δύο οξυγόνο πόσο με αλογόνα, όπως φαίνεται από τις ακόλουθες αντιδράσεις:
4V + 5O2 → 2 V2Ο5
2V + 5F2 → 2 VF5
V + 2 Cl2 → VCl4
2V + 3X2 → 2 VX3, με X = Br ή I
Τα άλατα βαναδίου στα οποία έχει αριθμό οξείδωσης ίσο με +3 είναι αρκετά αναγωγικά, αφού η κατάσταση οξείδωσης +4 είναι η πιο σταθερή για το στοιχείο.
Το φυσικό βανάδιο είναι ένα μείγμα δύο ισοτόπων, του 50 (με αφθονία 0,25%) και του 51 (με αφθονία 99,75%). Ο 50Το V είναι ελαφρώς ραδιενεργό, με χρόνο από ημιζωή μήκος, στην περιοχή 3,9 x 1017 χρονών.
Διαβάστε επίσης: Νικέλιο — ένα άλλο μέταλλο με καλή αντοχή στη διάβρωση
Πού μπορεί να βρεθεί το βανάδιο;
το βανάδιο είναι το 22ο πιο άφθονο στοιχείο σε φλοιός της γης, με εκτιμώμενη συγκέντρωση 97 mg/kg εδάφους, που θεωρείται σχετικά άφθονο μέταλλο. Υπάρχουν περίπου 65 ορυκτά βαναδίου, αλλά το μέταλλο βρίσκεται κυρίως:
σε βαναδινίτη, Pb5(ΓΙΑΓΙΑ4)3Cl;
στον καρνοτίτη, Κ2(OU2)2(ΓΙΑΓΙΑ4)·3Η2O;
στον ροσκοελίτη, μια μαρμαρυγία που περιέχει βανάδιο.
στον πατρονίτη, ένα πολυσουλφίδιο του τύπου VS4.
Αξιοσημείωτο είναι και το βανάδιο από βράχους φωσφορικά άλατα, τιτανοφόρος μαγνητίτης, βωξίτης και οργανικά υλικά όπως:
κάρβουνο;
μαζούτ;
πετρελαϊκός σχιστόλιθος;
ασφαλτούχο άμμο.
Το βανάδιο, παρεμπιπτόντως, είναι το πιο άφθονο μέταλλο στο πετρέλαιο, με περιεκτικότητα περίπου 1600 mg/kg. Στην άσφαλτο, η περιεκτικότητα σε βανάδιο μπορεί να φτάσει τα 4.760 mg/kg.
Στο Τα παγκόσμια αποθέματα βαναδίου ξεπερνούν τους 63 εκατομμύρια τόνουςΩστόσο, αυτό θεωρείται ένα μέταλλο που εμφανίζεται διασκορπισμένο σε όλο τον πλανήτη. Τα περισσότερα από τα ορυκτά που περιέχουν βανάδιο το έχουν ως δευτερεύον στοιχείο και δεν υπάρχουν σχεδόν ορυκτά στα οποία το βανάδιο είναι το κύριο μέταλλο.
Λήψη βαναδίου
Μεγάλο μέρος του μεταλλικού βαναδίου είναι λαμβάνεται διά μέσου της μείωσής σας χρησιμοποιώντας οξείδιο βαναδίου V ή χλωριούχο βανάδιο IV. Οι μειωτήρες που χρησιμοποιούνται είναι συνήθως μέταλλα. μαγνήσιο, ασβέστιο και αλουμίνιο. Είναι επίσης δυνατή η χρήση μη μεταλλικών κιβωτίων ταχυτήτων, όπως π.χ άνθρακας και πυρίτιο.
Μεταξύ των στοιχείων που αναφέρθηκαν, το αλουμίνιο είναι το πιο κοινό σε αυτό το πλαίσιο. Μετά την αναγωγή, το βανάδιο πρέπει να τελειοποιηθεί, για να αφαιρέσετε ίχνη ακαθαρσιών. Για αυτό, χρησιμοποιείται γενικά μία από τις ακόλουθες επιλογές:
ηλεκτρόλυση;
καθαρισμός με ηλεκτρονική ανταλλαγή.
θερμική αποσύνθεση ιωδιούχου βαναδίου II.
Στην περίπτωση της αναγωγής αλουμινίου, για παράδειγμα, χρησιμοποιείται αλουμίνιο υψηλής καθαρότητας, σε μια μέθοδο γνωστή ως διαδικασία Goldschmidt, που αναπτύχθηκε το 1893. Χειρίστηκε και χρησιμοποιήθηκε από τον Carlson για να αποκτήσει μεταλλικό βανάδιο.
3 V2Ο5 + 10 Αλ ⇌ 6 V + 5 Αλ2Ο3
Αυτό το πείραμα λαμβάνει χώρα σε ατμόσφαιρα σε αργόν, και αρχικά σχηματίζεται ένα κράμα βαναδίου και αλουμινίου με περίπου 11% βανάδιο κατά μάζα. Στη συνέχεια, σε θερμοκρασία μεταξύ 1700–1800 °C και σε κενό, το αλουμίνιο βγαίνει έξω.
Το 1927, ο John Marden και ο Malcolm Rich παρήγαγαν βανάδιο με μέση καθαρότητα 99% μειώνοντάς το με ασβέστιο και χλωριούχο του ασβεστίου. Σε αυτή την περίπτωση, τα αντιδραστήρια τοποθετήθηκαν σε ένα δοχείο και το σύστημα στη συνέχεια θερμάνθηκε στους 900–950 °C. Αφού ψύχθηκε το σύστημα, ελήφθη βανάδιο.
V2Ο5 + 5 Ca + 5 CaCl2 ⇌ 2 V + 5 CaO·CaCl2
Εφαρμογές βαναδίου
Τουλάχιστον το 80% του βαναδίου που λαμβάνεται είναι χρησιμοποιείται για την παραγωγή κράματος σιδηροαναδίου, που χρησιμοποιείται στην κατασκευή χάλυβα και άλλων κραμάτων. Η προσθήκη 0,1 έως 5% βαναδίου στον χάλυβα προκαλεί αλληλεπίδραση με τον άνθρακα και σχηματισμό καρβιδίων.
Ως αποτέλεσμα, ο χάλυβας γίνεται ισχυρότερος, σκληρότερος και έχει μεγαλύτερη αντοχή σε κραδασμούς και διάβρωση. Στα εργαλεία συνηθίζεται η χρήση χάλυβα με βανάδιο, αλλά και με χρώμιο. Ο χάλυβας βαναδίου χρησιμοποιείται στη συνέχεια σε:
υλικά κοπής και κατασκευής.
στους τομείς των μεταφορών και της ενέργειας.
Εκτός μεταλλουργίας, βανάδιο, στη σύνθεση V2Ο5, είναι συνήθως χρησιμοποιείται ως καταλύτης σε αντιδράσεις οργανικός και ανόργανος. Έχουν μεγάλη οικονομική σημασία, για παράδειγμα,
στην παραγωγή του θειικό οξύ, ένα από τα πιο χρησιμοποιούμενα οξέα σε όλη τη χημική βιομηχανία.
στη μετατροπή της ναφθαλίνης σε φθαλικό οξύ.
στην παραγωγή πολυαμιδίων, όπως το νάιλον.
στην οξείδωση των εθυλική αλκοόλη σε ακεταλδεΰδη, ζάχαρη σε οξαλικό οξύ και ανθρακένιο σε ανθρακινόνη.
Επιπλέον, υπάρχει το ανάπτυξη μπαταριών βαναδίου, τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Το πλεονέκτημα του βαναδίου είναι ότι μπορεί να συνυπάρχει σε τέσσερις διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης σε ένα υδατικό μέσο, παράγοντας μια μπαταρία με ένα μόνο ηλεκτροενεργό στοιχείο. Αυτές οι μπαταρίες υπόσχονται επίσης να είναι πιο ανθεκτικές, σταθερές, λιγότερο εύφλεκτες και να παράγουν εύκολα ανακυκλώσιμες ενώσεις.
Βιολογικά, βανάδιο φαίνεται να είναι απαραίτητο για τον άνθρωπο, αλλά Η λειτουργία του δεν είναι ακόμη γνωστή.. Το βαναδικό ανιόν, (VO4)3-και τα παράγωγά του είναι ανάλογα φωσφορικών, που σημαίνει ότι οι ενώσεις βαναδίου είναι πιθανοί αναστολείς των φωσφατάσης, των ριβονουκλεασών και των ΑΤΡασών.
Μάθετε περισσότερα: Ρήνιο — ένα άλλο χημικό στοιχείο που χρησιμοποιείται στην κατασκευή καταλυτών
Προφυλάξεις με Βανάδιο
Εργαζόμενοι εκτεθειμένοι σε βανάδιο σχήματος V2Ο5 σε βιομηχανίες ανέφεραν αρκετά συμπτώματα, όπως:
ερεθισμός του αναπνευστικού?
γλώσσα με πρασινωπό χρωματισμό.
μεταλλική γεύση στο στόμα.
ερεθισμός του λαιμού?
βήχας.
ιστορία του βαναδίου
Η ανακάλυψη του βαναδίου χρονολογείται από το 1801., στην Πόλη του Μεξικού, από τον Ισπανό χημικό και ορυκτολόγο Don Andrés Manuel del Río. Ανακάλυψε το μέταλλο από το ορυκτό βαναδινίτη, που εξήχθη από την πόλη Zimapán, Μεξικό.
Λόγω των χρωμάτων των ενώσεων βαναδίου, ο del Río το ονόμασε πανχρώμιο στο νέο στοιχείο, αλλά στη συνέχεια το ονόμασε α ερυθρόνιο, παραπέμποντας στο κόκκινο χρώμα των αλάτων του. Ωστόσο, ο Ισπανός πίστευε ότι το νέο στοιχείο δεν ήταν παρά μια ακάθαρτη μορφή χρωμίου.
Ο Friedrich Wöhler, ένας Γερμανός χημικός, ήρθε να αξιολογήσει τον βαναδινίτη που μελέτησε ο Andrés del Río και διαπίστωσε ότι, στην πραγματικότητα, ο Ισπανός είχε ανακαλύψει ένα νέο στοιχείο. Ωστόσο, εικάζεται ότι, τότε, ο Γερμανός υπέφερε από δηλητηριάσεις που προέκυπταν από την έκθεση στο υδροφθορικό οξύ, HF, και δεν επέτρεψε τη δημοσίευση των μελετών.
Ως αποτέλεσμα, βανάδιο ανακαλύφθηκε ξανά το 1830 από τον Σουηδό χημικό Nils Gabriel Sefström. Ο επιστήμονας αποφάσισε να ονομάσει το νέο στοιχείο βανάδης, τιμώντας τη Σκανδιναβή θεά της ομορφιάς και της νεότητας, αφού, σε διάλυμα, οι ενώσεις βαναδίου παρουσίαζαν πάντα όμορφα χρώματα.
Μόνο Το 1867, το βανάδιο απομονώθηκε για πρώτη φορά., μέσα από το έργο του Άγγλου χημικού Henry Enfield Roscoe, από το VCl2.
Λυμένες ασκήσεις για το βανάδιο
ερώτηση 1
(PUC Campinas-SP) Το βανάδιο (Z = 23), ένα μεταβατικό στοιχείο, αποτελεί σημαντικό συστατικό του χάλυβα για παράγουν ένα είδος κράματος που βελτιώνει σημαντικά την σκληρότητα, τη μηχανική αντοχή και τη διάβρωση του σίδερο. Πόσα ηλεκτρόνια υπάρχουν στο 3d υποεπίπεδο της διαμόρφωσης ηλεκτρονίων βαναδίου;
ΠΡΟΣ 1
Β) 2
Γ) 3
Δ) 4
Ε) 5
Ανάλυση:
Εναλλακτική Γ
όταν κάνετε το ηλεκτρονική διανομή του χημικό στοιχείο βανάδιο, Z = 23, έχουμε:
1s2 2s2 2π6 3s2 3π6 4s2 3d3
Έτσι, ο αριθμός των ηλεκτρόνια στο 3d υποεπίπεδο είναι ίσο με 3.
Ερώτηση 2
Το βανάδιο είναι ένα μέταλλο που έχει μεγάλη σημασία για τη χημική βιομηχανία, καθώς η ένωση του οξείδιο του βαναδίου V χρησιμοποιείται ευρέως ως καταλύτης. Μεταξύ των εναλλακτικών, αναφέρετε αυτή που περιέχει τον μοριακό τύπο του οξειδίου του βαναδίου V.
ΓΙΑΓΙΑ5
Β) V2Ο4
Γ) VO3
Δ) V2Ο5
Ε) VO2
Ανάλυση:
Εναλλακτική Δ
Το όνομα "οξείδιο του βαναδίου V» υποδηλώνει ότι το στοιχείο έχει αριθμό οξείδωσης ίσο με +5 σε αυτή την ένωση. Καθώς στα οξείδια το οξυγόνο έχει αριθμό οξείδωσης -2, ο κατάλληλος τύπος για το οξείδιο του βαναδίου V είναι V2Ο5, καθώς είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο εξουδετερώνεται ολόκληρο το θετικό φορτίο του βαναδίου από ολόκληρο το αρνητικό φορτίο του οξυγόνου.
Του Stefano Araújo Novais
Καθηγητής Χημείας
